孫曉軍，吳 新，欒 東

(沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所,沈陽(yáng) 110015)

1 引言

隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)的飛速發(fā)展，燃油與控制系統(tǒng)的抗污染可靠性問(wèn)題日益突出。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，在飛機(jī)故障中,飛機(jī)液壓系統(tǒng)故障占30%～43%;而在液壓系統(tǒng)故障中,與油料污染有直接關(guān)系的故障占75%～85%。

眾所周知，無(wú)論是飛機(jī)附件，還是發(fā)動(dòng)機(jī)附件，都不乏大量精密配合偶件，對(duì)工作介質(zhì)都有極高的清潔度要求。油液污染破壞了其工作條件，造成了摩擦副運(yùn)動(dòng)表面加速磨損和劃傷，使泄漏加大，效率降低，流量和壓力脈動(dòng)增大,油溫升高；污染物堵塞或卡滯活門(mén)，折斷轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)部件，造成機(jī)構(gòu)失控、失效，致使發(fā)動(dòng)機(jī)超溫、超轉(zhuǎn)、喘振和停車，甚至破壞整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，從而導(dǎo)致重大事故發(fā)生。油料污染不僅對(duì)飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的安全可靠工作構(gòu)成嚴(yán)重威脅，而且因油料污染造成直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失也相當(dāng)可觀。美國(guó)尼克森公司生產(chǎn)的柱塞泵如在規(guī)定使用條件下工作，壽命可達(dá)800～1000 h；如果在污染條件下工作，壽命僅為120～140 h。因此，研究和解決系統(tǒng)的污染問(wèn)題，不僅是使用部門(mén)提出的有現(xiàn)實(shí)意義的緊迫任務(wù)，也是項(xiàng)具有深遠(yuǎn)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的重大課題。

2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)的污染物

航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)的污染物有固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)和化學(xué)污染物。

2.1 固態(tài)污染物

固態(tài)污染物是最危險(xiǎn)的1種污染物，包括金屬毛刺、飛邊、焊渣、塵埃、砂粒、氧化皮、橡膠顆粒、油垢、鍍（涂）層剝落物、油液衍生化合沉淀物及高溫時(shí)生成的碳化粒子等。這類污染物主要來(lái)自：

（1）潛在污染：零部件裝配前清洗不徹底，或在裝配及注油時(shí)混入污染物。

（2）環(huán)境污染：執(zhí)行機(jī)構(gòu)未裝防塵裝置或空氣過(guò)濾器。

（3）誘發(fā)污染：在構(gòu)件工作過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)表面摩擦產(chǎn)生固體顆粒。

2.2 液態(tài)污染物

最常見(jiàn)的液態(tài)污染物是水。水的污染方式是腐蝕“溶解于油，細(xì)菌生成和結(jié)冰”。當(dāng)油液中水分含量超過(guò)5×10-4，則有相當(dāng)含量的分離狀態(tài)水奶狀加速油質(zhì)惡化。水的污染不僅使元件表面銹蝕，而且會(huì)在一定溫度下聚合成碳?xì)浠衔?，這種膠狀物附在零件表面上起膩塞作用，影響系統(tǒng)性能。燃油中的膠質(zhì)物與水發(fā)生混合作用產(chǎn)生黏性，并與燃油一起形成膠狀薄膜，沉積在過(guò)濾器或其他元件上；并且銅、鉛對(duì)膠質(zhì)物的生成起催化作用。

2.3 氣態(tài)污染物

空氣是常見(jiàn)的氣態(tài)污染物。通常，油液中含有5%～13%的空氣。當(dāng)油溫升高或壓力降低時(shí)，在分離壓的作用下，氣體從油液中游離出來(lái)，產(chǎn)生氣穴，造成操作失真，系統(tǒng)響應(yīng)靈敏度降低，甚至造成汽蝕破壞。在汽蝕過(guò)程中伴隨著化學(xué)腐蝕和電解作用，都會(huì)加速金屬的腐蝕和疲勞破壞。此外，空氣進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)，在一定壓力下促成油液某些成分衍生成化學(xué)沉淀物。

