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万博体育软件下载|取证前完成3000次双发延程飞行测试,提升波音777航发可靠性之路

2020-01-10 17:19:03 | 来源: 匿名 | 

万博体育软件下载|取证前完成3000次双发延程飞行测试,提升波音777航发可靠性之路

万博体育软件下载,陈光/文

用于波音777的3型发动机中,ge90是全新设计的,另2型是由成熟发动机衍生发展的,但不论那一型发动机,均重视以往发动机在研制中、使用中的经验与问题,他们称为学习以往经验。认真归纳、总结这些经验,从中吸取教训,在这3型发动机研制中,从研制开始,就采取措施,避免在新机中再次出现这些问题。也即在设计中将过去出现的问题排除掉。

ge 公司对以往研制的发动机在使用中出现的空中停车事件进行归纳总结后,发现引起空中停车事件的原因中,50%是由于外部管路、导线与传感器损坏失效引起的,27%是由于维修不当造成的,真正由于发动机主要部件加风扇、压气机、燃烧室与涡轮故障引起的仅占5%左右。

为此,在 ge90的研制中,特别重视提高外部管路与导线等的可靠性,在从设计到试验各个环节中均采取了比以往多得多的措施。ge公司还对该公司研制的 cf6-80a、cf6-80c2两型发动机在1985~1989年间540万飞行小时中出现的空中停车事件进行统计分析,在该期间内发动机空中停车率为0.019次/1000efh,引起空中停车的原因有23%~30%是由于仪表指示错误或丢失造成的,其中滑油系统的占48%。因此,在 ge90 中,对测试系统做了较大改进。

普惠公司为了更好地吸取以往的经验,专门将以往发展的并已投入使用的发动机如 jt9d 7r4、pw4000与pw2000等在发展中、使用中出现的各种问题(包括故障)进行分析后,建立了一套“经验教训数据库”(lessonlearneddatabase),每位设计员对他所设计的零组件和部件,均要对数据库中的问题进行分析,避免出现曾发生过的引起空中停车的故障。

最后,设计员要签字负责他的设计已纠正经验教训数据库所存的空中停车的原因。按普惠公司的说法:“设计过程中吸收以往经验教训是必须遵循的步骤”。此项工作还可供波音公司和 faa 的审查。普惠公司对滑油系统也做了较大改进,例如,pw4084的滑油系统中,将滑油压力传感器与最低滑油压力警告灯的传感器等直接固定在滑油 燃油散热器上,取消了以往在pw4000上用6.35mm管径与滑油泵连接的管子,以消除可能出现的一些问题(例如管接头松脱,管子损坏等),提高了可靠性。

由于三家公司都总结出滑油管路系统的故障占的比例较大,为此,在设计 ge90、pw4084与遄达800时,高度重视维修性与管路设计及安装问题。在管路设计中对每根导管与固定的卡箍用nastran程序进行应力与振动分析,将装有全部管路和附件的发动机装到大型振动台上进行整机振动试验,以判断在发动机工作转速内,是否在某些导管上出现共振。

此外,在1000循环的航线耐久性试验中,要进行10次每次8h的上下台阶试验(从慢车转速到最大转速平均分成12~15个转速段,在每个转速段上将发动机运转一定时间,然后又由最大转速向慢车转速逐段下降,这个试验简称为上下台阶试验,以考核外部管路是否会出现由于振动引起的问题),在3000次etops循环试验中,还要进行40次上下台阶试验。

1994年年中,普惠公司修改了3000次etops循环试验程序,将上下台阶试验改为下台阶段试验,如图4所示。所有这些试验都不包括在far33部发动机取证要求试验之内,是附加的,专门用以考验外部管路与发动机可靠性的试验。

图、pw4084修改后的3千次etops循环试验程序

ge 公司曾经列出一个公式:“大量严酷的试验=暴露更多的问题=获得更好的发动机”,说明试验在发动机研制中的重要作用。为保证用于波音777的发动机有极高的可靠性,试验工作更显出其突出的作用。

