祁琳斐,鄧 力

（北京航空航天大學(xué),北京 100191）

0 引言

航空工業(yè)從一戰(zhàn)時(shí)期興起發(fā)展至今，其技術(shù)水平已成為了衡量國家競爭力、發(fā)展能力的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。坦白地講，我國的航空工業(yè)起步較晚，與美、英等西方國家存在著數(shù)十年的“先天差距”，這是不爭的事實(shí)。但即便是這樣，我國作為從無到有、平地起家的后起之秀，已成功躋身世界航空大國之列。據(jù)此，我們有必要對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)這一航空工業(yè)的重要組成部分進(jìn)行分析研究。

1 影響飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性和可靠性的主要因素

第一，設(shè)計(jì)因素。發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量對(duì)飛機(jī)工作運(yùn)行的穩(wěn)定性起決定作用，其設(shè)計(jì)上對(duì)于復(fù)雜性和精密性的要求不言而喻。一旦設(shè)計(jì)人員對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、運(yùn)行熱力參數(shù)的設(shè)計(jì)失當(dāng)，將引發(fā)等風(fēng)轉(zhuǎn)速度過低、耐高溫能力差等一系列的故障缺陷問題。所以，每臺(tái)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)出和應(yīng)用之前，都會(huì)經(jīng)歷多次的試驗(yàn)和改進(jìn)設(shè)計(jì)，以保證其穩(wěn)定性和耐久性達(dá)標(biāo)。

第二，工藝因素。加工是將發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)由圖紙變成實(shí)物的過程，在此過程中制造人員若是出現(xiàn)疏忽，將會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)表面過于粗糙、發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)力分配不均、尺寸存在差距等加工問題，導(dǎo)致最終產(chǎn)出物與設(shè)計(jì)圖的參數(shù)要求不符。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)圖是經(jīng)過嚴(yán)密計(jì)算得出的，所以不合規(guī)的制作成品無法實(shí)現(xiàn)良好的耐久性和可靠性。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部零件的前后緣距離與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不相符，將會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)葉片疲勞甚至斷裂，進(jìn)而減損或終結(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命[1]。

第三，材料因素。拿橡膠密封件來說：由于發(fā)動(dòng)機(jī)是一種高強(qiáng)度的熱力機(jī)械械設(shè)備，其實(shí)際運(yùn)行中必然會(huì)產(chǎn)生大量的熱能。此時(shí)，如果密封件的橡膠質(zhì)量不佳，就會(huì)受熱發(fā)生膨脹、松動(dòng)或融化，使發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)漏油、漏氣、漏水的“三漏”問題，影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性和可靠性。

第四，附件質(zhì)量因素。在發(fā)動(dòng)機(jī)附件當(dāng)中，軸承是最為重要的一種。如果軸承內(nèi)部轉(zhuǎn)子的尺寸與結(jié)構(gòu)條件存在出入，就會(huì)增高軸承轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦系數(shù)，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)卡頓，繼而影響到發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火、調(diào)節(jié)等多個(gè)系統(tǒng)，為發(fā)動(dòng)機(jī)故障埋下隱患。

2 提高飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性和可靠性的策略途徑

2.1 提高飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的完善程度

首先，發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的精確協(xié)調(diào)決定了其成品的耐久性和可靠性。飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)由進(jìn)氣道、壓力機(jī)、燃燒室、渦輪、尾噴管五個(gè)部分組成，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)具體的使用條件，將這五個(gè)部分進(jìn)行合理設(shè)置，在保證其協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)最佳運(yùn)行效果的同時(shí)，盡量減小發(fā)動(dòng)機(jī)整體的重量和尺寸。因?yàn)橐坏┌l(fā)動(dòng)機(jī)過大，將會(huì)產(chǎn)生較高的能耗，給發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部硬件元素造成一定的負(fù)擔(dān)，影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性。

其次，合理的荷載和應(yīng)力分配，是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的又一重要環(huán)節(jié)。飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中會(huì)釋放出非常大的動(dòng)能、熱能，如果設(shè)計(jì)者沒有對(duì)其負(fù)荷應(yīng)力進(jìn)行分化設(shè)計(jì)，將會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)局部溫度過高，影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性和可靠性。此外，設(shè)計(jì)者還需考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)在出現(xiàn)葉片脫離、轉(zhuǎn)子卡頓、燃燒室熄火等特殊工作情況時(shí)，其內(nèi)部負(fù)荷壓力的應(yīng)急分化對(duì)策，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)在出現(xiàn)故障時(shí)也能實(shí)現(xiàn)較高水平的運(yùn)轉(zhuǎn)工作。

