某型直升机发动机滑油温度进黄区的故障分析与改进验证

摘要：通过研究某型直升机发动机滑油系统原理，分析了发动机滑油的冷却原理，阐述了发动机滑油温度与恒温活门工作状态之间的关系。通过分析，找出了发动机滑油温度进黄区的故障原因，并给出了解决方案及验证结果。

关键词：滑油系统;低温飞行;改进设计

0 引言

滑油系统是航空发动机的关键系统之一，用于润滑和冷却航空发动机各承力和传动部件。当发动机工作时，要求滑油系统能够连续不断地将足够的冷却后的清洁滑油输送到发动机各传动齿轮的啮合处进行润滑。某型直升机发动机滑油正常温度为55～115 ℃，为了方便飞行员区分，在滑油系统设计时，驾驶室中综合显示屏上用色区显示的方法既能实时显示温度，又能对相应故障现象发出警告，其中55≤T≤115 ℃显示为绿色;T<55 ℃显示为黄色;T>115 ℃显示为红色。该直升机在高寒飞行过程中出现了发动机滑油温度进入低温黄区的现象，具体试飞数据如表1所示。

本文将针对发动机滑油温度进入黄区这一故障原因展开分析，进行相应的改进设计，并对改进后的发动机滑油系统进行装机验证工作。

1 原理分析

1.1    发动机滑油系统工作原理

发动机滑油系统由滑油泵、恒温活门、滑油散热器、滑油冷却风扇、滑油箱组件及油滤组成，其中滑油箱組件上设置了滑油温度传感器和风扇控制开关。发动机滑油系统旨在为发动机提供满足使用要求的滑油，以保证其正常运转。

为了提高低温条件下系统的散热能力，滑油系统中设置了恒温活门，通过检测滑油温度，判断滑油是否通过散热器。

当发动机滑油温度低于45 ℃时，活门处于开启状态，滑油不通过散热器而直接返回到滑油箱中;当滑油温度超过60 ℃时，恒温活门关闭，热滑油流经滑油散热器经热交换后返回滑油箱。发动机滑油系统工作原理如图1所示。

1.2    恒温活门工作原理

恒温活门内部设置了进油通道、出油通道及进出油联通通道，而感温元件设置在进出油联通通道内，以检测流经恒温活门的滑油温度，恒温活门结构如图2所示。

其工作原理为：（1）当滑油温度低于（45±5）℃时，进出油联通通道处于打开状态，滑油由进口1流入进油通道，通过联通通道由出口2直接流入油箱中，如图3所示。

（2）当滑油温度高于（60±5）℃时，联通通道完全关闭，滑油由进口1流入进油通道，流经散热器，再由出口2流入油箱，如图4所示。

（3）当滑油温度介于（45±5）～（60±5）℃时，联通通道处于部分关闭状态，部分滑油通过出口2直接回流至油箱，部分滑油通过出口1，流经散热器后再回油箱，如图5所示。

2 改进分析

2.1    试飞数据分析

由表1数据可知，当外界环境温度低于-10 ℃时，发动机出口的滑油温度基本在60～76 ℃。此时，恒温活门联通通道为关闭状态，即滑油按照图4所示的路径，通过散热器将滑油温度降低至55 ℃以下。

发动机出口温度在60～76 ℃时，按照图3的路径直接回流至油箱即可，因此设置恒温活门联通通道开始关闭的温度点在75 ℃左右，能够保证发动机滑油温度在55～115 ℃。

2.2    理论计算分析

滑油系统散热器的散热量与滑油流量、散热器进出口温差及滑油特性参数呈正相关，如下式所示：

Q0=V0×ρ0×Cp0×ΔT0

式中，Cp0为定压比热;ρ0为密度;V0为体积流量;ΔT0为滑油进出口的温度差。

经计算，最大散热量为15 kW、滑油流量为950 L/h，得出滑油散热器进出口温差为27.5 ℃。因此，要想保证滑油散热器出口滑油温度不低于55 ℃，应保证散热器进口滑油温度不低于82.5 ℃。

2.3    改进措施

为满足发动机滑油温度的使用要求，通过以上原因分析，结合恒温活门内部感温元件的特性参数，对恒温活门进行改进设计，将动作温度点调整为：（1）当滑油温度低于（74±3）℃时，联通通道处于开启状态;（2）当滑油温度升高至（86±3）℃时，联通通道完全关闭;（3）当滑油温度介于（1）、（2）温度之间时，联通通道处于部分关闭状态。

3 实施效果

将改进后的恒温活门进行装机，并分别在低温和高温条件下进行试飞验证，试验结果如表2、表3所示。其中：（1）低温条件下飞行高度从1 000～5 400 m，各高度分别飞行至该高度允许的最大飞行速度，得到发动机滑油温度稳定在60 ℃左右。（2）高温条件下飞行分为大功率悬停冷却试验和平飞试验，大功率悬停冷却试验的发动机滑油温度稳定在86.73 ℃，稳定平飞试验的发动机滑油温度稳定在70～80 ℃。

4 结语

经改进后的恒温活门在低温条件下的试飞数据显示，其可保证在各飞行高度、飞行速度下滑油温度稳定在60 ℃左右;在高温时，按照适航条款要求，温度高于37.8 ℃条件下进行悬停冷却试验，同样能够满足发动机使用要求。在今后的发动机滑油系统设计时，应在充分论证系统需求的基础上，对系统进行正向设计，以便更好地匹配系统设计参数。

收稿日期：2020-01-15

作者简介：张晓娟（1987—），女，山东聊城人，工程师，研究方向：直升机发动机滑油冷却系统、主减速器滑油冷却系统。