航空发动机机械系统技术的分析

2018-03-13王贵春

现代制造技术与装备 2018年1期

王贵春

（黑龙江省机械科学研究院，哈尔滨 150040）

在航空发动机机械系统当中主要包括四个部分，分别是主轴轴承、密封系统、滑动系统、润滑系统，这造成航空发动机结构十分复杂，在运行的时候可能会产生各种各样的故障，造成航空器在运行的过程中无法得到保障，为了让航空事业在发展的过程中不会由于发动机故障而受到影响，分析航空发动机机械技术是非常有意义的，可以从根本上提高航空发动机的性能。

1 传动系统技术

传动系统主要是给发动机附件系统提供动力的设备。伴随航空事业快速发展，人们对航空发动机系统的研究进一步加强，传动系统逐渐变成一项非常重要的研究内容。在外国研究传动系统技术的过程中发现，设计传动系统的时候，一定要采用计算机分析系统，依照该系统分析出来的结果设计传动系统，这样可以减小整个系统出现的噪音。另外，在设计附件的过程中需要根据集成电路的相关原理把附件整合成一个整体，这样能降低附件的使用数量，进一步简化整个机匣的结构，使系统的重量减轻、体积缩小，另也可以让整个系统的性能得到进一步提升。我国在研究传动系统的过程中，整体科学技术水平和国外相比差距还比较明显，这种差距主要体现在计算机仿真与附件集成等诸多方面，因为这些差距的存在，我国发动机的体积和重量都非常大，而且会对发动机正常运行产生一定的影响，对我国航空事业的快速发展相当不利。这些年以来，我国逐渐重视这一问题，并且开发完成相应的软件，这就给我国设计传动系统提供了很大的帮助。

2 润滑系统

润滑系统的设计牵涉的知识面相对比较广，主要有润滑、二向流动、复杂换热等比较偏且难度相对比较大的学科。21世纪初，英国、法国、德国、比利时、意大利等欧洲国家研究了商用及军用航空发动机传动润滑系统，耗时了整整八年，改进了润滑系统当中的很多材料和技术，并且获得了非常大的技术成果，主要包含了航空发动机的润滑系统着火、防火，新型润滑泵以及润滑系统的设计，发动机轴承舱内部的流动情况，金属海绵、高效离心通风机等相关技术，并且逐渐在一些商用发动机中得到了试用和实际使用。

未来航空发动机的负荷会慢慢升高，润滑系统带走热量的工作负担也在增加，而飞机携带的机载设备也需要进行散热，这就会造成发动机的燃油温度提高，需要进一步分析系统热技术，使燃油系统和飞机的设计更加优良合理，这样才能更好散发产生的热量，分配到系统状态的每一个运行点当中，计算出的滑油腔的温度场需要更加准确，只有这样才能使每一个摩擦副的供油量分配更加合理，确保效果达到要求，又不会出现更多的搅拌热。

3 密封技术

不管是从军用航空角度分析，还是从民用航空角度分析，密封技术对于发动机来说都是十分重要的，当前的密封技术基本上能够达到军用与民用航空发动机使用的要求，然而新一代航空发动机密封技术正面临新技术的挑战，为了促进航空事业快速发展，需要进一步结合密封技术和润滑发动机空气系统，特别是分析和研究基础设施，使不同密封件的配对情况达到最优化。发动机性能研究的过程中，伴随很多接触式气路密封技术的使用，发动机的效率逐渐得到提升，现在国内很多专业公司都可以生产，而且规模在慢慢扩大，而研究和推广刷式密封，可以进一步提高航空发动机的性能。

与此同时，下一代航空发动机的气路密封技术的研究正在面临着更大的参数挑战，特别是在结构设计和材料应用等方面需要进行进一步的计算和分析，才能达到未来发动机在密封技术方面的要求，这些参数主要包含了更高的使用温度、密封压差进一步增大、要求的使用寿命更长、磨损情况要求更低等。表1为下一代密封技术需求指标。

表1 下一代密封技术需求指标

发达国家在研究航空发动机的密封技术的过程中，主要委托院校及一些专业化的公司进行开发，由国家发动机研制部门进行统一管理和汇总，进一步结合密封和润滑专业及发动机空气系统，不单单可以使密封设计更为合理，而且能够使其效果更好。特别需要注意研究基础设施，尤其是一些密封材料、涂层、表面处理手段、结构密封方法。并且需要对最小磨损量、最佳密封效果、最低发热量进行研究和分析。

4 主轴轴承

在研究和设计航空发动机的轴承的过程中，统一设计轴承和发动机可以确保在实现轴承基本功能的基础上，进一步减轻发动机的重量。联合开发发动机和轴承，需要制定出相关的流程，并且建立起航空发动机的数据库，技术融合的过程中，需要充分考虑工作环境的合理性，而且在设计安装轴承的过程中，需要做好沟通工作，使发动机和轴承的设计更加合理。一般情况下，轴承的使用寿命要比其他设备的使用寿命长。

在基础研究轴承的过程中，需要依照轴承运行工作中产生的损伤以及出现的表面残余应力情况进行实验和分析，根据各种材料的疲劳极限的研究，来进一步完善和丰富应用理论，并且可以通过强化材料表面的手段，进一步提高使用强度，以便延长轴承的寿命。