2.4 化學(xué)污染物

燃油中存在大量微生物（諸如厭氧細(xì)胞、喜氧細(xì)胞、病菌、海藻等），分布在油水界面及附近的燃油層內(nèi)。燃油中的水分、礦物質(zhì)（金屬、塵埃、銹蝕物、鹽分等）是上述過(guò)微生物生存、繁衍的條件。這些微生物小到0.5μm，大到10 μm，不僅污染燃油，而且牢固地附著在元件表面上，發(fā)生阻膩、堵塞，還會(huì)還原成硫酸鹽，形成碳化氫和氧化物，乃至分泌出酸，使金屬腐蝕。燃油中的硫和硫化物都具有很強(qiáng)的腐蝕性。青銅、鋅和鎘在硫酸作用下形成復(fù)雜的不溶解化合物，這種粘性膠狀物附在元件表面上使后者腐蝕。

3 污染物對(duì)燃油系統(tǒng)污染破壞方式

污染物對(duì)燃油系統(tǒng)造成的破壞方式有加速磨損與疲勞破壞、化學(xué)腐蝕、油液變質(zhì)及機(jī)械阻塞與卡滯。

3.1 加速磨損與疲勞破壞

其主要由固態(tài)污染物引起。固體顆粒嵌入運(yùn)動(dòng)表面，使運(yùn)動(dòng)表面產(chǎn)生壓痕、劃傷、溝槽，使材料產(chǎn)生錯(cuò)位和滑移，與顆粒接觸的運(yùn)動(dòng)表面附近產(chǎn)生高應(yīng)力區(qū)，因而加快了缺陷的生成和擴(kuò)展，并導(dǎo)致加速疲勞。如果運(yùn)動(dòng)表面上被牢固地嵌入堅(jiān)硬顆粒，則在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中就會(huì)發(fā)生類同切削過(guò)程一樣的連續(xù)破壞作用，剝離金屬表面。這種磨損對(duì)工作表面的損傷更加嚴(yán)重。油液中溶解的各種氣體、油料中易揮發(fā)成分、溶劑及水，在流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生壓降，達(dá)到氣體分離或液體飽和蒸汽壓時(shí)，發(fā)生汽化，分離的氣泡在高壓區(qū)破滅，產(chǎn)生汽蝕過(guò)程。汽蝕過(guò)程發(fā)生在元件表面，對(duì)表面產(chǎn)生應(yīng)力循環(huán)，造成疲勞破壞。

3.2 化學(xué)腐蝕

因元件表面和油液中的各種化學(xué)元素的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的磨損都稱化學(xué)腐蝕，包括電化腐蝕、液流電勢(shì)反應(yīng)及對(duì)表面的直接化學(xué)侵蝕。對(duì)元件表面極易引起化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)有空氣、氯化碳?xì)浠衔锶芤杭澳蛪禾砑觿┑??；瘜W(xué)腐蝕污染以2種方式出現(xiàn)：（1）元件表面反應(yīng)生成物溶于油液中，被油液帶走；（2）元件表面生成硬殼，使運(yùn)動(dòng)副間隙變小或變大，引起流量變化和靜摩擦變化；當(dāng)硬殼剝落時(shí)，硬殼顆粒將導(dǎo)致元件表面加速磨損。

3.3 油料變質(zhì)

剪切力和熱負(fù)荷作用可使油料變質(zhì)。懸浮于油液中的固體顆粒對(duì)油料變質(zhì)起催化劑作用；汽蝕是促使油料變質(zhì)的另1個(gè)重要因素。變質(zhì)后的油料將喪失某些重要特性（如潤(rùn)滑性），從而加速元件的磨損；產(chǎn)生大量碳素顆粒和膠狀物質(zhì)，造成運(yùn)動(dòng)元件表面覆蓋著、粘著、堵塞或卡滯。

3.4 機(jī)械阻塞與卡滯

固體顆粒、膠狀物、沉積物、化學(xué)纖維和塵埃等粘著、覆蓋、堵塞或卡滯在元件表面上、間隙內(nèi)，從而引起運(yùn)動(dòng)阻滯，油濾和節(jié)流孔堵塞，活門(mén)運(yùn)動(dòng)摩擦力加大，甚至卡死或折斷。這種機(jī)械故障常常是突發(fā)、致命的。

4 燃油系統(tǒng)污染控制

為了確保系統(tǒng)或部件的正常功能和可靠性，并達(dá)到給定的翻修壽命，應(yīng)確定燃油的污染容限。美國(guó)航空渦輪噴氣和渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)通用規(guī)范及有關(guān)型號(hào)規(guī)范都對(duì)污染物及污染量作出明確規(guī)定（見(jiàn)表1）。按表1規(guī)定的污染標(biāo)準(zhǔn)，燃油附件在海平面中等推力狀態(tài)下工作時(shí)間應(yīng)不少于12 h，而無(wú)需更換油濾。英國(guó)相應(yīng)的污染標(biāo)準(zhǔn)是NO.D·Eng·R.D2153，蘇聯(lián)的污染標(biāo)準(zhǔn)是FOCTl0577—63，燃油污染參考：3.7.3.3.2、3.7.3.4。