2.2 加強(qiáng)部件檢驗(yàn)和整機(jī)檢驗(yàn)的力度

第一，部件檢驗(yàn)是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。在發(fā)動(dòng)機(jī)投入使用之間，相關(guān)工作人員必須根據(jù)中國人民解放軍總裝備部批準(zhǔn)發(fā)布的《航空渦輪噴氣和渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)通用規(guī)范（2010）》對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輪盤、風(fēng)扇等零部件進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)內(nèi)容主要包括循環(huán)疲勞度、強(qiáng)度、工作極限等。在發(fā)動(dòng)機(jī)零部件檢驗(yàn)合格后，才能進(jìn)行后期的整機(jī)檢驗(yàn)和飛行試驗(yàn)，以避免較大經(jīng)濟(jì)損失和安全問題的出現(xiàn)。

第二，整機(jī)檢驗(yàn)是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)精準(zhǔn)的要求。整機(jī)檢驗(yàn)也可稱做“調(diào)試”，即通過實(shí)踐對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案、零部件質(zhì)量進(jìn)行綜合驗(yàn)證和調(diào)整。首先，整機(jī)檢驗(yàn)?zāi)苡行У嘏袛喑霭l(fā)動(dòng)機(jī)原設(shè)計(jì)參數(shù)的規(guī)范性和假設(shè)正確性，并對(duì)其中存在的不足進(jìn)行修改；其次，整機(jī)檢驗(yàn)可以真實(shí)地呈現(xiàn)出發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前存在的問題和薄弱區(qū)域，為設(shè)計(jì)者指明發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性和可靠性的完善方向；最后，整機(jī)檢驗(yàn)可以進(jìn)一步確定出發(fā)動(dòng)機(jī)的承載極限和壽命范圍，能為日后發(fā)動(dòng)機(jī)檢修、發(fā)動(dòng)機(jī)更換等工作提供出較為可靠的信息保障。

2.3 保證發(fā)動(dòng)機(jī)各環(huán)節(jié)部件的高質(zhì)量

飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作運(yùn)行具有溫度高、壓力高、轉(zhuǎn)速高的“三高”環(huán)境特點(diǎn)，其對(duì)內(nèi)部各部件的質(zhì)量消耗也相對(duì)較高。所以，在發(fā)動(dòng)機(jī)制造和加工的過程當(dāng)中，工作人員應(yīng)嚴(yán)格按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，并對(duì)生產(chǎn)中因鑄造疏忽、高溫?zé)齻?、折疊損壞的殘次部件統(tǒng)一進(jìn)行剔除或再加工處理，以保證生產(chǎn)出來的零部件具有高水平的耐久性和可靠性[2]。

同時(shí)，為了保證零部件在安裝時(shí)與整體結(jié)構(gòu)具有高度的契合性，防止零部件在實(shí)際工作中因震動(dòng)、壓力等因素而出現(xiàn)松動(dòng)甚至脫落，工作人員還需對(duì)零部件幾何形狀進(jìn)行零點(diǎn)幾毫米級(jí)別的細(xì)致查看，并對(duì)形狀存在偏差問題的零部件進(jìn)行切削拋光，以保證最終集成組裝出發(fā)動(dòng)機(jī)的精度和穩(wěn)定性均高于質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)水平。

3 總結(jié)

綜上所述，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性和可靠性，對(duì)于我國航空工業(yè)的發(fā)展具有重要作用。由本文分析可知，通過分析設(shè)計(jì)、部件質(zhì)量、制作工藝等環(huán)節(jié)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)力分配和結(jié)構(gòu)合理性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)其工作效果進(jìn)行綜合檢驗(yàn)，能有效保證飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量符合實(shí)際工作需求，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷能力，延長發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，進(jìn)而有效實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在耐久性、可靠性上的優(yōu)化提升。

[1]曹銘棟.民用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)與排放分析方法研究[D].西北工業(yè)大學(xué),2016.

[2]鄭旭東,張連祥.提高飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性和可靠性的途徑[J].飛機(jī) 設(shè)計(jì),2013,33(02):49-52+75.