民机辅助动力装置载荷谱分析研究

廖建军 李春

摘 要： 根据某民机辅助动力装置使用情况，对其辅助动力装置实测谱进行编制，并根据实测谱对该辅助动力装置燃气涡轮一级工作叶片进行强度寿命计算，对其实测载荷谱进行评估，为该辅助动力装置的使用方式提供参考。

关键词：民机;辅助动力装置;载荷谱

中图分类号：TD421.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）07-0090-03

辅助动力装置（以下简称APU）是飞机动力系统的重要组成部分，其主要功能是起动主发动机、为客舱供气，还能为各种机载设备提供动力（液压能、电能）。

载荷谱是APU应力分析和寿命研究的基础。APU载荷谱，是进行APU及其零部件的寿命、可靠性和强度分析与试验而编制的有关载荷要素的组合，是APU在规定的飞行任务、用法和使用条件下载荷参数的统计结果[1]。

设计谱是供新机设计使用的载荷谱，可由任务相同、结构相近的现役使用载荷谱用经验推断得到，也可预计飞行任务剖面和预计任务混频得到。实测谱，是飞行载荷实测及飞行任务调查得到的，可直接应用于发动机的定寿和延寿。本文通过对某民机APU实际使用情况编制了实测谱，并根据实测谱对APU燃气涡轮一级工作叶片进行强度寿命计算，根据计算结果对其实测谱进行评估。

1 實际使用剖面

某民机APU在使用以来，通过统计该民机使用的7台APU使用情况，发现其使用时间和使用流程比较固定，主要在飞机起飞阶段和降落阶段使用。一般1个飞行架次需要起动2次APU，第1次是起飞阶段，第2次是降落阶段。具体统计情况见表1、表 2。（时间按百分比统计）

根据7台APU起飞阶段和降落阶段各状态的使用情况统计结果，整理得到APU任务剖面见表3。

2实测谱编制

根据APU使用情况，APU主要是在起飞和降落阶段使用，为模拟实际的使用情况，载荷谱由两条谱线组成，谱线1模拟起飞阶段使用情况，谱线2模拟降落阶段使用情况。由于APU起飞阶段和降落阶段使用次数基本相当，因此取谱线1和谱线2的分配比例为1∶1。

根据任务剖面，编制APU实测谱简介见表4和表5。谱线1、谱线2的功率分配见表6和表7及图1和图2。

3燃气涡轮叶片寿命评估

APU各状态转速均为恒转速54000r/min，根据性能计算，APU各工作状态下的排气温度（大气温度15.5℃）见表8。

根据DZ408材料持久性能数据，采用M-S曲线方程，对燃气涡轮一级工作叶片（DZ408）进行强度寿命计算，燃气涡轮工作叶片计算状态见表9。取叶片各截面最高温度和最大应力进行持久寿命估算，叶片模型和计算截面位置见图3;计算燃气涡轮一级工作叶片实测谱下持久损伤。计算结果见表10至表13。

4结论

（1）通过对APU实测谱编制，实测谱主要由两条谱线组成，谱线1模拟起飞阶段使用情况，谱线2模拟降落阶段使用情况，反映该民机APU主要在起飞和降落阶段使用。

（2）选取燃气涡轮叶片对其寿命等对APU实测谱进行评估，发现在相同工况条件下，空载对APU使用影响程度最低，燃气涡轮叶片使用寿命最长;在最大状态起动主发和全电状态时，对APU使用影响程度最重，燃气涡轮叶片使用寿命最短。

（3）燃气涡轮叶片在实测谱条件下，总的损伤程度为0.0218，损伤程度很小，该民机APU能很好满足目前实际使用条件。

参考文献

[1] 苏清友.航空涡喷、涡扇发动机主要零部件定寿指南[M].北京：航空工业出版社，2004.