● 摘要
本文主要针对航空发动机关键件的安全性设计要求和附件的可靠性试验开展研究工作。首先从适航安全性要求出发梳理了作为航空发动机关键件的轮盘和主轴安全性设计要求，针对轮盘的安全储备要求、轴的极限载荷分析要求以及盘、轴的定寿方法开展研究，建立了轮盘可靠度、故障率与静强度及寿命设计储备系数的联系，提出了主轴在叶片丢失/严重碰摩等极限情况下主轴应力分布特点并提出传统损伤线性累积理论的修正方法；针对航空发动机附件的可靠性试验存在的问题，提出了基于实测振动数据的试验剖面编制方法，并开展了航空发动机工程研制过程中整机振动环境数据测试分析及试验载荷剖面的制定与应用。
在轮盘寿命与安全性设计方法研究中，提出目前存在的轮盘静强度分析标准没有对材料的分散性进行充分考虑的问题，并根据轮盘的危害性等级提出了对轮盘可靠度的指标要求，并根据材料强度的分布特点，推导出对安全系数的要求，并以广泛应用的GH4169和TC11两种材料为例进行了定量分析；根据适航对关键件故障率的指标要求及分布特点推导出对材料寿命散度的指标要求，针对目前工程中所使用的关键件寿命分析方法所存在的不足，提出了轮盘寿命分析和试验中储备系数的设计方法。
在转子轴寿命及安全性设计方法研究中，发展了高低周叠加损伤线性累积理论，提出了修正的损伤线性累积理论，试验结果证明修正方法与传统的损伤线性累积理论比更接近试验结果，建立了低周疲劳与高周疲劳之间的损伤等效关系，便于对未完成的试验进行定寿；提出了一种叶片丢失切向冲击力的计算方法，证明叶片丢失切向冲击对主轴危险截面影响相对较小，证明了连接结构刚度弱化特性可在一定程度上减小转子切向冲击在主轴上产生的应力；提出了一种抱轴载荷的计算方法，研究了不同程度碰摩状态下，主轴在气动扭矩与抱轴载荷共同作用下的应力分布特点。
在整机振动环境载荷谱确定方法研究中，从发动机附件的可靠性试验需求出发，将涡扇发动机整机振动特征理论分析与实测振动数据特征分析相结合，提出了振动载荷谱的区域划分原则和流程；针对附件在不同研制阶段的考核要求，发展了具有普适性的可靠性试验、功能性试验、耐久性试验和强化试验的试验剖面编制方法，建立了一套完整的基于功率谱密度样本的振动环境试验剖面编制方法，开发了适用于涡扇发动机实测振动数据高效处理的振动载荷谱编制程序，实现了试验载荷谱编制方法在工程问题上的应用。通过应用分析看出：发动机不同截面位置的振动能量频域分布特征不同，应针对不同截面的附件制订不同的试验剖面；不同台份发动机在相同截面位置的振动能量频域分布特征相似，但振动能量大小会有一定的分散性，因此基于统计理论获得振动环境上限值的方法具有很高的工程实用价值。所建立的附件振动环境试验剖面经过工程应用，内场试验中充分暴露附件的薄弱环节，降低了外场使用中的故障率，解决了以往附件研制中试验剖面针对性、准确性不足的问题。