带有安装边螺栓连接结构的机匣包容能力研究

曹振忠，张帆，章定国,*，余毅

1.南京理工大学 理学院，南京 210094

2.中国航发沈阳发动机研究所，沈阳 110015

航空发动机在高速运转时，由于外物撞击、材料缺陷、疲劳和过热等原因导致的叶片断裂容易引起非包容事故，若机匣不能包容叶片断裂的碎片，则碎片穿透机匣后会击中飞机的重要部件，造成严重后果[1]。为了减少非包容事故的发生，提高航空发动机的可靠性和安全性，各航空大国都对航空发动机的包容能力有严格的规范和要求[2-3]。同时，国内外学者也对机匣的包容能力进行了大量研究，这些研究主要集中在机匣非包容故障的数据收集与统计分析[4-5]、试验研究[6-11]和数值仿真研究[12-14]等方面。

航空发动机各机匣之间通常采用安装边结构通过螺栓进行连接[15]，当叶片断裂的碎片飞出时，极有可能撞击到机匣安装边螺栓连接部位。美国联邦航空条例(Federal Aviation Regulations)第33.94条规定：航空发动机结构必须包容转子叶片断裂产生的碎片，并保证发动机至少再运行15 s，并要求撞击载荷不能造成机匣的屈曲、机匣安装边的分离、转子堆挤等损坏[16]。碎片撞击到机匣安装边螺栓连接部位时，可能发生螺栓断裂和安装边断裂等情况，最终造成前后机匣的分离，此时即使机匣碎片被机匣包容，也将产生严重的事故。近年来，机匣连接部位的非包容事故经常发生。2013年一架MD-11客机由于机匣的安装边连接部位的强度不足，导致其无法包容涡轮故障产生的碎片，造成了左侧PW4462发动机的损坏，如图1(a)所示，事后检查发现撞击部位的安装边发生分离，回收的碎片中，有71件属于36个螺栓[17]。……