航空發(fā)動機機械系統(tǒng)技術(shù)的分析

萬新民　張棟　張祥

摘 要：在本文中主要從傳動系統(tǒng)技術(shù)、潤滑系統(tǒng)技術(shù)、密封技術(shù)以及主軸承系統(tǒng)技術(shù)對我國航空發(fā)動機機械系統(tǒng)技術(shù)進行了簡要分析，以期促進我國航空事業(yè)的更長遠的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機 機械系統(tǒng) 潤滑系統(tǒng) 密封技術(shù)

航空發(fā)動機機械系統(tǒng)中包含的結(jié)構(gòu)比較復雜，而且出現(xiàn)故障的幾率也比較大，這與我國航空發(fā)動機機械系統(tǒng)技術(shù)水平不高有很大關(guān)系。這就需要技術(shù)人員進行大量的研究以及借鑒國外先進的技術(shù)與經(jīng)驗，推動我國航空事業(yè)的發(fā)展。尤其是發(fā)動機是飛機中重要的一部分，其安全性能、穩(wěn)定以及機械系統(tǒng)技術(shù)水平都至關(guān)重要，因此加強對相關(guān)技術(shù)的研究起著重要的現(xiàn)實意義。

一、傳動系統(tǒng)技術(shù)

一直以來，傳動系統(tǒng)技術(shù)都是國外航空發(fā)動機技術(shù)研究中的重要部分，并且在發(fā)動機系統(tǒng)中也起到提供動力的重要作用。從目前發(fā)展情況來看，航空發(fā)動機傳動系統(tǒng)主要是在滿足高速、重載工作的基礎(chǔ)上，盡可能減少傳動系統(tǒng)的體積、質(zhì)量和可靠性，延長系統(tǒng)的使用壽命，而且減少成本投入，保證傳動系統(tǒng)的綜合性能。

由于發(fā)達國家航空技術(shù)發(fā)展起步較早，無論是技術(shù)還是系統(tǒng)研究方面都相對成熟和先進，并且建立了科學完備的計算分析系統(tǒng)、強度和性能實驗技術(shù)，并將發(fā)動機各個部件的受力、變形或者與對發(fā)動機相關(guān)聯(lián)的部件產(chǎn)生的影響考慮到強度計算中，對于發(fā)動機的靜態(tài)和動態(tài)分析上也相對完善[1]。通過科學的計算，甚至可以將發(fā)動機工作的情況真實模擬出來，以便進行更深入的研究。同時齒輪動態(tài)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)過大量基礎(chǔ)試驗獲取的數(shù)據(jù)，建立了豐富的數(shù)據(jù)庫，不僅可以保證傳動系統(tǒng)的基本使用要求，而且也保證了經(jīng)濟性。與其他國家的技術(shù)相比，我國的航天發(fā)動機傳動系統(tǒng)技術(shù)水平整體偏低，甚至存在很大的差距，而這一差距可以表現(xiàn)在齒輪嚙合仿真、傳動機匣與附件一體化設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計以及整體動態(tài)設(shè)計等方面[2]。因為我國航空發(fā)動機傳動系統(tǒng)附件數(shù)量多、轉(zhuǎn)速存在差異以及外廓尺寸較大等，影響傳動系統(tǒng)設(shè)計，這也是我國航空發(fā)動機傳動鏈長、軸數(shù)量多以及機匣殼的體積、質(zhì)量都很大的重要原因。

二、潤滑系統(tǒng)技術(shù)

航空發(fā)動機潤滑系統(tǒng)設(shè)計中對于技術(shù)要求很高，而且會涉及到一些有難度的學科，比如潤滑、二向流動以及復雜換熱等，這就增加了設(shè)計的難度。在21世紀，國外一些國家花費了近八年的時間專門用于研究商用及軍用航空發(fā)動機傳動潤滑系統(tǒng)，在材料和技術(shù)上都進行了改進和完善，最終取得了可喜的技術(shù)成果。比如航空發(fā)動機的潤滑系統(tǒng)著火和著火、新型潤滑泵以及潤滑系統(tǒng)的設(shè)計等等[3]。隨著這些新的技術(shù)成果被研發(fā)出來，逐漸應(yīng)用到各國的商用發(fā)動機中試用。

針對潤滑系統(tǒng)技術(shù)的研究，為了滿足我國未來商用航空發(fā)動機以及軍用戰(zhàn)斗機發(fā)動機的潤滑系統(tǒng)設(shè)計要求，我國技術(shù)人員也在進行大量的技術(shù)研究，主要的研究方向為：首先，超高溫潤滑油。在研究過程中技術(shù)人員會分析在使用超高溫潤滑油情況下對發(fā)動機的狀態(tài)進行分析，再分析其對發(fā)動機的軸承腔隔熱和空氣系統(tǒng)的影響。與此同時，也會研究對適滑油箱以及散熱器等技術(shù)，目的在于通過研究希望達到在減輕發(fā)動機重量的基礎(chǔ)上，進一步提升發(fā)動機的性能；其次，實現(xiàn)潤滑油系統(tǒng)熱計算的更精準化。在研究過程中需要借助先進的計算機技術(shù)，并進行大量實驗操作獲取軸承腔內(nèi)、外的熱傳遞性能，這樣就可以使技術(shù)人員掌握發(fā)動機中各個附件的載荷譜與溫度之間的對應(yīng)關(guān)系；最后，構(gòu)建科學合理的潤滑系統(tǒng)的檢測體系。在科學的潤滑系統(tǒng)的檢測體系指導下，可以及時了解系統(tǒng)中可能或者已經(jīng)存在的安全隱患，并有針對性的制定處理方案，減少安全事故。除了上述技術(shù)研究以外，我國航空發(fā)動機機械系統(tǒng)方面還需要加強對新型檢測傳感器的進一步研究，從而為發(fā)動機PHM系統(tǒng)提供更加優(yōu)質(zhì)科學的服務(wù)。

