飛機維修專業畢業設計

航空產品的多樣性和小批量生產,導致了航空材料研製和生產上的多品種、多規格、小批量、技術質量要求高等特點。

1.3 航空產品降低成本的需求導致要發展低成本航空材料。

新型號的先進飛機價格不斷攀升,各航空技術領先的國家和地區都先後對航空產品提出了“買得起”的要求。而材料在航空產品的成本和價格構成中占有相當份額,所以科學地選材和努力發展低成本材料技術是航空材料發展的重要方向。

二、航空發動機故障引起的飛行事故

2.1 航空燃氣渦輪發動機是一種高度複雜和精密的熱力機械。為追求性能,它的工作工作溫度、壓力和轉速都很高,而且在不同部位和不同工況下不斷變化,其零件的耐溫度、應力和疲勞的能力無所不用其極。由於設計不周、試驗不足、材料瑕疵、工藝缺陷、使用欠當、環境變化或偶然因素,都有可能導致發動機故障。有時候一些難以預料的偶然因素導致的一個小零件的失效甚至可釀成災難性

的飛行事故。

據統計,在飛機機械故障中,由發動機引起的約占一半;在發動機故障中,結構故障占70%,;在發動機結構故障中,疲勞故障占大部分,其中尤以高周疲勞(hcf)為甚。美國軍方在1982~1996年由於高周疲勞引起的發動機故障占發動機a級(飛行員死亡或飛機損失在100萬美元以上)故障的56%。

1987年一年內,美國海軍損失了9架f/a-18戰鬥機,其中4架是f由於404發動機鈦合金零件著火引起的。在f404發動機投入使用6~7年而且累計飛行超過100萬小時從未發生過鈦合金零件著火,但是到了1987年卻突然冒出來嚴重影響飛行安全的嚴重問題。分析後認為,由於高壓壓氣機葉片在外來物沖刷下磨蝕,自振頻率有所改變,在某些工況下引起葉片斷裂。碎片卡在鈦合金轉子葉片和機匣之間摩擦生熱,引起鈦合金自燃。改進的措施是對葉片進行加強和調頻,鈦合金壓氣機機匣改為合金鋼製造,外涵機匣改為pmr15樹脂基複合材料。

1990年年底,f101發動機連續兩次發生風扇葉片鎖緊用的卡環折斷,造成風扇葉片脫落引起發動機著火,使得美國空軍97架b-1b轟炸機兩次停飛,未能參與1991年1月17日開始的"沙漠風暴"空襲行動。此時f101發動機已累計工作10萬小時。據分析,卡環折斷的原因是,風扇葉片工作一段時間被吸入的沙石磨蝕,葉型發生變化,從而改變了葉片的自振頻率,振動應力很大。如果葉片上有小的缺陷或損傷,就會使葉片折斷,只要有一個葉片折斷,轉子的平衡就被破壞,轉子發生高頻振動,導致卡環斷裂,造成更多的葉片從輪盤上脫落,使發動機著火。改進的措施是通過更換材料和加大尺寸加固卡環、在風扇根部加裝減振塊和後來的對葉片表面進行雷射衝擊強化處理。

僅1994年7~9月的兩個月,就有4架安裝f110發動機的f-16戰鬥機墜毀,造成350架f-16飛機停飛。經研究後發現,事故的原因是發動機高壓渦輪軸後端的封嚴蓖齒環斷裂,斷裂的碎片打壞低壓渦輪,最終造成發動機損壞。實際上,早在1988年就有一架裝備f101發動機的b-1b轟炸機也是由於發動機高壓渦輪軸後端的封嚴環斷裂而失事。當時認為是由於蓖齒間隙留得不夠而造成的。因此,從1989年起,新生產的發動機的蓖齒間隙加大了兩倍。這次f-16飛機事故發生後,發現是蓖齒間隙過大引起封嚴環斷裂。於是,又恢復到原來的間隙,並改換了減振襯套。f110發動機是在1985年投入使用的。

三、 合金介紹及航空發動機高溫合金使用種類

3.1 合金

合金是由兩種或兩種以上的金屬與非金屬經一定方法所合成的具有金屬特性的物質。一般通過熔合成均勻液體和凝固而得。根據組成元素的數目,可分為二元合金、三元合金和多元合金。中國是世界上最早研究和生產合金的國家之一,在商朝(距今3000多年前)青銅(銅錫合金)工藝就已非常發達;公元前6世紀左右(春秋晚期)已鍛打(還進行過熱處理)出鋒利的劍(鋼製品)。

3.2 合金類型

3.2.1 混合物合金(共熔混合物),當液態合金凝固時,構成合金的各組分分別結晶而成的合金,如焊錫、鉍鎘合金等;

3.2.2 固熔體合金,當液態合金凝固時形成固溶體的合金,如金銀合金等;

3.2.3 金屬互化物合金,各組分相互形成化合物的合金,如銅、鋅組成的黃銅(β-黃銅、γ-黃銅和ε-黃銅)等。

合金的許多性能優於純金屬,故在套用材料中大多使用合金(參看鐵合金、不鏽鋼)。

3.3航空發動機高溫合金使用種類