航空滑油泵防火试验方法研究

武程

摘  要：文章主要介绍了航空发动机防火试验的背景、试验要求，通过对试验要求进行分析，并结合已经开展过的防火试验经验及了解的信息，总结出三种不同的防火试验方法。通过对不同防火试验方法的试验原理、试验器结构和试验操作要求等进行分析比较，得出三种试验方法的优缺点，并进一步明确了航空发动机滑油泵开展防火试验的方法选择准则和注意事项。

关键词：航空发动机;滑油泵;试验;防火

中图分类号：V233 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）31-0128-02

Abstract： This paper mainly introduces the background and test requirements of the aeroengine fire test. By analyzing the test requirements and combining the experience and knowledge of the fire tests that have been carried out， three different fire test methods are summarized. By analyzing and comparing the test principles， tester structure and test operation requirements of different fire test methods， the advantages and disadvantages of the three test methods are obtained， and the method selection criteria and precautions for the fire test of the aeroengine oil pump are further clarified.

Keywords： aero engine; oil pump; test; fire protection

1 概述

航空發动机零部件开展防火试验的主要目的是避免在发动机出现意外起火的条件下，在最初的5min内，保证存储及输送燃油的部件及管路能够保持基本的功能，保证着火情况不会进一步扩展和蔓延;导线及其电子元器件具备特定的功能，如将故障报告给塔台、火情传递给机舱，第一时间能够切断电源和油路等。在后续的10分钟内，由于火势的蔓延，不至于将存储及输送滑油的油箱、管路、附件等烧穿，固定承力支架变形断裂等问题，使得火势进一步蔓延扩大等，给飞机驾驶员故障处置或逃生的时间。开展航空发动机零部件的防火试验是对材料和零部件功能特性的有效验证，对于提高航空发动机的安全性、可靠性，保证飞机的飞行安全有巨大的意义。

滑油泵作为航空发动机润滑系统的一个重要附件，是输送滑油的装置，直升机主减滑油泵的功能与之类似，按照适航和相关研制标准的要求，需要开展防火设计和试验验证工作。

2 防火要求

航空发动机哪些部位或部件需要开展防火试验，如何开展，在发动机相关的标准规范中均有规定，具体内容如下：（1）GJB241A-2010《航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范》中第4.4.1.2.5节、第4.4.2.2.5.5节。（2）GJB242A-2018《航空涡轮螺桨和涡轮轴发动机通用规范》中第3.13.2节、第4.4.1.2.5节、第4.4.2.2.5.5节。（3）HB 6167.14-2014《民用飞机机载设备环境条件和试验方法——第14部分：防火、可燃性试验》中第4节。以上标准均提到了航空发动机输送可燃液体的导管、接头和附件要开展防火试验。通过对标准要求的分析和解读，上述标准简单规定了试验的参数和时间，试验应在设备处于工作状态下进行，但是对于每种附件如何选择试验部位、如何设置试验参数没有明确的规定，还需要各个附件承研单位根据各自产品的结构和工作特点进行明确。

3 试验方法介绍

航空发动机滑油泵是滑油系统附件，属于A类设备，应采用防火试验程序。根据标准规定的相关条件及查询相关资料，滑油泵开展防火试验的方法有以下三种：

3.1 第一种试验方法

滑油泵内部的转子、定子和泵轴等零件不装配，仅装配外露部分的壳体，使用外部油泵从油箱抽取滑油提供给滑油泵，并将滑油抽回油箱，在这个工作条件下进行防火试验。开展防火试验时，使用一个体外供油泵从油箱抽取经过加温且满足试验温度的滑油供给滑油泵，使用一个抽油泵将滑油抽回油箱。

3.2 第二种试验方法

将滑油泵的各进出油口与油箱连接，使用电极驱动滑油泵运转，在这个工作条件下进行防火试验。开展防火试验时，通过电机（或电机和变速齿轮箱的组合）作为驱动装置驱动滑油泵，由一个或多个油箱为滑油泵供油，油箱中有加热装置保证滑油温度，并通过进油管路和回油管路与滑油泵相连，实现滑油泵运转条件下的滑油循环。

3.3 第三种试验方法

在第二种试验方法的基础上，在滑油泵回油级进口和油箱之间增加油气混合装置，通过变量油泵给油气混合装置供油，滑油泵从油气混合装置中抽取油气混合物。开展防火试验时，电机（或电机和变速齿轮箱的组合）驱动滑油泵运转，滑油泵的供油级从油箱中抽取滑油后返回油箱，通过安装在供油级出口管路上的压力调节阀门调节供油级出口压力;变量油泵从油箱抽取滑油提供给油气混合装置，并通过变量油泵自身的调节功能和流量调节阀门共同调节提供给油气混合装置的滑油量;滑油泵的回油级从油气混合装置中抽取油气混合物后将油气混合物返回油箱。

对于具有多个回油级的滑油泵，可增加油气混合装置的数量及相关管路来实现，其试验原理与上述一致。

4 试验方法比较

通過对试验要求、试验原理和试验方法的分析比较，每种试验方法都有各自的优缺点，下面就每种试验方法的优缺点进行分析。

4.1 第一种试验方法

优点：（1）试验器结构简单，管路少。（2）试验过程操作简单，试验过程中只需要调节滑油泵进回油管路上的两个油泵的流量即可实现试验目标。

缺点：（1）此种试验方法虽然模拟了滑油泵工作状态下滑油的流量，但与滑油泵的实际工作条件相差较大。滑油泵实际工作条件下是从多个进油口进油，从不同的回油口回油，内部通过级间壳体或壳体分开，进出口的压力也不一样。而此种试验方法由于滑油泵内部的零件没有装配，滑油泵相当于一段管路或油箱，试验时滑油泵内部压力相同，与实际工作不同。

