航空发动机使用寿命有多久 如何延长发动机叶片疲劳寿命

一、航空发动机使用寿命有多久

航空发动机由开始使用到退役或报废，实际使用的累计工作时间称为实际寿命或总寿命。自开始使用到第一次翻修或两次翻修期间发动机规定的累计工作时间称翻修寿命。现代军用活塞式航空发动机与歼击机用的涡轮喷气发动机第一次翻修寿命约为200～600小时；民用涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机在2000～4000小时以上。

为保证发动机工作的可靠性，现代航空发动机除规定以小时计的工作寿命外，还规定发动机允许使用的工作循环次数（飞行次数）。无论达到哪一指标，均认为发动机寿命结束，应翻修或报废。这是因为随飞行器起飞、爬升、巡航、降落等状况的变化，发动机工作状态也在不断变化，从而发动机内的气动、热负荷和惯性负荷产生周期循环变化。航空器的一次起落，一般计为发动机完成一次工作循环。这种负荷的低频率周期循环会引起机件的机械疲劳和热疲劳，易使它们产生裂纹。发动机上的燃烧室、涡轮等热端部件允许的工作循环次数与小时寿命，远低于压气机、风扇等冷端部件。例如，用于轰炸机的发动机，冷端部件允许使用1万小时或2000个工作循环，而热端部件只允许5000小时或1000个工作循环。

使用经验表明，一方面有相当多的发动机虽然累计工作时间已达到翻修寿命，实际上仍能继续使用；另一方面，也有少数发动机因偶然的早期故障会造成在翻修寿命期间内出现发动机空中停车，甚至需要提前更换发动机。每1000飞行小时中，由发动机故障造成空中停车的次数和提前更换发动机的次数称为空中停车率和提前换发率，它们也是衡量发动机质量的重要指标。发动机的翻修寿命往往要用若干台发动机在地面试验台上经过长时期试验来确定，试验时间一般超过规定翻修寿命。加大负荷的等效试车可以缩短试验时间。

靶机或飞航式导弹上用的燃气涡轮发动机工作时间很短，使用次数也少，寿命仅几十分钟到十几小时，最长的不超过50小时，通常称为短寿命发动机或一次使用发动机。

二、如何延长发动机叶片疲劳寿命

飞机发动机的寿命关键在于发动机的叶片，发动机的叶片越好，则寿命越长，叶片的情况，会直接关系到发动机性能的发挥。

据统计，在航空发动机事故中，叶片振动疲劳问题是导致结构破坏的最主要因素。叶片疲劳主要与它的材料性能、结构尺寸与服役工况有关。叶片所使用的金属材料和其他材料一样，在外力作用下都会发生变形，产生裂纹，随着外力逐渐增大进而导致断裂，这种断裂称为“一次性过载断裂”。

然而，当金属结构件长期承受较低的交变载荷后，也会在结构或材料的薄弱处逐渐萌生裂纹，引发断裂，这就是“疲劳”现象。疲劳现象比较隐蔽，不容易察觉。材料断裂前经过了长时间的裂纹萌生期，直到有一刻突然断裂，因此，造成的损失也较为严重。

为确保发动机叶片正常运转，聪明的工程师们，在结构设计时，避免了应力集中和结构薄弱处的存在。并且，在选择制造叶片的原材料时，为了保障材料性能，对材料进行了大量的检测工作。

选材时，要对材料的性能进行综合评价，包括金相组织分析、化学成分检测、力学性能检测等。只有各项性能达标的材料才能进一步加工制造成叶片。

有了巧妙的设计，又经过了考究的选材阶段，下一步就要对所选材料制成的叶片进行叶片振动疲劳试验了。这一步是零件制造过程中最后一道检验工序，也是至关重要的一步。

如果在疲劳测试叶片在振动疲劳试验阶段不过关，发生了叶片断裂失效，将由专业的失效分析人员进行分析，查找失效原因，进而改进制造工艺。

飞机上的疲劳现象无法完全避免，但通过科研人员的诸多努力，大大规避了疲劳现象带来的危害，从而保证我们能有一段更加安全美好的飞行旅程。