发动机燃油供油导管断裂失效分析.doc

发动机燃油供油导管断裂失效分析 081142208 郭江淳 1 引言 某型发动机连续发生两起空中燃油泄漏故障, 导致发动机空中停车, 严重影响飞行安全。具体过程是: 飞机飞行中发现后侧有白色雾状油带出现, 同时燃油耗量表和分组油量表指示异常。地面检查时, 有大量燃油从包皮内流出, 认定为发动机漏油。进一步检查, 两发动机的故障基本相同, 均为发动机主输油圈连接12#喷嘴的U 型导管在靠近工作喷嘴接头处断裂。该导管断裂后,导致大量燃油从该处喷出。 两发动机总寿命相差不多, 均较长。至故障发生时, 其修后寿命分别为24. 4h和15. 5h。断裂的两根导管中一根为发动机制造出厂时原台装配, 另一根为发动机大修时更换的新导管。两导管在修理中, 均按工艺要求进行了探伤检查和密封性试验, 未见异常。 本文从痕迹、断口和应力等方面对该故障进行了分析, 确定了导管断裂的性质, 并对其断裂原因进行了分析。 2 示例的试验过程与结果 2. 1 断裂导管检查 断裂导管的规格为8mm x 1mm, 材料为1C r18N i9T i不锈钢, 管接头与管体为手工火焰钎焊连接。 完好U 型供油导管在发动机上的安装位置。断裂后导管的情况, 断裂位置在U 形管的短边一侧接头根部焊缝处, 两侧明显错位, U 型导管开口端两侧向内侧收, 说明导管存在较大的向外张开的安装应力。 将断裂导管拆下检查, 表面有一些规则的、与表面呈一定角度的擦痕。检查断裂处附近的安装螺帽, 可见一侧边缘有明显的挤压痕迹。 拆下U 形导管上方的燃油总管检查, 一根总管表面未见异常, 无明显的与U 形导管接触、碰磨痕迹; 另一根总管在与导管上方对应的位置有一挤压凹坑，说明总管与导管之间有局部挤压、触碰。 2. 2 开车检查 为确定U 形导管及燃油总管在发动机工作时各自的振动情况, 是否存在干涉现象, 选择一架完好飞机进行开车检查。燃油总管振幅很小或基本无振动; 而U 形管高频大幅度振动, 振动方向垂直于U 形平面, 无明显的平行于U 形面的振动。 2. 3 断口分析 两根U 形导管的宏观特征基本相同, 断裂位置均在导管与接管嘴连接的焊缝根部。断口基本垂直于导管轴线。导管断裂部位呈椭圆形, 尺寸约为8mm .. 8. 5mm, 导管壁厚约1. 25mm。两个断口均可分为疲劳区和瞬断区两部分, 其中疲劳区面积约占整个断口面积的80%。两个断口的宏、微观特征基本相同, 整个断口平整, 源区有多个疲劳台阶,扩展区可见放射棱线和疲劳弧线; 1#断口源区与2#断口主疲劳源位置相同, 均位于U 形导管的外侧, 但2#断口上有一疲劳台阶明显的次疲劳源,位于U 形导管内侧。 微观观察发现, 两个断口的特征基本相同, 疲劳源区均为多源; 扩展中期可见细密的疲劳条带特征; 扩展后期可见大量二次裂纹。1#断口源区在钎焊缝部位, 存在未焊合、疏松等焊接缺陷; 2#断口疲劳源区位于焊缝根部, 源区未见明显缺陷。 2. 4 痕迹分析 U 形导管上侧、内侧和外侧均有不同范围的擦伤。进一步放大观察发现, 这些擦伤痕迹由大量细小划痕组成, 分析认为这些擦伤痕迹是在导管表面挫修时形成的 。 与U 形导管相邻的燃油软管上有一椭圆形凹坑, 放大观察可见坑底有摩擦痕迹。从凹坑的位置和形状判断, 该凹坑是U 形导管与燃油软管之间互相接触留下的痕迹。检查与导管断裂处接管嘴匹配的螺帽内部, 发现局部区域有较深的压痕。 3 原因分析 3. 1 导管断裂性质 两个导管断口的宏微观分析结果表明, 两个导管的断口特征基本相同: 疲劳区面积大, 扩展区条带细密, 具有高周疲劳的断裂特征。疲劳源区具有多个疲劳台阶, 具有大应力起始特征。因此,两导管的断裂性质为起始应力较大的高周疲劳断裂。 3. 2 断裂原因 导管断裂故障是发动机上的常见故障 。在结构设计上, U 形导管在断裂部位主要承受装配应力、振动应力、燃油脉动应力和焊接残余应力的作用。 断口分析表明, 疲劳裂纹起始于导管U 形面的内侧或外侧表面, 向相对的一侧扩展, 特别是2#导管分别在U 形面的外侧和内侧对称分布着一大一小两个疲劳区, 说明导致疲劳裂纹萌生和扩展的应力为平行于U 形面的弯曲应力。根据燃油总管与U 形供油导管的安装结构, 这种弯曲应力主要来源于两个方面, 一是高压燃油从软管流向主输油圈时, 对输油圈将产生冲击应力, 使输油圈移动, 在U 形导管根部产生弯曲应力; 燃油的脉动, 相应地会在U 形导管根部产生交变的弯曲应力。二是该导管属于U 型结构, 一端连接于主输油圈, 另一端连接于12#喷嘴, 由于主输油圈上安装有12个供油导管, 不可避免地会在个别导管上存在装配应力, 使U 型管在开口端向外张开或向内压缩, 从而在