在发展这三型发动机过程中,除完成faa规定的(即far33部)各种部件与整机试验外,还针对在投入营运之初即获得180 minetops批准的要求,以及适应推力大幅度增加的要求,进行一些特殊而极为苛刻的整机试验。在部件试验中,也是加严试验条件以适应推力加大的条件。例如,far33部规定发动机投鸟试验中,大鸟的重量为1.8kg,而在这三型发动机中,均用重量大一倍即3.6kg的大鸟进行投大鸟的试验。

将外部导管、导线与附件全部装上的全套发动机(发动机转子可以不装),置于大型振动台上进行振动试验,以检查外部管路及附件在发动机工作转速范围内是否出现共振现象。以往,发动机的一些成附件要在振动台上进行试验。但用整台发动机在振动台试验的还从未有过,为此,需添置大型振动台。

pw4084发动机进行振动台试验时,在导管、托架与卡箍上安装了2000 个以上的应变片,以检查各处的应力,要调整这些结构,以确保它们均在小的振动应力下工作,在工作中不会出现由于振动带来的问题。普惠公司还规定,只有在发动机通过全机振动台试验后,才能进入后面的各种整机试验。

图、pw4084航线耐久性循环试验的循环图

罗·罗公司在遄达800发展过程中,进行一项特殊的试验,即弯曲加载试验。将发动机用类似在飞机上使用的吊装架固定在试验器的框架上,用两个半环组成的“弯曲加载环”卡在与风扇机匣连接的进气道上,两半环分开面的安装边做得较厚。两侧各用液压千斤顶顶在安装边上,同时对这两个千斤顶加载,使得发动机前部机匣相对前安装点承受一个大的弯矩。

这个弯曲加载试验主要考核飞机加速转弯时,机匣承受附加弯曲载荷后,由于叶尖间隙的变化会不会引起发动机发生喘振。在遄达的l2号发动机进行试验时,验证了遄达800在承受大的弯曲载荷后,未出现喘振。

航线耐久性循环试验相当于战斗机用发动机进行的4000 tac循环的加速任务试验(amt),由于民用飞机的飞行剖面比较简单,一般由慢车、起飞、爬升、巡航、下降、着陆开反推、滑行与停车几个过程组成,不像战斗机中需来回加与减速,因而它不像战斗机中采用 tac循环,而直接用起降循环代表总循环。

对于发动机来讲,可以将它的每一个循环简化成启动—地面慢车—起飞状态—巡航—地面慢车—反推—慢车—停车等过程。对于波音777用的发动机,考虑到它应具有180minetops能力,即飞行中一台发动机停车后,另一台发动机应具有在最大连续状态下工作180min的能力,因而在循环中要增加一个最大连续状态,而且持续时间稍长(约15min)。

图5示出pw4084的航线耐久性循环试验的循环图,在每100个循环中,由两部分试验内容组成,即99次模拟航线使用的耐久性循环试验及1次107谐振循环试验。前者每个循环0.5h,与现有的民用发动机耐久性试验不同的是增加了一项在最大连续状态下运行15min的内容,其目的是在室内试验条件下,加重外场的使用条件,考验燃烧室与高压涡轮的抗氧化能力等。

如果将这 15 min的最大连续状态扣除,每一个循环工作时间为15min,基本同于军用发动机中4000tac 循环amt 试验中的每一循环工作时间(14 min左右)。对于后者,1次107谐振循环试验就是前述的上下台阶试验,以考验零件特别是外部管路与附件等是否会在工作中出现谐振,这一个循环用时8h,即每100个循环耗时57.5h。

pw4084发动机在完成了振动台的全机振动试验后,进入航线耐久性循环试验,试验的发动机装上全部附件及反推力装置,发动机的振动值大于规定值2倍。用了两台与生产型发动机一致的发动机分别进行2000次与3000次循环试验。

ge90用了三台发动机进行本项试验,每台发动机各完成2000次循环。航线耐久性循环试验在发动机取证前完成。

3000次etops循环试验

3000次etops循环试验要在飞机取证前完成。进行试验时,发动机装在飞机短舱内,装有反推力装置,在用于飞机的引气、供电与液压系统等均工作的条件下进行试验。3000次etops循环试验相当发动机投入营运后头两年的使用情况。

