民用航空发动机静承压件条款解析

华继伟 王立 郭林林 刘创

摘  要：本文对《航空发动机适航规定》CCAR-33R2第33.64条“发动机静承压件”条款中关于适用对象、符合性验证方法、工作压力、工作温度、材料和工艺、几何和安装及评判准则等进行了详细解析。以解析为基础，确定了某民用涡轴发动机滑油管路静压试验的试验方案、试验主要技术参数和试验大纲并完成了试验，试验结果符合适航条款要求，试验通过了适航审查。

关键词：静承压件;解析;滑油管路;压力试验

中图分类号：V23  文献标识码：A  文章编号：1671-2064（2019）17-0000-00

中国民航局（CAAC）发布的《航空发动机适航规定》是航空发动机进入民用领域的最低安全标准，对保障我国民用航空领域发动机的使用安全和促进民用航空事业的发展发挥了重要作用。国内现行的《航空发动机适航规定》为CCAR-33R2，CCAR-33R2中第33.64 “发动机静承压件”为新增条款，本文针对此条款进行解析，并结合某涡轴发动机滑油管路符合性验证试验进行说明。

1 CCAR33.64条款技术内涵

1.1适用对象

本条款适用于发动机承受较大气体或液体压力载荷的所有发动机静零件，包括但不限于压气机、燃烧室、扩散器与涡轮机匣;换热器;溢流阀螺线管;发动机起动机;燃料、油与液压系统零件等。

1.2符合性验证方法

航空发动机静承压件的条款符合性必须通过试验、已验证的分析或两者结合的方法来证明。

发动机静承压件通常需要进行静压试验来验证条款符合性，如果已有设计零件通过试验验证或外场经验证明零件符合条款要求，可用分析技术验证条款符合性。

条款符合性验证试验分为耐压试验和极限压力试验。耐压试验用以验证静承压件满足CCAR33.64（a）（1）的要求，极限压力试验用以验证静承压件满足CCAR33.64（a）（2）的要求。

1.3影响因素和参数

1.3.1 工作压力

发动机工作压力水平必须根据发动机工作特性结合发动机静承压件咨询通告（AC33.64-1）中相关压力水平的定义给定。AC33.64-1给出CCAR33.64条款中静承压件压力水平定义如下：

正常工作压力（NWP）：在大多数飞行中可能发生的最大压差，包括阀门和通气口正常工作产生的压力波动（喘振）。

最大工作压力（MWP）：在使用中可能遇到的最不利工作条件下（如前向速度、高度、环境温度、发动机转速、使用OEI功率）產生的最大压差，包括阀门和通气口正常工作产生的任何压力波动及重大喘振压力。

最大可能压力（MPP）：在使用中可能遇到的最不利工作条件下（如前向速度、高度、环境温度、发动机转速、使用OEI功率），连同发动机或控制系统相关部件失效，或者发生概率大于极小可能的失效组合条件下，产生的最大压差。应当考虑包含重大喘振压力在内的由控制装置和阀门设备正常或应急工作引起的任何脉动压力。

根据规章要求，静压试验的压力取最恶劣情况。耐压试验的压力取1.1倍MWP、1.33倍NWP和NWP+35kPa三个计算值中的大值;极限压力试验的压力取1.15倍MPP、1.5倍MWP和MPP+35kPa三个计算值中的大值。

1.3.2 工作温度

静压试验的压力选取需要考虑零件工作温度：

（1）如果静承压件在发动机工作过程中承受热应力，应对试验压力进行热应力修正。如果热应力对静承压件的影响不能通过修正试验压力来模拟，那么必须对不考虑热应力试验结果的有效性进行分析。此条主要适用对象是涡轮机匣等工作温度梯度较大的静承压件。

（2）静承压件的静压试验理论上需要在最大工作温度下进行。若试验在其他温度下进行，必须考虑最大工作温度和试验温度下的静承压件材料性能的差异。以试验温度20℃为例，需要加权温度系数来对试验压力进行修正，温度系数计算公式如下：

注：T为零件的工作温度。

1.3.3 其他静载荷

压力试验的压力选取需要考虑的除压力载荷外任何其他重要静载荷：

（1）如果除压差引起的载荷外，零件还承受其它载荷（如机动飞行载荷，发动机安装节载荷等），应根据这些载荷的影响对试验压力进行修正。如果这些载荷对静承压件的影响不能通过修正试验压力来模拟，那么试验时必须对静承压件施加这些载荷。此条主要适用对象是涡轮机匣等处于传力路线上的静承压件。

（2）如果零件在工作中经受的压力随零件位置（内部或外部应力梯度）变化，那么静压试验必须对静压件所处压力场进行模拟。此条主要适用对象是压气机机匣等所受压力随位置变化的静压承力件。

