航空滑油泵防火試驗(yàn)方法研究

武程

摘 ?要：文章主要介紹了航空發(fā)動(dòng)機(jī)防火試驗(yàn)的背景、試驗(yàn)要求，通過對(duì)試驗(yàn)要求進(jìn)行分析，并結(jié)合已經(jīng)開展過的防火試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)及了解的信息，總結(jié)出三種不同的防火試驗(yàn)方法。通過對(duì)不同防火試驗(yàn)方法的試驗(yàn)原理、試驗(yàn)器結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)操作要求等進(jìn)行分析比較，得出三種試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并進(jìn)一步明確了航空發(fā)動(dòng)機(jī)滑油泵開展防火試驗(yàn)的方法選擇準(zhǔn)則和注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī);滑油泵;試驗(yàn);防火

中圖分類號(hào)：V233 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）31-0128-02

Abstract： This paper mainly introduces the background and test requirements of the aeroengine fire test. By analyzing the test requirements and combining the experience and knowledge of the fire tests that have been carried out， three different fire test methods are summarized. By analyzing and comparing the test principles， tester structure and test operation requirements of different fire test methods， the advantages and disadvantages of the three test methods are obtained， and the method selection criteria and precautions for the fire test of the aeroengine oil pump are further clarified.

Keywords： aero engine; oil pump; test; fire protection

1 概述

航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件開展防火試驗(yàn)的主要目的是避免在發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)意外起火的條件下，在最初的5min內(nèi)，保證存儲(chǔ)及輸送燃油的部件及管路能夠保持基本的功能，保證著火情況不會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展和蔓延;導(dǎo)線及其電子元器件具備特定的功能，如將故障報(bào)告給塔臺(tái)、火情傳遞給機(jī)艙，第一時(shí)間能夠切斷電源和油路等。在后續(xù)的10分鐘內(nèi)，由于火勢(shì)的蔓延，不至于將存儲(chǔ)及輸送滑油的油箱、管路、附件等燒穿，固定承力支架變形斷裂等問題，使得火勢(shì)進(jìn)一步蔓延擴(kuò)大等，給飛機(jī)駕駛員故障處置或逃生的時(shí)間。開展航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的防火試驗(yàn)是對(duì)材料和零部件功能特性的有效驗(yàn)證，對(duì)于提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性、可靠性，保證飛機(jī)的飛行安全有巨大的意義。

滑油泵作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)的一個(gè)重要附件，是輸送滑油的裝置，直升機(jī)主減滑油泵的功能與之類似，按照適航和相關(guān)研制標(biāo)準(zhǔn)的要求，需要開展防火設(shè)計(jì)和試驗(yàn)驗(yàn)證工作。

2 防火要求

航空發(fā)動(dòng)機(jī)哪些部位或部件需要開展防火試驗(yàn)，如何開展，在發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中均有規(guī)定，具體內(nèi)容如下：（1）GJB241A-2010《航空渦輪噴氣和渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)通用規(guī)范》中第4.4.1.2.5節(jié)、第4.4.2.2.5.5節(jié)。（2）GJB242A-2018《航空渦輪螺槳和渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)通用規(guī)范》中第3.13.2節(jié)、第4.4.1.2.5節(jié)、第4.4.2.2.5.5節(jié)。（3）HB 6167.14-2014《民用飛機(jī)機(jī)載設(shè)備環(huán)境條件和試驗(yàn)方法——第14部分：防火、可燃性試驗(yàn)》中第4節(jié)。以上標(biāo)準(zhǔn)均提到了航空發(fā)動(dòng)機(jī)輸送可燃液體的導(dǎo)管、接頭和附件要開展防火試驗(yàn)。通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)要求的分析和解讀，上述標(biāo)準(zhǔn)簡單規(guī)定了試驗(yàn)的參數(shù)和時(shí)間，試驗(yàn)應(yīng)在設(shè)備處于工作狀態(tài)下進(jìn)行，但是對(duì)于每種附件如何選擇試驗(yàn)部位、如何設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)沒有明確的規(guī)定，還需要各個(gè)附件承研單位根據(jù)各自產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)進(jìn)行明確。

