飞机维修专业毕业设计
航空产品的多样性和小批量生产,导致了航空材料研制和生产上的多品种、多规格、小批量、技术质量要求高等特点。
1.3 航空产品降低成本的需求导致要发展低成本航空材料。
新型号的先进飞机价格不断攀升,各航空技术领先的国家和地区都先后对航空产品提出了“买得起”的要求。而材料在航空产品的成本和价格构成中占有相当份额,所以科学地选材和努力发展低成本材料技术是航空材料发展的重要方向。
二、航空发动机故障引起的飞行事故
2.1 航空燃气涡轮发动机是一种高度复杂和精密的热力机械。为追求性能,它的工作工作温度、压力和转速都很高,而且在不同部位和不同工况下不断变化,其零件的耐温度、应力和疲劳的能力无所不用其极。由于设计不周、试验不足、材料瑕疵、工艺缺陷、使用欠当、环境变化或偶然因素,都有可能导致发动机故障。有时候一些难以预料的偶然因素导致的一个小零件的失效甚至可酿成灾难性
的飞行事故。
据统计,在飞机机械故障中,由发动机引起的约占一半;在发动机故障中,结构故障占70%,;在发动机结构故障中,疲劳故障占大部分,其中尤以高周疲劳(hcf)为甚。美国军方在1982~1996年由于高周疲劳引起的发动机故障占发动机a级(飞行员死亡或飞机损失在100万美元以上)故障的56%。
1987年一年内,美国海军损失了9架f/a-18战斗机,其中4架是f由于404发动机钛合金零件着火引起的。在f404发动机投入使用6~7年而且累计飞行超过100万小时从未发生过钛合金零件着火,但是到了1987年却突然冒出来严重影响飞行安全的严重问题。分析后认为,由于高压压气机叶片在外来物冲刷下磨蚀,自振频率有所改变,在某些工况下引起叶片断裂。碎片卡在钛合金转子叶片和机匣之间摩擦生热,引起钛合金自燃。改进的措施是对叶片进行加强和调频,钛合金压气机机匣改为合金钢制造,外涵机匣改为pmr15树脂基复合材料。
1990年年底,f101发动机连续两次发生风扇叶片锁紧用的卡环折断,造成风扇叶片脱落引起发动机着火,使得美国空军97架b-1b轰炸机两次停飞,未能参与1991年1月17日开始的"沙漠风暴"空袭行动。此时f101发动机已累计工作10万小时。据分析,卡环折断的原因是,风扇叶片工作一段时间被吸入的沙石磨蚀,叶型发生变化,从而改变了叶片的自振频率,振动应力很大。如果叶片上有小的缺陷或损伤,就会使叶片折断,只要有一个叶片折断,转子的平衡就被破坏,转子发生高频振动,导致卡环断裂,造成更多的叶片从轮盘上脱落,使发动机着火。改进的措施是通过更换材料和加大尺寸加固卡环、在风扇根部加装减振块和后来的对叶片表面进行激光冲击强化处理。
仅1994年7~9月的两个月,就有4架安装f110发动机的f-16战斗机坠毁,造成350架f-16飞机停飞。经研究后发现,事故的原因是发动机高压涡轮轴后端的封严蓖齿环断裂,断裂的碎片打坏低压涡轮,最终造成发动机损坏。实际上,早在1988年就有一架装备f101发动机的b-1b轰炸机也是由于发动机高压涡轮轴后端的封严环断裂而失事。当时认为是由于蓖齿间隙留得不够而造成的。因此,从1989年起,新生产的发动机的蓖齿间隙加大了两倍。这次f-16飞机事故发生后,发现是蓖齿间隙过大引起封严环断裂。于是,又恢复到原来的间隙,并改换了减振衬套。f110发动机是在1985年投入使用的。
三、 合金介绍及航空发动机高温合金使用种类
3.1 合金
合金是由两种或两种以上的金属与非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。根据组成元素的数目,可分为二元合金、三元合金和多元合金。中国是世界上最早研究和生产合金的国家之一,在商朝(距今3000多年前)青铜(铜锡合金)工艺就已非常发达;公元前6世纪左右(春秋晚期)已锻打(还进行过热处理)出锋利的剑(钢制品)。
3.2 合金类型
3.2.1 混合物合金(共熔混合物),当液态合金凝固时,构成合金的各组分分别结晶而成的合金,如焊锡、铋镉合金等;
3.2.2 固熔体合金,当液态合金凝固时形成固溶体的合金,如金银合金等;
3.2.3 金属互化物合金,各组分相互形成化合物的合金,如铜、锌组成的黄铜(β-黄铜、γ-黄铜和ε-黄铜)等。
合金的许多性能优于纯金属,故在应用材料中大多使用合金(参看铁合金、不锈钢)。
3.3航空发动机高温合金使用种类