民用飞机发动机安装节设计载荷要求研究

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1、民用飞机发动机安装节设计载荷要求研究-科技创新论文民用飞机发动机安装节设计载荷要求研究徐春雨（上海飞机设计研究院，中国上海201210）【摘要】发动机安装节作为发动机及机体结构之间的连接结构,其强度设计是保证飞机安全极其重要的一个环节。飞机设计载荷先行，为了保证发动机安装节结构设计满足适航的要求，从而保证飞行安全，因此其设计载荷的完备性及准确性显得至关重要。本文通过对适航条款的研究，给出了发动机安装节设计所需满足的载荷要求，对发动机安装节设计起指导作用。关键词发动机安装节；惯性载荷；扭矩载荷；陀螺载荷；FBO载荷；风车载荷0引言发动机安装节系

2、统将发动机固定于飞机结构上，并将其产生的载荷传递至机体结构。根据民用飞机上发动机安装位置的不同，分为尾吊发动机安装节系统与翼吊发动机安装节系统（注：由于尾吊与翼吊发动机安装节功能相同，并且结构相近，只是由于安装位置不同，结构尺寸稍有变化，本文将以翼吊发动机安装节为主进行介绍）。其强度设计所需满足的载荷条款包括：§25.301载荷，§25.361发动机扭矩，§25.363发动机和辅助动力装置支架的侧向载荷，§25.367发动机失效引起的非对称载荷，§25.371陀螺载荷，发动机突然停车专用条件。1发动机惯性载荷根据CCAR25.301条款的要求

3、，对于飞机结构应满足：(a)强度的要求用限制载荷(服役中预期的最大载荷)和极限载荷(限制载荷乘以规定的安全系数)来规定。除非另有说明，所规定的载荷均为限制载荷。(b)除非另有说明，所规定的空气、地面和水载荷必须与计及飞机每一质量项目的惯性力相平衡。这些载荷的分布必须保守地近似于或接近地反映真实情况。除非表明确定受载情况的方法可靠，否则用以确定载荷大小和分布的方法必须用飞行载荷测量来证实。(c)如果载荷作用下的变形会显著改变外部载荷或内部载荷的分布，则必须考虑载荷分布变化的影响发动机惯性载荷来自于全机载荷输入，主要飞行载荷和地面载荷，是指按照C

4、CAR25部计算的载荷，包括：动态突风载荷（包括离散垂直突风、离散侧向突风、连续垂直突风、连续侧向突风）、动态着陆载荷、动态滑行载荷、飞行载荷、地面载荷（包括三点起飞滑跑、两点滑行刹车、三点滑行刹车、急刹车、左转弯、右转弯、前轮侧偏§25.499(a)、前轮侧偏§25.499(b)(c)、前轮侧偏§25.499(e)、绕左主起落架的回转情况、绕右主起落架的回转情况、倒行刹车、起飞滑跑的组合载荷情况）。2发动机扭矩载荷发动机限制扭矩载荷指根据§25.361计算的扭矩载荷。§25.361b)规定：“对于涡轮发动机装置，发动机架及其支承结构必须设计

5、成能承受下列每一种载荷：(1)由于故障或结构损坏(例如压气机卡住)造成发动机突然停车所产生的发动机限制扭矩载荷；(2)发动机最大加速所产生的发动机限制扭矩载荷。”针对25.361b)(1)条，限制扭矩载荷来自于发动机停转、熄火、油路切断。最危险工况为油路切断后，压缩机中有最大剩余空气流量，但这时涡轮转子中没有能量输入。这一最大减速扭矩发生于红线速度下的突然减速，仅存在几毫秒。发动机极限扭矩载荷主要是指转子锁死力矩（RotorSeizureTorque），可能由两种情况导致：风扇叶片脱落（FBO）情况中风扇与风扇机匣碰撞、其他可能导致发动机停转

6、的事件（涡轮叶片脱落）。确定发动机最大减速时的限制扭矩时可以按发动机在Δt时间内从最大转速ωxmax减小到零。Δt的大小按发动机转动部分惯量的大小取值，如果惯量小，减速容易可取0.2秒，如果惯量大，减速慢可取较大的值，目前国外最大的发动机惯量情况取到0.5，通常情况国外飞机取0.2到0.3。针对25.361b)(2)条，首先要确定各转动部分在最大加速情况下的最大角加速度。得到以上两个力矩后还需和飞机平飞时的气动载荷和惯性载荷叠加，进行安装节系统的强度分析。发动机停车时的扭矩值应作为限制载荷使用，只有极少发生的非常突然的突然停车才会产生很大的扭

7、矩，可以作为发动机的极限载荷对待。发动机扭矩载荷通过安装节系统传递到吊挂上，飞机两侧发动机的扭矩通常是同向的（两侧发动机旋转的方向一致），计算时应是两侧发动机同时作用而不能只考虑一侧。3陀螺载荷发动机陀螺载荷指根据§25.371计算的扭矩载荷。§25.371规定：任何发动机或辅助动力装置的支承结构必须按§25.331、§25.341(a)、§25.349、§25.351、§25.473、§25.479、§25.481中规定情况产生的包括陀螺载荷在内的载荷进行设计，且发动机或辅助动力装置处于与该情况相应的最大转速。为了符合本条的要求，必须满足§

8、25.331(c)(1)的俯仰机动的要求直到达到正的限制机动载荷系数(§25.333(b)的A2点)。本条款规定了在进行发动机安装节结构设计时，必须按§25.331