3 試驗(yàn)方法介紹

航空發(fā)動(dòng)機(jī)滑油泵是滑油系統(tǒng)附件，屬于A類設(shè)備，應(yīng)采用防火試驗(yàn)程序。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的相關(guān)條件及查詢相關(guān)資料，滑油泵開展防火試驗(yàn)的方法有以下三種：

3.1 第一種試驗(yàn)方法

滑油泵內(nèi)部的轉(zhuǎn)子、定子和泵軸等零件不裝配，僅裝配外露部分的殼體，使用外部油泵從油箱抽取滑油提供給滑油泵，并將滑油抽回油箱，在這個(gè)工作條件下進(jìn)行防火試驗(yàn)。開展防火試驗(yàn)時(shí)，使用一個(gè)體外供油泵從油箱抽取經(jīng)過加溫且滿足試驗(yàn)溫度的滑油供給滑油泵，使用一個(gè)抽油泵將滑油抽回油箱。

3.2 第二種試驗(yàn)方法

將滑油泵的各進(jìn)出油口與油箱連接，使用電極驅(qū)動(dòng)滑油泵運(yùn)轉(zhuǎn)，在這個(gè)工作條件下進(jìn)行防火試驗(yàn)。開展防火試驗(yàn)時(shí)，通過電機(jī)（或電機(jī)和變速齒輪箱的組合）作為驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)滑油泵，由一個(gè)或多個(gè)油箱為滑油泵供油，油箱中有加熱裝置保證滑油溫度，并通過進(jìn)油管路和回油管路與滑油泵相連，實(shí)現(xiàn)滑油泵運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的滑油循環(huán)。

3.3 第三種試驗(yàn)方法

在第二種試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，在滑油泵回油級(jí)進(jìn)口和油箱之間增加油氣混合裝置，通過變量油泵給油氣混合裝置供油，滑油泵從油氣混合裝置中抽取油氣混合物。開展防火試驗(yàn)時(shí)，電機(jī)（或電機(jī)和變速齒輪箱的組合）驅(qū)動(dòng)滑油泵運(yùn)轉(zhuǎn)，滑油泵的供油級(jí)從油箱中抽取滑油后返回油箱，通過安裝在供油級(jí)出口管路上的壓力調(diào)節(jié)閥門調(diào)節(jié)供油級(jí)出口壓力;變量油泵從油箱抽取滑油提供給油氣混合裝置，并通過變量油泵自身的調(diào)節(jié)功能和流量調(diào)節(jié)閥門共同調(diào)節(jié)提供給油氣混合裝置的滑油量;滑油泵的回油級(jí)從油氣混合裝置中抽取油氣混合物后將油氣混合物返回油箱。

對(duì)于具有多個(gè)回油級(jí)的滑油泵，可增加油氣混合裝置的數(shù)量及相關(guān)管路來實(shí)現(xiàn)，其試驗(yàn)原理與上述一致。

4 試驗(yàn)方法比較

通過對(duì)試驗(yàn)要求、試驗(yàn)原理和試驗(yàn)方法的分析比較，每種試驗(yàn)方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，下面就每種試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。

4.1 第一種試驗(yàn)方法

優(yōu)點(diǎn)：（1）試驗(yàn)器結(jié)構(gòu)簡單，管路少。（2）試驗(yàn)過程操作簡單，試驗(yàn)過程中只需要調(diào)節(jié)滑油泵進(jìn)回油管路上的兩個(gè)油泵的流量即可實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

缺點(diǎn)：（1）此種試驗(yàn)方法雖然模擬了滑油泵工作狀態(tài)下滑油的流量，但與滑油泵的實(shí)際工作條件相差較大?；捅脤?shí)際工作條件下是從多個(gè)進(jìn)油口進(jìn)油，從不同的回油口回油，內(nèi)部通過級(jí)間殼體或殼體分開，進(jìn)出口的壓力也不一樣。而此種試驗(yàn)方法由于滑油泵內(nèi)部的零件沒有裝配，滑油泵相當(dāng)于一段管路或油箱，試驗(yàn)時(shí)滑油泵內(nèi)部壓力相同，與實(shí)際工作不同。