三、密封技術(shù)

密封技術(shù)在航空發(fā)動機系統(tǒng)中占據(jù)著舉足輕重的作用，而且無論是軍用航空還是民用航空都需要注意這一問題。目前，我國的密封技術(shù)水平只能達到軍用和民用航空發(fā)動機的基本要求目標。但是隨著我國航空事業(yè)的不斷推進，新一代航空發(fā)發(fā)動機密封技術(shù)顯然不足以應(yīng)對航空事業(yè)發(fā)展的實際需求，面對新技術(shù)的挑戰(zhàn)，我國航空領(lǐng)域必須加強重視對發(fā)動機密封技術(shù)的潤滑發(fā)動機系統(tǒng)空氣系統(tǒng)等的研究，實現(xiàn)不同密封件配對的最佳狀態(tài)。

在研究發(fā)動機性能過程中，會涉及到接觸式氣路密封技術(shù)，在提高發(fā)動機效率和性能方面發(fā)揮了積極作用，目前很多專業(yè)公司的技術(shù)完全可以達到生產(chǎn)要求，而且規(guī)模也呈現(xiàn)出逐漸擴大的趨勢。但是，面對新時期的發(fā)展，下一代航空發(fā)動機氣路密封技術(shù)的研究過程中也遇到了更多難題，比如結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇與使用等，這些都需要技術(shù)人員通過大量的計算和分析才能確定。在計算這些參數(shù)過程中技術(shù)人員也需要考慮到更高的使用溫度、延長使用壽命、增加密封壓差以及更嚴格的磨損情況等等，所以在技術(shù)水平方面有了很大提升。

四、主軸承系統(tǒng)技術(shù)

軸承在航空發(fā)動機中主要是為了提高正常運轉(zhuǎn)所需的動力。從國外航空發(fā)動機的主軸承設(shè)計設(shè)計來看，除了有專業(yè)的軸承系統(tǒng)耦合分析軟件以外，還通過大量實驗研究獲取了豐富的數(shù)據(jù)資源，為三維數(shù)字方針設(shè)計的發(fā)展提供了重要的數(shù)據(jù)支撐。同時，在主軸承設(shè)計制造方面，國外的研究還采用了二次碎硬技術(shù)，有效解決了制造軸承過程中產(chǎn)生的剩余應(yīng)力問題，而且提高了軸承表層的硬度性能，即使在應(yīng)力要求更高的情況下也可以滿足實際要求。

現(xiàn)階段，我國軸承技術(shù)方面的應(yīng)用也只是出于剛起步階段，還有很長遠的路要走。面對軸承行業(yè)快速發(fā)展的趨勢，軸承研發(fā)部門和發(fā)動機設(shè)計部門已經(jīng)實現(xiàn)了合作，并且在滿足實際需求的同時也針對軸承技術(shù)方面提出了更加嚴格科學的標準，然后通過實驗研究收集大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并建立軸承應(yīng)用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，促進我國軸承行業(yè)向新的高度發(fā)展。此外，軸承研發(fā)部門以及發(fā)動機設(shè)計部門還加強對專業(yè)技術(shù)的研究，比如主軸承的設(shè)計工作環(huán)境，保證在運轉(zhuǎn)過程中發(fā)動機其他構(gòu)件不會對軸承造成嚴重損壞。

結(jié) 語

綜上，當前我國航空發(fā)動機相關(guān)技術(shù)水平還遠遠落后于發(fā)達國家，為了迎合我國航空事業(yè)發(fā)展的趨勢，加大對發(fā)動機系統(tǒng)技術(shù)的研究就顯得極其重要。同時，在科技快速發(fā)展的背景下，是發(fā)展機遇更是挑戰(zhàn)，所以我國航空技術(shù)人員應(yīng)該提高思想認知，加強在基礎(chǔ)方面的設(shè)計研究，并借鑒和引進國外發(fā)達國家的技術(shù)與經(jīng)驗，研發(fā)出合適我國航空發(fā)展的技術(shù)。

參考文獻

[1] 陳聰慧，葛泉江，李季，信琦，毛宏圖.航空發(fā)動機機械系統(tǒng)技術(shù)研究[J].航空發(fā)動機，2015，41（05）：86-91.

[2] 王貴春.航空發(fā)動機機械系統(tǒng)技術(shù)的分析[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2018（01）：41-42.

[3] 高奇.航空發(fā)動機機械系統(tǒng)技術(shù)的分析[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2017（20）：132+134.