浅析航空发动机机械磨损的故障探析

万新民　张栋　张磊

摘 要：航空发动机机械磨损会直接影响发动机的运行效能，甚至会带来更为严重的事故问题，因此采取措施降低机械磨损程度和故障问题发生，保证发动机的稳定性能和安全性十分重要。在这种情况下，研究发动机机械磨损的问题以及故障监控和诊断方法就成为相关工作者的当务之急。

关键词：航空发动机 轴承磨损 零部件 故障

近年来，人们对于航空的安全和稳定运行性能要求越来越高，使得航空发动机系统愈加复杂和先进化。虽然复杂的发电机系统设计会提高整体的安全性，但是在飞行过程中如果突发故障很容易造成发动机失去控制或者造成严重的事故。大量发动机维修工作经验表明，在发动机运转过程中经常存在机械磨损的问题，这是影响发动机功能和正常运行的重要原因。基于此，对于航空发动机机械磨损的问题和故障维护措施研究就显得极其重要。

一、航空发动机机械磨损过程及分类

（一）航空发动机机械磨损过程分析

通常情况下，在航空发动机中容易出现机械磨损的部位是轴承和齿轮，尤其在长时间使用后必须对这些容易磨损的部位进行检查和维护。在本文中，以轴承磨损问题作为主要研究的问题。当发动机轴承处于高速运转过程中，内部的零部件会在运转过程中会产生摩擦，减少零件表面的弹性，最终发生不同程度损坏，影响轴承的性能。我们可以将发动机轴承机械磨损问题分成三个阶段，下面对三个阶段进行分析：首先是磨合阶段。在磨合阶段中，由于轴承的零部件表面粗糙程度会存在差异会影响两个表面之间接触面积的大小，接触面积越小，相应的应力荷载就大，机械磨损就会较快，但通常情况下这一过程是在出厂前完成的。随着磨合时间超长，两表面磨合程度加深，轴承构件的接触表面积会逐渐变大，并过度到稳定磨合阶段[1]。其次，在稳定磨合阶段中，磨损率和寿命都会趋于稳定，要想保证运转效率，减少磨损故障对发电机产生的影响，这时可以用润滑油或其他有效的方法都会减少偶发故障，保证发动机轴承的使用寿命。最后，在使用一段时间以后，发动机轴承磨损会进入到剧烈磨损阶段。在这一阶段中，发动机零部件的磨损速度和严重程度都会随之加深，故障率也会呈现快速增加的趋势，影响发动机的性能以及内部结构精度。由于磨损速度和程度都在增加，会造成发动机运转过程中出现噪声或振动的问题，严重情况会造成构件进入失效状态，影响整体工作效率。

（二）航空发动机机械磨损分类

我们可以将航空发动机机械磨损问题分为三类，即疲劳磨损、磨屑磨损以及粘着磨损[2]。首先，疲劳磨损。疲劳磨损是航空发动机在运转过程中发动机内部构件反复滑动和滚动造成构件表面疲劳的情况。比如，运转过程中构件重复摩擦、加载以及卸载，长时间以后构件表面就会因为摩擦发生变形或裂纹，一旦达到最大限制后，甚至会出现表面大碎片剥落和凹坑的问题，并影响发动机正常工作。其次，磨屑磨损。磨屑磨损主要是发动机内构件表面存在的颗粒或者由于表面不同程度的粗糙导致滑动过程中出现断裂或变形情况，导致构件表面出现损伤。粘着磨损是由于内部构件在滑动过程中造成的磨损问题，在反复磨损的情况下会产生疲劳作用，造成构件碎片的断裂，称之为磨屑[3]。此外，发动机运转过程中在摩擦作用下也会使内部构件出现局部塑性变形的问题，而且会出现构件表面材料转移的情况或者表面材料粘着到其他构件表面，其影响范围会更大。

二、航空发动机机械磨损故障的监控方法与诊断技术

（一）故障监控方法

磁塞的作用在于收集滑油系统中因为机械磨损产生的磨屑，这样就可以减少滑油系统中的磨屑对发动机运行产生的影响。其原理如下：将磁塞插入到发动机油箱或回路中，可以起到将滑油中磁性颗粒过滤的作用，但是为了保证磁塞的吸附作用必须由专人定期清理。同时，要求维修人员观察、分析并准确片段磁塞过滤的磁性颗粒数量、大小等，可以将判断结果作为发动机滑油是否需要更换的依据。一般来说，磁塞分析法在操作上比较简单且有效，但缺点在于磁塞分析法只能用于过滤磁性颗粒，如果是非磁性颗粒则不能用该方法；其次，油液理化分析法。因为在使用过程中滑油可能会出现质量裂化并对其润滑效果产生较大影响。所以，在对发动机检查和维护过程中，维修人员必须做好对滑油油液的定期检查。油液理化分析法简单来说就是通过掌握滑油理化指标的变化情况分析其衰变特征，再考虑选择合适的措施；再次，光谱分析法。该方法的优点在于可以让维修人员及时发现内部构件的粘着磨损和故障问题，缺点在于不能及时发现疲劳磨损故障，而且相对来说光谱分析法对磨屑的判断准确性很低；最后，铁谱分析法。与光谱分析法不同，铁谱分析法可以对磨屑进行定量和定性检测，能够更详细了解磨屑的大小、颜色甚至是形态，还可以判断磨屑的相对含量以及磨损程度。还有一点优势在于铁谱分析法可以用在故障的早期诊断中，而且即使在不拆卸发动机的情况下也可以准确判断出发动机磨损的大致情况。该方法的缺点在于很难有效控制误差，操作人员也需要掌握大量的实践经验以及较高水平的专业技术，一般在快速现场分析中不宜采用该方法。

（二）航空发动机机械磨损故障诊断技术

1.磨损监测仪器诊断技术

基于电子技术的发展，也推动了航空发动机机械磨损诊断仪器的研发，并且在磨损检测中的运用越来越防范，比如常见的011view 监测器、PFC200、PLC-2000、MetalSCAN 监测器等等，可以实现对发动机油液的有效监控与分析。

2.专家系统诊断

在工程诊断领域中，专家系统的应用较为常见，也发挥了重要作用，甚至实现了智能化故障诊断，大大提高了诊断效率，并且在各方面都要强于传统磨损故障诊断技术。同时，在具体应用中是以专家知识和经验为基础，实现对磨损故障的诊断，以及发动机寿命评估、故障预报和排除等等。

3. 磨损界限值制定技术

磨损界限值制定技术主要是油样分析中的积分方法，经过大量实验研究制定了发动机磨损元素的界限值指标并根据使用状况和实际需要进行调整。一般在磨损诊断过程中经常用到理化分析、光谱分析以及铁谱分析等方法。

结 语

综上，航空发动机的安全性和稳定性至关重要，维修人员除了做好定期的检查与维护工作以外，还需要多研究先进的故障诊断技术，实现智能化、网络化诊断，提高故障诊断效率，切实保证航空发动机的安全稳定运行，为人们提供安全的出行条件。

參考文献

[1] 叶文新.航空发动机机械磨损的故障诊断与风险评估[D].武汉理工学，2013.

[2] 戴沅均.航空发动机机械磨损的故障探析[J].中国设备工程，2017（24）：26-27.

[3] 李爱.航空发动机磨损故障智能诊断若干关键技术研究[D].南京航空航天大学，2013.