航空发动机挂架失效及解决办法

摘要：某小型航空发动机在性能测试中，试车几分钟突然出现悬挂支架断裂，造成发动机悬挂支撑系统报废，电动启动系统受损。经分析悬挂支架上的减振块从其根部断裂，借助显微镜等技术手段对失效件进行技术分析，最终找出失效产生原因并经过技术改进，解决了发动机悬挂支架故障，发动机运行正常。

关键词：发动机悬挂；失效；断裂；技术改造

小型活塞式航空发动机具有体积小、重量轻、升功率高、结构简单、操作维护方便等优点，在涡喷、涡桨、涡轴和涡扇发动机在各类飞机上的大量应用的今天，小型活塞式航空发动机仍因其优点受到青睐，特别在小型无人机上应用很广[1]。公司生产的无人机采用POLINITHOR250二冲程航空发动机，重量18kg，动力为26.46kW（36马力），采用3点悬挂方式固定。

1测试失效现象描述及失效原因分析

1.1发动机挂架失效现象。POLINITHOR250二冲程航空发动机具有体积小、重量轻、性能可靠等优点，采用3点固定的方式，如图1所示，图1a为发动机及其悬挂杆，图1b为发动机三维模型，图1c为在测试中发动机悬挂之一与测试架装配在一起的（椭圆圈中所示）。在给发动机输出轴装配上桨毂及桨叶后点火加油后，螺旋桨转速升高过程中未见异常，在转速升至2000r/min后运行约1min，实然出现发动机从测试架上倾斜、螺旋桨叶片触地断裂飞溅的事故，马上减油停机检查。1.2失效原因分析。检查后发现，发动机悬挂3个支架，其中2个完全断裂，另一个也弯曲变形严重，导致了发动机失去重心，严重倾斜，发生本次事故，图2所示为损坏的悬挂支架。图2a为发生事故后，从发动机上拆下来的损坏的挂架，可以看出，此挂架发生了严重的弯曲变形，并在表面发生了明显的磨损；图2b为事故中折断的发动机挂架，由此图可以看出，此挂架与发动机连接的圆孔处发生了折断，而用于固定在测试平台的左侧圆孔处出现了明显的半圆形黑色痕迹，而右侧的圆孔处出现了明显的磨损印痕；图2c是挂架减振块上橡胶脱落后的情况。由图2b中孔周围的黑色痕迹及磨损印痕可以判断，在挂架失效前，挂架上固定的橡胶减振块与挂架发生了强烈的磨擦，也就可判断发动机在挂架失效前发生了剧烈的振动，振动导致了减振块从挂架上脱落，从而引发更大的振动，导致挂架断裂而失效。由以上分析可知，过度振动是引发事故产生的根本原因，只有找到引发振动的原因，才可能从根本上解决此类事故的再度发生。1.3挂架界面微观分析。图3a为发动机挂架减振块橡胶与钢质嵌块断裂后的界面宏观照片。由图3a可以看出，中间部分为白色钢质，周围为黑色橡胶，可以判断两者之间的断裂为混合型断裂形式，在中间局部区域橡胶与钢材结合性不好，从而导致从界面开裂；周围区域从橡胶内部断裂，这说明在此区域内橡胶与钢材之间结合强度好，从而在橡胶内部开裂；图3b为减振块断裂界面的光学显微照片（×50），由图可以看出，橡胶上有许多微裂纹及孔洞（图中箭头所指处），工作过程中在这些区域产生了应力集中，导致了橡胶从此界面处断裂；图3c为挂架断裂的断面宏观照片，可以看到明显撕裂唇，是由于受力明显超过其强度极限造成的。1.4发动机挂架失效原因及改进方法。由以上分析可知，发动机挂架断裂的主要原因是由于发动机振动过大，从而引起橡胶减振块上的钢质螺栓从两者的界面上断裂，断裂的原因可能由于两者的界面结合不好，加之橡胶中有细小的缺陷（裂纹、孔洞等）导致了减振块脱落，从而导致挂架断裂。经过测试，发动机振动过大不是发动机本身的问题，经分析可能由于安装在发动机输出轴上的螺旋桨叶片、桨榖及相关配件动平衡存在问题引起的。在接下来的测试中，首先将桨叶片、桨榖及相关的配件进行动平衡检测，并经过相关处理，使其达到动平衡的相关技术指标，再将其安装到发动机输出轴上，并改用了通孔型减振块，也避免了减振块失效带来的风险。没有再出现发动机悬挂件失效的问题。

2结束语

通过对挂架减振块、挂架的断口宏观、微观分析、严判，找到了发生发动机挂架失效断裂的根本原因，并对相关的结构进行了检测及改进，消除了安全隐患，避免了相同事故的发生。建议后续增加系统的动平衡检测，并做好质量预防，尽量减少此类质量问题发生。

作者:单位:1.湖南工程学院机械学院 2.长沙云智航科技有限公司