（2）防火试验薄弱点的选择受限制。

由于与滑油泵实际工作状态不一致，在选择滑油泵防火试验薄弱点的时候需要避开一些没有滑油流过的部位，否则会出现由于热量无法带走导致烧毁的问题，而这个问题可能在滑油泵实际工作中不会出现。

4.2 第二种试验方法

优点：（1）滑油泵处于运转状态，能够按照滑油泵工作转速进行调整。（2）滑油泵结构完整，试验件结构状态与实际工作状态一致。（3）滑油泵处于工作状态，能够根据实际需求调整滑油泵进出口的压力。

缺点：（1）试验系统相对复杂。要根据滑油泵的进出口数量设置相应的管路、压力、流量和温度传感器。如果滑油泵包含供油泵和回油泵，供回油温度不一致，还要设置供油油箱和回油油箱，用于调节保证供油泵和回油泵的滑油温度。（2）试验过程需要监控和调节的参数较多，试验操作的难度与第一种方法相比更加复杂和困难。防火试验过程中除了要监控火焰的热流量外，还要监控滑油泵的转速和进出口处的滑油温度、压力及流量参数，特别是试验转入后10min的时候，需要同步调节滑油泵的转速和出口压力，否则就会出现转速降低快，压力调节慢导致压力低于规定压力而欠考核的情况，或者转速调节慢，压力调节快导致压力过高，试验失败的风险。（3）滑油泵工作状态与在发动机上的实际工作状态有差别。此种试验方法，即滑油泵供回油级均从油箱抽取滑油，而滑油泵在发动机上的实际工作状态是回油级从发动机各轴承腔、发附机匣、飞附机匣等部位抽取的是油气混合物。

4.3第三种试验方法

优点：滑油泵试验工况更加符合滑油泵在发动机上的实际工况。此种试验方法在滑油泵回油级进口管路上设置一个油气混合装置，模拟发动机各轴承腔、发附机匣和飞附机匣的工况，与发动机实际工况基本一致，防火试验结果更能真实反应滑油泵真实的防火能力。

缺点：（1）试验器结构复杂。三种试验方法中这种试验器的系统最复杂，在每个滑油泵的回油级入口管路上均需配置油气混合装置，为了保证回油级的入口温度，还需要在油气混合装置与滑油泵回油级连接的管路上配置加热装置。（2）试验过程需要监控和调节的参数多，试验操作的难度最高。防火试验过程中需要监控的参数包括燃烧器热流量，滑油泵转速，进出口流量、压力、温度，油气混合装置进油量等参数。试验时，需要同时调节滑油泵的转速和供回油级出口处的压力，还需保证油气混合装置中喷油嘴流量与滑油泵转速的匹配性，由于回油级进口的油气混合物温度是动态加热，在调节喷嘴流量的同时还要调节油气混合装置与滑油泵回油级连接的管路上加热装置的功率，保证回油级进口温度在规定的范围内。如果不能保证上述调节参数的匹配性，试验就有可能出现过考核或欠考核的情况。

在三种试验方法中此种试验方法需要监控的参数最多，需要同时调节的参数也最多，对试验人员的操作能力要求也最高。

5 试验方法选择

上述对三种不同的航空滑油泵防火试验方法进行了介绍，并对三种试验方法的优缺点进行了分析，选择何种试验方法进行试验，则需要根据试验的目的和试验能力进行选择。如果开展防火试验的目的仅仅是为了验证选择的材料或者材料表面涂层的防火能力，可以选择第一种试验方法开展试验，对于试验器能力需求比较低，比较容易实现试验功能。如果验证或考核滑油泵的防火能力，需要模拟滑油泵在发动机的实际工作状态，可以选择第三种试验方法开展试验。但是，目前国内具备开展防火试验能力的单位多数只是有燃烧器和试验舱，不具备滑油泵运转试验的条件，如果实现滑油泵运转的功能需要对试验器进行改造，改造的成本和难度也依次增加。而具备滑油泵运转试验条件的试验单位也不具备开展油气混合状态下的滑油泵防火试验能力。因此，考虑到试验成本及对试验器改造的难度，目前已经开展或完成的滑油泵防火试验均是按第二种方法开展的试验。

6 结束语

由于国内对于航空发动机滑油泵的防火试验研究还处于起步阶段，相关标准仅仅提出了产品防火的通用需求，对于滑油泵如何开展防火试验并没有详细的试验方法。国内各发动机研究所和滑油泵的研制单位对于滑油泵如何开展防火试验均没有明确的统一的试验要求。目前，了解到的国内通过了防火试验的滑油泵，采取的是本文介绍的第二种试验方法。

本文通过对航空发动机滑油泵的防火要求的整理分析，结合了解到的滑油泵防火试验方法和已经开展的滑油泵防火试验情况，分析总结出三种不同的试验方法，并进一步对试验方法的试验原理和优缺点进行分析，得出航空发动机滑油泵防火试验方法选择的准则，给后续的滑油泵产品开展防火试验提供参考。

参考文献：

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