燃烧室机匣裂纹致滑油消耗空中应对分析

【摘 要】某涡桨发动机因燃烧室机匣焊缝裂纹，导致飞行中滑油大量泄漏并消耗，该类故障是这型发动机较大危险性故障之一，通过统计近10年来该型发动机大量实测数据，梳理分析，发现降低飞行高度和收小发动机油门即降低工作状态，可以减小滑油泄漏速度，减缓储备滑油箱滑油消耗，并在连续监控下安全降落。可有效避免因滑油不足采取被迫空中停车。

【关键词】燃烧机匣裂纹 滑油消耗 应对分析

1 前言

某涡桨发动机的滑油系统是一个闭式滑油循环系统[1]，滑油箱储备的滑油是在系统缺少滑油时进行补充而不参与滑油系统循环。发动机燃烧室机匣焊缝出现裂纹引起的滑油泄漏，会使发动机滑油系统缺油，将无法保障发动机正常运转，对飞行安全造成影响。发动机燃烧室机匣裂纹在高空滑油泄漏明显，在低空滑油渗漏较小，有时地面长时间工作，滑油几乎不消耗。针对燃烧室机匣裂纹，高空与低空内、外部因素对滑油消耗的影响，采取措施减缓滑油消耗，避免空中被迫停车。

2 轴承封严及滑油消耗机理分析

2.1 轴承封严原理

压气机后轴承的封严是由压气机出口的空气流过篦齿封严装置实现的。压气机出口的高压空气经三道篦齿封严装置降压后，进入中轴承封严腔，对压气机后支撑球轴承润滑、冷却滑油进行封严。封严气体通过轴承形成滑油雾，进入涡轮轴腔。

涡轮轴承封严装置由涡轮轴承封严圈和篦齿封严装置组成。燃烧室内壁二股气流经过二道篦齿封严装置到达后轴承封严腔，对涡轮轴承润滑、冷却滑油进行封严。封严气体通过轴承形成滑油雾，进入涡轮轴腔。

涡轮轴腔内设有一根油雾导管，将涡轮轴腔的滑油油雾引入油雾分离器，由油雾分离器将滑油分离出来，回收流回滑油系统再次使用，而空气被排入大气。

2.2 裂纹导致滑油消耗机理分析

某涡桨发动机燃烧室机匣出现裂纹，内、外部气腔将在裂纹处贯通，外部高压气体将进入低压的涡轮轴腔，从而提高了涡轮轴腔的腔压。当涡轮轴腔压力升高后，一是增加了轴腔的油雾量[2]，超过了油雾分离能力，导致油雾中的滑油不能回收而消耗掉；二是升高的涡轮轴腔腔压，使封严篦齿压力失衡，滑油及油雾泄漏至燃气通道而消耗掉。两种情况滑油均不能正常回收而消耗掉，最终表现出滑油箱储备油量大量减少的现象。

根据压气机后轴承、涡轮轴承的封严原理，重点需要考虑裂纹后受影响的因素有：压气机后轴承封严腔压力、涡轮轴承封严腔压力和涡轮轴腔压力，压气机出口高压气体压力、涡轮轴腔环境温度等。分析滑油消耗量如何受这些因素影响，受哪些条件控制，采取适当的方法以减少其影响程度，从而减缓滑油的消耗，降低滑油消耗量。

3 影响因素分析

研究飞行高度，轴承封严腔与涡轮轴腔腔压之间的关系，收集多台发动机实际飞行过程中在不同油门、不同飞行高度，测得的中、后轴承封严腔压力和涡轮轴腔压力等数据，进行分析得到以下结果。

3.1 同状态降低飞行高度情况

某发动机80度油门空中飞行时，从9千米降至3千米，测得后轴承封严腔与涡轮轴腔封严压差升高了80KPa，涡轮轴承封严腔与涡轮轴腔封严压差升高了110KPa，同时测得排气温度下降了116度，换算涡轮前温度降了211度。通过分析，当油门角度不变时，从高空向低空下降过程中，封严压差在逐步升高，封严效果越来越好；涡轮前温度降低了，涡轮轴承部位的温度也就下降了，涡轮轴腔油雾量也就减少了。

3.2 减小状态压气机出口压力情况

某发动机保持在3500米高度不变，油门从100度收至42度过程中，测得压气机出口压力下降了80.5KPa，通过分析数据，当飞行高度不变时，油门角度减小，即降低发动机工作状态，压气机出口压力随着下降，从而减小了涡轮轴腔外部空气压力，也就减小了高压气体进入涡轮轴腔的空气量。

3.3 降低高度和发动机状态情况

某发动机从万米高空下降至1千米过程中，油门从82度拉回至20度，测得后轴承封严腔与涡轮轴腔封严压差升高了53KPa，中轴承封严腔与涡轮轴腔封严压差升高了21KPa，同时测得排气温度下降了255度，换算涡轮前温度降了389度。可见，当飞行高度下降，同时减小发动机状态，封严压差均在逐步升高，封严效果越来越好；涡轮前温度也随着下降，涡轮轴腔油雾量也就减少了。

4 结语

某涡桨发动机随飞机从高空降至低空，同时减小发动机状态，可以提高涡轮轴腔封严压差，降低涡轮轴腔周围的环境温度，特别是燃烧室机匣壁温的下降，滑油工作温度随之降低，涡轮轴腔中油雾量减少了。在涡轮轴腔封严压差升高及涡轮轴腔油雾量减小的有利情况下，最终减缓了滑油泄漏，降低了滑油消耗量。

近年来，该型发动机出现由于燃烧室机匣裂纹引起空中滑油消耗增大趋势时，采取减小发动机状态，同时降低飞行高度，减缓空中消耗过多的滑油，成功避免了多台发动机因滑油不足空中关车，维持飞机持续飞行到航线终点，完成飞行任务。

参考文献：

[1]《XX6系列发动机维修手册》.南方公司2005年编制.

[2]康宁，曾文彬. 空气温度及油温对油雾发生器雾化特性的影响[J]，润滑与密封，2009，34（12）：15-17.

作者简介：王学林（1971— ），男，湖南长沙人，工程师，研究方向：外场技术服务和保障。