[发明专利]基于应力等效方法的针对薄弱环节的等效寿命试验方法及设备

说明书

本发明提供了一种基于应力等效方法的针对薄弱环节的等效寿命试验方法，基于维修和使用情况数据，分析确定某型涡轮冷却器的薄弱环节；依据薄弱环节的故障机理，确定以薄弱环节为重点的等效寿命试验的具体方法；确定与常规寿命试验之间的内部应力对应关系；对次要因素进行适当简化，确定等效寿命试验的载荷和边界条件；研发某型涡轮冷却器等效寿命试验设备，配备在线检测设备，实时记录试验条件和设备的试验状态。本发明可以有效地降低空气耗量及温度的相关需求，进而降低能源消耗和试验费用，简化寿命试验设备的复杂度，缩短寿命试验设备的使用空间，提高寿命试验设备的可靠性。

技术领域

本发明属于航空装备可靠性与寿命评估领域,具体地涉及一种基于应力等效方法的针对薄弱环节的等效寿命试验方法及设备。

背景技术

航空涡轮冷却器，利用空气在涡轮叶片上膨胀，空气势能通过涡轮导向器转变为动能，使传输至座舱和设备舱的温度和压力降低，是飞机空调系统的重要部件。涡轮冷却器的寿命试验，用于验证涡轮冷却器的耐久性指标要求，对产品服役期间的性能、制定合理的维修策略和提高综合保障能力，具有十分重要的意义。

涡轮冷却器寿命试验的试验时间较长，试验条件要求相对较高，以某型航空涡轮冷却器为例，按照产品规范，其寿命试验对涡轮端和风扇端的入口压力、入口流量、入口温度，以及转子转速等环境条件均给出了相应的规定。但由于高转速、大流量、高温和较高的压力要求，为了涡轮冷却器的寿命试验条件，试验设备需要相对较高的试验能力和相对高昂的试验费用。

现有的涡轮冷却器寿命试验方法，完全依照试验条件开展寿命试验，存在如下困难：可长时间可靠运转的大流量气源、高温电炉，以及大量的试验台附属的监控和测试设备，试验设备硬件投入费用巨大；寿命试验过程中，大流量气源和电炉消耗的电功率相对较高，寿命试验时间较长，故需要耗费电能不菲，试验费用颇大；寿命试验需要供给涡轮端和风扇端的两路热空气，所需要的大型气源、加热炉、气体传输管路和较复杂的温度、压力、流量控制系统，空间需求量大；同时，寿命试验系统的可靠性会随其复杂性的增加而显著下降，增加了试验节点把控的风险，增大了试验保障的压力。

发明内容

本发明基于应力等效方法的针对薄弱环节的等效寿命试验方法及设备，在涡轮冷却器的寿命试验过程中，可以有效地降低空气耗量及温度的相关需求，进而降低能源消耗和试验费用，简化寿命试验设备的复杂度，缩短寿命试验设备的使用空间，提高寿命试验设备的可靠性，能够很好地解决上述问题。

为实现上述目的，本发明专利提供了一种基于应力等效方法的针对薄弱环节的等效寿命试验方法，其包括以下步骤：

S1、基于维修和使用情况数据，分析确定某种涡轮冷却器的薄弱环节；

S2、依据薄弱环节的故障机理，确定以薄弱环节为重点的等效寿命试验的具体方法；

S3、确定与常规寿命试验之间的内部应力对应关系；

S4、对次要因素进行简化，确定等效寿命试验的载荷和边界条件；

S5、研发某型涡轮冷却器的等效寿命试验设备，配备在线检测设备，实时记录试验条件和设备的试验状态。

优选地，所述的维修和使用情况数据，包括但不限于产品外场故障情况统计、产品维修发现故障情况统计以及产品维修工艺和产品。

优选地，步骤S2中所述的以薄弱环节为重点的等效寿命试验的具体方法为，依据薄弱环节的故障机理，确定试验对象，确定的试验对象为涡轮盘和风扇叶轮，该型涡轮冷却器的其他部件为陪试部件。

优选地，所述的等效寿命试验具体为：根据有限元计算，确定载荷谱规定的各状态下，薄弱环节的内部应力大小和分布的对应关系，进而建立等效寿命试验的试验结果，与该型涡轮冷却器的延寿指标之间的对应关系。