4.1 地面燃油污染控制

為了限定系統(tǒng)的污染容限，必須對(duì)燃油的提煉、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用等各環(huán)節(jié)實(shí)施污染控制。在油料使用前，必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格地過(guò)濾，并按加油規(guī)定操作，定期地排放加油設(shè)備中的沉積物。事先要對(duì)準(zhǔn)備加注的燃油進(jìn)行定時(shí)沉降，油罐內(nèi)壁必須經(jīng)常涂防腐層并及時(shí)清洗，及時(shí)報(bào)廢污染嚴(yán)重的容器，定期檢查油水分離器和油濾濾芯。加注到飛機(jī)油箱內(nèi)的燃油污染標(biāo)準(zhǔn)各國(guó)均有明確規(guī)定，見(jiàn)表2。

4.2 發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)污染控制

機(jī)載燃油的污染控制由于受時(shí)空限制，加上工作條件苛刻，技術(shù)難度較大。發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)污染控制的意義在于對(duì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)界面的燃油實(shí)施污染控制，不能因燃油流經(jīng)燃油系統(tǒng)時(shí)產(chǎn)生自身污染和環(huán)境污染而超出污染容限，過(guò)濾系統(tǒng)對(duì)保持規(guī)定污染度有極其重要意義。

表1 污染物及污染量標(biāo)準(zhǔn)

表2 各國(guó)對(duì)燃油污染物的限定標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)比試驗(yàn)表明，經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)孔直徑0.8 μm過(guò)濾的燃油與經(jīng)5 μm和15 μm過(guò)濾的燃油相比，其元件磨損率分別可降低74%和92%。發(fā)動(dòng)機(jī)燃油過(guò)濾系統(tǒng)大多由主油濾、專用油濾和回油濾組成。發(fā)動(dòng)機(jī)主燃油系統(tǒng)和加力燃油系統(tǒng)的入口都裝有大尺寸的低壓油濾，對(duì)來(lái)自燃油系統(tǒng)的燃油進(jìn)行過(guò)濾，主要攔截注入油箱內(nèi)的燃油污染物以及燃油流經(jīng)油箱、輸油管路及輸油泵、防火開(kāi)關(guān)、流量計(jì)，特別是燃、滑油散熱器時(shí)產(chǎn)生的污染物。對(duì)于誘發(fā)污染物較多的主泵和加力泵來(lái)說(shuō)，在燃油調(diào)節(jié)器的抗污能力較差時(shí)，泵后需加裝高壓油濾。采用燃油濾裝在有超凈過(guò)濾要求的執(zhí)行作動(dòng)機(jī)構(gòu)入口（如柱塞泵隨動(dòng)活塞入口、汽心泵入口節(jié)流閥作動(dòng)活塞腔、電液伺服閥作動(dòng)腔、計(jì)量油活門(mén)等）。上述部位大多是精密偶件，抗污能力弱，對(duì)污染極為敏感。根據(jù)具體情況，其過(guò)濾度一般控制在10～20 μm，精細(xì)的可控制在5～10 μm?；赜蜑V裝在回油路上，對(duì)控制燃油附件工作時(shí)自身生成污染物有重要意義。但是，即便是最成功的設(shè)計(jì)，燃油附件本身的誘發(fā)污染也是不可完全避免的。污染物來(lái)源于:（1）運(yùn)動(dòng)摩擦過(guò)程中的磨損顆粒；（2）元件表面皺層剝落；（3）汽蝕破壞過(guò)程中剝離的金屬顆粒；（4）高溫工作狀態(tài)生成膠質(zhì)和沉積物；（5）裝配過(guò)程或加工過(guò)程中殘留于部件內(nèi)的雜質(zhì)(如金屬飛邊，毛刺，橡膠切邊等)在工作過(guò)程中被燃油沖刷出來(lái)；（6）某些封嚴(yán)不良處侵入空氣或水分。

5 燃油系統(tǒng)抗污染設(shè)計(jì)

