某航空发动机补氧系统存在积液问题的研究

王茹雪 韩冰 李伟 郭桃都

摘  要：某航空发动机送达外场后，使用前发现氧气单向阀堵头内含有大量液体。为查找问题产生的原因，对发动机补氧系统各部件进行了分解、检查，复查相关的分解、装配、试车等环节，并对类似交付状态的发动机进行相关的分解、复查，同时从发动机自身结构、补氧系统工作原理进行了系统的分析。最终确认了补氧系统存在少量积液是冷凝水，不影响发动机的飞行安全，可正常使用。

关键词：航空发动机;补氧系统;冷凝水

中图分类号： V232          文献标志码：A

某型号航空发动机送达外场后，外场发现氧气单向阀堵头内有大量液体残留。对该问题展开理论探究与实验分析，探究积液的成分、产生原因以及积液形成、存在是否对发动机试飞存在影响。

1 航空发动机补氧系统作用

航空发动机在常温常压下点火起动均无问题。但当飞机处于巡航状态的高度甚至更高的高度时，所处外界环境的空气温度和压力很低，导致燃油雾化差，同时又因高空氧气稀薄，导致发动机难以自主完成高空再点火工作。此时需要补氧系统提供额外的氧气，帮助航空发动机在高空完成高空再点火工作。

该型号发动机的补氧系统为一个独立的系统，由管路，氧气单向阀和一个氧气单向阀堵头组成。该航空发动机积水的氧气单向阀堵头即属于补氧系统。

2 补氧系统结构及装配过程复查分析

将该航空发动机补氧系统进行全面分解，搜集积液送理化所分析，经过对搜集积液的pH、气味和液面是否有漂浮物等方面进行判别，搜集液体成分为水（H2O）;对补氧系统所有零组件进行外观检查及磁力探伤检查，无问题。

对补氧系统零组件的检查说明，零组件无导致氧气单向阀堵头积水的损坏，因此，对补氧系统各零组件的生产装配过程进行复查。

氧气单向阀在单件入厂验收时，需进行密封性检查，试验介质是水或煤油。但装配前，无用水或煤气对氧气单向阀进行密封性的检查要求，而需对氧气单向阀进行目视检查，检查氧气单向阀是否有损伤及多余物，并对氧气单向阀表面进行汽油擦洗，故发动机装配前，氧气单向阀存在积水的可能性较小。

发动机每次装配前均需对补氧系统管路进行冲洗，首先，用航空汽油清洗管路外表面;其次，在不大于一定压力下清洗管路内腔;再次，用酒精清洗管路内腔;最后，用洁净的氮气吹干管路内腔，因此，装配前存留积水的可能性较小。

接头与氧气单向阀堵头在装配前均需进行目视检查，检查氧气单向阀堵头是否有损伤及多余物，裝配前存在积水的可能性较小，基于此，初步判定该台航空发动机的氧气单向阀的积水并不是因为装配过程不符合要求导致的，即我们认为，人为操作失误导致氧气单向阀堵头的积水形成的可能性较小。

3 合格发动机复查情况分析

为明确积水原因，拆分同时期装配的多台发动机检查补氧系统是否存在积水。拆分了约20台份发动机的补氧系统后，检查发现，未经过试车的发动机氧气单向阀堵头与管路内均无积水;但大部分已试车的发动机的氧气单向阀堵头内含有少量的不等量的积水;部分试车后发动机的补养系统的管路内亦留存有少量的不等量的积水。初步判断补氧系统内的积液情况为成批性问题，巩固之前的结论，航空发动机的积水并非由于装配过程不符合要求导致的，很大可能为装配工艺或设计结构导致批量的发动机补氧系统管路内存在积水。

对10台份的补氧系统重新进行厂内密封实验，对管路、氧气单向阀堵头、接头的密封实验显示均无液体渗漏现象。对氧气单向阀进行密封实验时，发现：将氧气单向阀正反两个方向通空气，接头涂肥皂液，检查氮气单向阀的密封性时，部分氧气单向阀的反向密封性不好。对氧气单向阀与导管组件组合进行液体渗漏试验，将管路及氧气单向阀组装后管路内灌油，氧气单向阀倒置，检查密封性，部分氧气单向阀堵头存在轻微的液体渗漏现象。

复查相应技术文件要求，文件规定：发动机工作中在不补氧状态下管路中基本没有气流流动;用空气检查阀门的气密性，允许接头有轻微泄漏量。将检查结果与设计文件相比对，我们认为，航空发动机的氧气单向阀存在反向的轻微密封性不好的状态，该轻微密封性不好符合技术文件要求，但该轻微密封性不好可能导致发动机补氧系统内积水。

4 积液产生的理论性分析

通过对发动机结构、装配时的季节温度、空气湿度以及装配后的试车过程的分析，最终确定积水原因如下：

（1） 发动机在地面工作时，内涵道中可以达到相当高的压力、温度，在该压力、温度下，水均以水蒸气的形态存在于内涵道中。补氧管路与内涵道是相通的，即管路内气压相同，但管路布置在外涵外侧（补氧管路为U型结构，下方的管路温度要明显偏低，仅略高于大气温度，这时管路内的空气密度相对降低。空气中的饱和湿度随温度的降低而降低，原管路内高压空气中水蒸气存在饱和后凝结的情况，所以管路内有少量的凝结水应是正常现象。

（2）  最近为夏季，气候多雨，发动机在试车时，外部空气湿度较大，有时空气的相对湿度甚至超过80%。氧气单向阀进口端存在符合要求的轻微密封性不好的状态，导致氧气单向阀进口端与大气相通，于是内涵道的气体可逆流到补氧系统中，同时氧气单向阀的轻微密封性不好会使管路内空气有微量流动，再加上多次试车作用，最终导致凝结水主要集中在氧气单向阀堵头处。

5 积液影响分析

经对补氧系统材料、结构，发动机试飞流程，补氧系统工作环境等内容讨论分析后，得到以下几点结论：

氧气单向阀内部材料均具有一定的防腐性能，积水不会腐蚀氧气单向阀内部材料（技术条件中允许采用水进行强度打压试验）。

地面起动时补氧系统不工作;试飞时，飞机的发动机机舱相对封闭，发动机工作后机舱内温度会随之升高，据测量，温度大约为几十摄氏度，最大可超过100℃。补氧系统在高空中才会使用，这时的机舱温度可视为补氧系统的环境温度，因此氧气单向阀内水分基本已蒸发完毕，在高空低温环境下，已蒸发的水分会凝华均部在补氧系统管路中，不会对发动机工作产生影响。

在装机状态下，由于飞行架次停车后，发动机机舱温度相对较高，基本不会存在冷凝水累积问题，所以出现的积水水量不会大，至多为毫升量级，另外由于氧气单向阀在发动机下方，积水部位明确，执行功能单一，因此不会对发动机的其他部件及功能造成影响。

在台架装配状态下，氧气单向阀进口端连接的是工艺堵头，在装机状态下进口端连接的是氧气管路，密封性提高。

根据上述分析，认为补氧系统内存在凝结水是正常现象，不同台份发动机由于使用环境和条件的差异，凝水量会有所不同，但对发动机使用不会造成影响。

结语

通过对外场发现氧气单向阀堵头内含有较大量积液的问题的探究分析，判定该型号发动机补氧系统内的少量积水为冷凝水，不影响发动机的飞行安全，可正常使用。

参考文献

[1]王柏森，张弛，林宇震，等.多级旋流预燃区补氧对常压点火特性的影响 [J].航空动力学报，2014（5）：1086-1090.