（2）防火試驗(yàn)薄弱點(diǎn)的選擇受限制。

由于與滑油泵實(shí)際工作狀態(tài)不一致，在選擇滑油泵防火試驗(yàn)薄弱點(diǎn)的時(shí)候需要避開一些沒有滑油流過的部位，否則會(huì)出現(xiàn)由于熱量無法帶走導(dǎo)致燒毀的問題，而這個(gè)問題可能在滑油泵實(shí)際工作中不會(huì)出現(xiàn)。

4.2 第二種試驗(yàn)方法

優(yōu)點(diǎn)：（1）滑油泵處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，能夠按照滑油泵工作轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整。（2）滑油泵結(jié)構(gòu)完整，試驗(yàn)件結(jié)構(gòu)狀態(tài)與實(shí)際工作狀態(tài)一致。（3）滑油泵處于工作狀態(tài)，能夠根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整滑油泵進(jìn)出口的壓力。

缺點(diǎn)：（1）試驗(yàn)系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。要根據(jù)滑油泵的進(jìn)出口數(shù)量設(shè)置相應(yīng)的管路、壓力、流量和溫度傳感器。如果滑油泵包含供油泵和回油泵，供回油溫度不一致，還要設(shè)置供油油箱和回油油箱，用于調(diào)節(jié)保證供油泵和回油泵的滑油溫度。（2）試驗(yàn)過程需要監(jiān)控和調(diào)節(jié)的參數(shù)較多，試驗(yàn)操作的難度與第一種方法相比更加復(fù)雜和困難。防火試驗(yàn)過程中除了要監(jiān)控火焰的熱流量外，還要監(jiān)控滑油泵的轉(zhuǎn)速和進(jìn)出口處的滑油溫度、壓力及流量參數(shù)，特別是試驗(yàn)轉(zhuǎn)入后10min的時(shí)候，需要同步調(diào)節(jié)滑油泵的轉(zhuǎn)速和出口壓力，否則就會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速降低快，壓力調(diào)節(jié)慢導(dǎo)致壓力低于規(guī)定壓力而欠考核的情況，或者轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)慢，壓力調(diào)節(jié)快導(dǎo)致壓力過高，試驗(yàn)失敗的風(fēng)險(xiǎn)。（3）滑油泵工作狀態(tài)與在發(fā)動(dòng)機(jī)上的實(shí)際工作狀態(tài)有差別。此種試驗(yàn)方法，即滑油泵供回油級(jí)均從油箱抽取滑油，而滑油泵在發(fā)動(dòng)機(jī)上的實(shí)際工作狀態(tài)是回油級(jí)從發(fā)動(dòng)機(jī)各軸承腔、發(fā)附機(jī)匣、飛附機(jī)匣等部位抽取的是油氣混合物。

4.3第三種試驗(yàn)方法

優(yōu)點(diǎn)：滑油泵試驗(yàn)工況更加符合滑油泵在發(fā)動(dòng)機(jī)上的實(shí)際工況。此種試驗(yàn)方法在滑油泵回油級(jí)進(jìn)口管路上設(shè)置一個(gè)油氣混合裝置，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)各軸承腔、發(fā)附機(jī)匣和飛附機(jī)匣的工況，與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工況基本一致，防火試驗(yàn)結(jié)果更能真實(shí)反應(yīng)滑油泵真實(shí)的防火能力。

