适用于航空发动机环境适应性设计流程的研究

罗漂洋 王绍华 彭佳

摘 要：针对目前航空发动机在环境适应性设计方面重试验轻设计的问题，提出了一套适用于航空发动机环境适应性设计的流程，将环境适应性融入设计。

关键词：环境适应性;设计流程

1概述

环境适应性作为航空发动机通用质量特性之一，反应了发动机在寿命期预计可能遇到的各种环境作用下能实现其所有预定功能、性能和（或）不被破坏的能力，直接关系到发动机在作战环境条件下的生存能力[1]。

随着我国军事技术的进步和加强，航空装备在数量上不断增加，因此，对装备的环境适应性要求也更高。因此，提高装备的环境适应性，是一项艰巨而又迫切的任务，作为航空发动机研制单位，应把其研究放到与可靠性同等重要的地位。

2现状分析

目前发动机环境适应性的研究只是停留在环境试验上。在确定试验条件、试验项目、试验等级和试验程序上没有系统研究，更没有将环境适应性研究纳入发动机的早期研制阶段，而是将重点放在发动机定型阶段的鉴定试验上，所以会引发航空发动机在交付部队以后，发动机的耐环境能力下降，即便已经定型，在后期交付使用中也会出现一些环境适应性的相关问题。因此，有必要提出一套合理的、系统化的环境适应性设计流程，将环境适应性融入到整个设计过程。

3 影响航空发动机环境适应性的主要因素

航空发动机的环境适应性取决于其选用的材料、元器件耐环境能力和其进行结构设计、工艺设计时采取的耐环境和（或）缓环境措施是否完整和有效，决定发动机环境适应性的主要因素如图1所示[2]。从图1中可以看出，影响发动机的环境适应性的因素从初期的材料、元器件的选取，結构的耐环境设计以及制造过程中的工艺选取，贯穿于整个研制过程，因此在研制过程中把这些因素融入到设计中对发动机的环境适应性提高有着重要的作用。

4环境因素对发动机的影响分析

不同环境因素对发动机的影响机理是不一样的，因此，在进行发动机设计时，需考虑不同环境因素对发动机的影响。

1）高温环境对所有材料均有不同程度的影响，高温会导致物体膨胀、材料和机械性能发生变化、润滑剂黏度变低和润滑剂流失造成连接处润滑能力降低等;

2）低温环境对所有材料均有不同程度的影响，与高温影响相反，低温可能导致物质收缩、流动性降低、凝结变硬等;

3）由于一个产品或装备有多个零部件、各种材料构成，各部分的吸热、导热、散热能力不同，各零部件之间、同一零件的各部分间形成温差。其热胀、冷缩的程度不同，形成强大的内应力，从而产生温度冲击效应，导致运动部件的卡死或松弛等;

4）振动冲击会导致发动机设备及其内部的动态位移。这些动态位移和相应的速度、加速度可能引起或促进结构疲劳，结构和零部件的机械磨损等;

5）湿热、盐雾、霉菌环境主要引起发动机金属的氧化、腐蚀等;

因此，在设计初期考虑上述环境因素对提高发动机环境适应性有重大意义。

5 发动机环境适应性设计流程

环境适应性贯穿于整个发动机的寿命周期全过程，综上考虑，提出了一套适合发动机环境适应性设计的流程，从设计初期，从发动机的技术指标中分解出细化的环境适应性要求及设计准则，将设计要求贯彻到发动机的结零部件设计中，并通过分析评估以及环境试验的方法确保设计有效，如图2所示。根据图2的设计流程开展环境适应性设计，能够将发动机环境适应性要求在设计初期融入选材、结构设计以及工艺控制程序中，能够较好的解决发动机研制过程中重试验轻设计的问题。

6小结

本文提供了一个可供设计参考的发动机环境适应性设计流程，能够较好的解决目前发动机设计将重点放在定型阶段的环境鉴定试验上而不是将环境适应性设计纳入发动机的早期研制阶段的问题，流程已在相关型号中应用，具有较好的操作性。

参考文献：

[1] GJB4239-2001《装备环境工程通用要求》;

[2] 祝耀昌，常文君，徐明，产品环境工程概论[M]，航空工业出版社，2003.

（中国航发湖南动力机械研究所，湖南 株洲 412002）