图4示出pw4084的3000次etops循环试验的程序图,它包括三类试验:

Ⅰ类试验是模拟外场使用条件,与一般耐久性循环试验程序类似,一个循环接一个循环进行下去,除轮到Ⅱ、Ⅲ类试验时除外,一直试到3000个循环。

Ⅱ类试验是为了暴露发动机中可能出现的振动问题,这个试验基本同于前述的上下台阶试验,只是没有上台阶过程,它是由地面慢车状态在30s内将发动机推到起飞状态然后再分15个台阶逐步(按台阶)降到地面慢车状态(原来定的试车计划中,是上下台阶试验,1994年中修改了的试车计划中,取消了上台阶的过程)。这类试验是每隔74个循环即第75次、第150次、第225次…循环时进行一次。在3000个循环中共进行40次。

Ⅲ类试验是模拟飞机在飞行中,一旦一台发动机停车,另一台发动机以最大连续工作状态持续工作180min将飞机安全送到着陆机场的使用条件。因此与正常工作循环即Ⅰ类循环不同的是,在最大连续状态下停留时间不是1.5min而是180min,着陆后的地面慢车改为空中慢车状态,反推装置工作时间不是10s而是1min。这类试验只在第975次、1500次,1950次循环时进行,共进行3次(原定试车计划中,是每隔374个循环进行一次,共试8次)。

由于第2个Ⅲ类试验是在第1500次进行的,与Ⅰ类试验的第2个试验相重合,因而Ⅰ类试验少做一次。因此,在3000个循环中,Ⅰ类试验进行2958次循环,Ⅱ类39次循环,Ⅲ类3次循环。遄达800的3000次etops循环试验程序基本同于pw4084的,只是各类试验的循环次数或时间稍有不同。例如,Ⅰ类试验共进行2700个循环,Ⅱ类试验进行4次,Ⅲ类试验进行110h。试验中还要进行300次启动,每次启动的停车间隔时间与温度还应不同。

1000次etops飞行循环试飞

将发动机装在波音777飞机上进行。试验时,一台发动机要在高的不平衡度下工作,飞机要从不同高度与不同环境(从沙漠地区到冰雪地区)的机场上起飞着陆,进行8次以单台发动机按最大连续状态工作3h的试飞。在飞行中,发动机还要进行停车与再次启动试验,发动机的维修工作由波音公司与航空公司的机务人员按维修手册进行。在遄达800的试飞计划中,还规定其中的90次航行要由航空公司(用户)的飞行员来完成。

pw4084 装在波音777上的飞行试验,共安排了5架飞机,其中一架用于1000次etops飞行循环试飞。pw4084共进行2次1000次etops试验。

此外,当发动机取得适航证后,为了在发动机使用之前暴露某些潜在故障,还要进行加速循环耐久性试验,在普惠公司称为 pacer,即“定型后加速循环耐久试验”。一般用1~2台发动机来积累试验的循环次数。ge公司为 ge90最新、推力最大的衍生型 ge90-115b发展了一项为期四年的“ge90 115b成熟化试车计划”,相当普惠公司的pacer。

与以往发动机相比,用于波音777的三型发动机在定型与取证前进行的整机试车积累的时数与循环数均大得多,试验用的发动机台数也较多。例如,pw4084虽是由pw4000衍生发展来的,研制试验用的发动机仍然很多,共22台,其中10台用于地面试车:4台主要用于etops耐久性试验,3台用于高温下的耐久性试验,3 台用于性能试验。飞行试验用12 台发动机与5架飞机。12台发动机中有2台是备用的,5架飞机中1架用于1000次etops循环试飞用。

ge90是全新研制的发动机,供地面试验的发动机共13 台,在取证前试车积累时间约8000h以上,10000次循环。遄达800是在遄达700(用于 a330)的基础上稍加改动(风扇直径加大与低压涡轮增加1级)发展而成的。

因此,发展中的一些试验,是两型共用的,有些则专为遄达800用。为遄达700与800两型发动机发展试验用的发动机共14台,其中序号为 l9~l14的6 台发动机是专为遄达800 试验用。遄达800 的试验时数为3133h,10489 次循环。

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