缺點(diǎn)：（1）試驗(yàn)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜。三種試驗(yàn)方法中這種試驗(yàn)器的系統(tǒng)最復(fù)雜，在每個(gè)滑油泵的回油級(jí)入口管路上均需配置油氣混合裝置，為了保證回油級(jí)的入口溫度，還需要在油氣混合裝置與滑油泵回油級(jí)連接的管路上配置加熱裝置。（2）試驗(yàn)過程需要監(jiān)控和調(diào)節(jié)的參數(shù)多，試驗(yàn)操作的難度最高。防火試驗(yàn)過程中需要監(jiān)控的參數(shù)包括燃燒器熱流量，滑油泵轉(zhuǎn)速，進(jìn)出口流量、壓力、溫度，油氣混合裝置進(jìn)油量等參數(shù)。試驗(yàn)時(shí)，需要同時(shí)調(diào)節(jié)滑油泵的轉(zhuǎn)速和供回油級(jí)出口處的壓力，還需保證油氣混合裝置中噴油嘴流量與滑油泵轉(zhuǎn)速的匹配性，由于回油級(jí)進(jìn)口的油氣混合物溫度是動(dòng)態(tài)加熱，在調(diào)節(jié)噴嘴流量的同時(shí)還要調(diào)節(jié)油氣混合裝置與滑油泵回油級(jí)連接的管路上加熱裝置的功率，保證回油級(jí)進(jìn)口溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)。如果不能保證上述調(diào)節(jié)參數(shù)的匹配性，試驗(yàn)就有可能出現(xiàn)過考核或欠考核的情況。

在三種試驗(yàn)方法中此種試驗(yàn)方法需要監(jiān)控的參數(shù)最多，需要同時(shí)調(diào)節(jié)的參數(shù)也最多，對(duì)試驗(yàn)人員的操作能力要求也最高。

5 試驗(yàn)方法選擇

上述對(duì)三種不同的航空滑油泵防火試驗(yàn)方法進(jìn)行了介紹，并對(duì)三種試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，選擇何種試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，則需要根據(jù)試驗(yàn)的目的和試驗(yàn)?zāi)芰M(jìn)行選擇。如果開展防火試驗(yàn)的目的僅僅是為了驗(yàn)證選擇的材料或者材料表面涂層的防火能力，可以選擇第一種試驗(yàn)方法開展試驗(yàn)，對(duì)于試驗(yàn)器能力需求比較低，比較容易實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)功能。如果驗(yàn)證或考核滑油泵的防火能力，需要模擬滑油泵在發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作狀態(tài)，可以選擇第三種試驗(yàn)方法開展試驗(yàn)。但是，目前國內(nèi)具備開展防火試驗(yàn)?zāi)芰Φ膯挝欢鄶?shù)只是有燃燒器和試驗(yàn)艙，不具備滑油泵運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)的條件，如果實(shí)現(xiàn)滑油泵運(yùn)轉(zhuǎn)的功能需要對(duì)試驗(yàn)器進(jìn)行改造，改造的成本和難度也依次增加。而具備滑油泵運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)條件的試驗(yàn)單位也不具備開展油氣混合狀態(tài)下的滑油泵防火試驗(yàn)?zāi)芰?。因此，考慮到試驗(yàn)成本及對(duì)試驗(yàn)器改造的難度，目前已經(jīng)開展或完成的滑油泵防火試驗(yàn)均是按第二種方法開展的試驗(yàn)。

6 結(jié)束語

由于國內(nèi)對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)滑油泵的防火試驗(yàn)研究還處于起步階段，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)僅僅提出了產(chǎn)品防火的通用需求，對(duì)于滑油泵如何開展防火試驗(yàn)并沒有詳細(xì)的試驗(yàn)方法。國內(nèi)各發(fā)動(dòng)機(jī)研究所和滑油泵的研制單位對(duì)于滑油泵如何開展防火試驗(yàn)均沒有明確的統(tǒng)一的試驗(yàn)要求。目前，了解到的國內(nèi)通過了防火試驗(yàn)的滑油泵，采取的是本文介紹的第二種試驗(yàn)方法。

本文通過對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)滑油泵的防火要求的整理分析，結(jié)合了解到的滑油泵防火試驗(yàn)方法和已經(jīng)開展的滑油泵防火試驗(yàn)情況，分析總結(jié)出三種不同的試驗(yàn)方法，并進(jìn)一步對(duì)試驗(yàn)方法的試驗(yàn)原理和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，得出航空發(fā)動(dòng)機(jī)滑油泵防火試驗(yàn)方法選擇的準(zhǔn)則，給后續(xù)的滑油泵產(chǎn)品開展防火試驗(yàn)提供參考。

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