1.3.4 材料和工艺

压力试验的压力选取需要考虑零件的材料的最低性能和加工工艺。

（1）如果静承压件有多种材料构成，选取最低性能材料的最低性能作为试验压力选取依据。

（2）如果静承压件采用焊接等形式加工而成，需要考虑加工工艺对母材性能的影响，需要加权工艺系数来对试验压力进行修正，工艺系数根据相关材料和设计规范制定。

1.3.5 几何和安装

压力试验的压力选取需要考虑型号设计允许的任何不利的几何形状的影响：

（1）部件压力试验应该在关键零件位置处模拟与发动机工作状态一致的实际安装和约束条件。

（2）耐压承力件本身型号设计允许的任何不利的几何形状。

为保证压力试验的有效性，需要加权几何和安装系数来对试验压力进行修正，系数计算方法如下：

耐压承力件的上公差（下公差）-耐压承力件安装接口之间的下公差（上公差）累积|作为零件装配应变，通过计算得到装配应力，从而得到几何安装系数。

1.4评判准则

CCAR33.64规定发动机静承压件设计必须满足以下要求：

（1）发动机静承压件在经受§33.64（a）（1）和（b）规定的压力载荷时可以稳定保持一分钟而不出现超过使用限制的永久变形或者发生可能导致危害性发动机后果的泄漏。

（2）发动机静承压件在经受§33.64（a）（2）和（b）规定的压力载荷时可以稳定保持一分钟而不发生破裂或爆破。

2某涡轴发动机滑油管路静压试验

某涡轴发动机滑油管路静压试验是发动机取证试验之一，静压试验的试验压力影响因素和参数根据上述条款解析选取。

2.1影响因素和参数

2.1.1压力

发动机设计规范中已给定滑油系统管路的工作压力和工作温度，见表1。

2.1.2温度

试验环境温度和试验介质温度取20±5℃，试验需要考虑试验温度与工作温度水平下材料性能的差异。

滑油管路材料不同温度下的性能见图1。

根据表1和图1可求得滑油管路试验压力温度系数，见表2。

2.1.3其他靜载荷

滑油管路不处在发动机传力路线上，受到的机动飞行载荷等载荷的影响较小，可不考虑。

滑油管路安装在发动机外部，处于大气环境中，压力均匀;滑油管路内部为滑油通道，管路本身流阻很小，内部压力均匀。

综上所述滑油管路静压试验可不考虑其受到的其他静载荷。

2.1.4材料和工艺

试验所选滑油管路由不锈管管和管接头焊接而成，由数据可知，马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢不同组织的焊接接头抗拉强度与奥氏体不锈钢母材相接近。与奥氏体不锈钢母材相比，抗拉强度下降了2.04%;与马氏体不锈钢母材相比，抗拉强度下降了12.9%。根据上诉资料结合管路设计规范确定管路的工艺系数。

耐压试验工艺系数：

K2_PP=1.15

极限压力试验工艺系数：

K2_up=1.25

2.1.5几何和安装

根据静压试验的滑油管路和安装接口的公差，求得相应的装配应变为1mm，经过换得到几何和安装系数K3=1.15。

2.2试验压力计算

2.2.1耐压试验压力计算

A=MWP×1.1×K1_PP（MWP） ×K2_PP×K3

B=NWP×1.33×K1_PP（NWP） ×K2_PP×K3

C=（ NWP+35）×K1_PP（NWP） ×K2_PP×K3

D=MAX（A，B，C）

根据计算得到D=3259Mpa，耐压试验压力取值3500Mpa。

2.2.2极限压力试验压力计算

A=MPP×1.15×K1_UP（MPP） ×K2_UP×K3

B=MWP×1.5×K1_UP（MWP） ×K2_UP×K3

C=（ MPP+35）×K1_UP（MPP） ×K2_UP×K3

D=MAX（A，B，C）

根据计算得到D=4166Mpa，极限压力试验压力取值4500Mpa。

2.3试验原理

某涡轴发动机典型管路压力试验原理如图2所示，压力试验通过压力表控制管路内试验介质的压力，通过温控箱控制试验介质的温度，通过试验台的相关设备控制试验环境温度。

2.4试验过程概述

滑油管路静压试验分为耐压试验和极限压力试验：耐压试验需要滑油管路中的试验介质在3500MPa压力水平上稳定1分钟;极限压力试验需要滑油管路中的试验介质在4500MPa压力水平上稳定1分钟。两个试验的试验环境温度和管路中的试验介质温度都需要控制在20±5℃。

2.5试验结果

用于耐压试验滑油管路未发生超出设计要求变形，试验过程中未发生泄露;用于极限压力试验滑油管路未发生破裂或爆破。试验大纲和试验条件获得审查组批准，整个试验审查组全程目击，试验通过适航审查。

3结语

本文对CCAR-33R2中第33.64 条“发动机静承压件”条款进行了详细解析，以此为基础，确定了某民用涡轴发动机滑油管路静压试验的试验方案、试验主要技术参数和试验大纲。在中国民航发动机适航审定中心的见证下完成了试验，试验结果符合适航条款要求，试验通过了适航审查。

参考文献

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[4]赵勇桃，董俊慧.等.1Cr18Ni9Ti与1Cr13不锈钢的焊接试验[J].焊接学报，2009，30（12）：85-88.

收稿日期：2019-07-18

作者简介：华继伟（1990—），男，山东泰安人，本科，工程师，研究方向：航空发动机结构设计。