為了獲取高的污染容限，燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須充分考慮其抗污染能力。燃油系統(tǒng)的抗污染設(shè)計(jì)是燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分，包括系統(tǒng)抗污染設(shè)計(jì)和部件抗污染設(shè)計(jì)。

5.1 系統(tǒng)抗污染設(shè)計(jì)

在進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)系統(tǒng)的工作參數(shù)和環(huán)境條件，采取相應(yīng)的抗污染設(shè)計(jì)措施。按燃油系統(tǒng)的工作流路，抗污染設(shè)計(jì)應(yīng)包括如下方面：

（1）在燃油低壓區(qū)（如發(fā)動(dòng)機(jī)增壓泵入口處），應(yīng)盡可能提供較高的入口壓力，較低的入口油溫，較大流道面積及較少轉(zhuǎn)彎的入口管路，以獲取較高的入口NPSH值，來(lái)防止因氣塞或汽蝕造成燃油污染。依照軍用規(guī)范，入口處的汽液比(V／L)一般為0.45，特殊情況下不超過(guò)0.60。在選擇第1級(jí)油泵時(shí)，必須把抗臟性考慮在內(nèi)。各類燃油泵的抗污染能力見(jiàn)表3。

表3 各類燃油泵抗污染能力

（2）在滿足系統(tǒng)總體要求前提下，盡量選擇那些在原理和結(jié)構(gòu)上抗污染能力強(qiáng)的部件，以提高整個(gè)系統(tǒng)的污染容限。那些對(duì)污染十分敏感的部位，除應(yīng)采取相應(yīng)的污染控制外，還應(yīng)在設(shè)計(jì)中考慮余度設(shè)計(jì)，以提高工作可靠性。

（3）針對(duì)系統(tǒng)的污染容限，合理、恰當(dāng)?shù)剡x擇和配備過(guò)濾器。大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，提高過(guò)濾精度對(duì)系統(tǒng)的使用壽命有重要意義。但是，對(duì)大流量、高壓系統(tǒng)和主流路采用精細(xì)油濾不僅不必要，而且在設(shè)計(jì)參數(shù)的實(shí)現(xiàn)和結(jié)構(gòu)安排上也十分困難。設(shè)計(jì)者大多在主流路上采用過(guò)濾度較低的主油濾，而在伺服油路、控制油路前加裝過(guò)濾度極高的最后油濾。

（4）有效地控制系統(tǒng)特別是容易產(chǎn)生過(guò)熱區(qū)的部件溫升，以防止高溫時(shí)燃油中的烴類物質(zhì)生成膠狀物或形成積炭。

5.2 零部件抗污染設(shè)計(jì)

燃油附件對(duì)燃油污染的敏感度取決于附件的工作條件和附件本身的設(shè)計(jì)技術(shù)及工藝條件。

5.2.1 材料工藝選擇

（1）良好的耐磨減磨特性

在污染顆粒相同的情況下，污染物磨蝕特性的強(qiáng)弱是決定燃油附件壽命長(zhǎng)短的主要因素。試驗(yàn)表明，棉花纖維、過(guò)氧化鐵等硬度較低的污染物對(duì)元件的磨損幾乎看不出來(lái)，鐵屑的影響也微乎其微；如果顆粒硬度大大超過(guò)元件表面硬度，則磨損率會(huì)變得很高，如二氧化硅一類的堅(jiān)硬顆粒對(duì)元件工作表面的磨損十分明顯。因此，滑動(dòng)表面，特別是那些容易嵌入硬顆粒的摩擦副表面，必須進(jìn)行硬化處理。對(duì)油料污染嚴(yán)重場(chǎng)合，滑動(dòng)軸承內(nèi)襯和軸表面的洛氏硬度都在Rc70以上，可以展現(xiàn)出很高的抗污染耐磨性。MoS2、F4、改性尼龍、液晶等在使用中都展現(xiàn)了良好的減磨特性。

（2）良好的化學(xué)穩(wěn)定性

在元件基體選材和表面處理上，必須注意防止可能產(chǎn)生因化學(xué)作用引起的腐蝕破壞。MIL-STD-889中規(guī)定的異化金屬，在使用中不應(yīng)相互接觸。對(duì)鋼及鋼合金、鋁及富鋁合金、富鎂合金、銅和銅基合金、鈦及富鈦合金都應(yīng)采取相應(yīng)的保護(hù)措施。橡膠、塑料1類封嚴(yán)材料應(yīng)具有良好的耐油性，在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，不發(fā)生起泡、起皺和其他變質(zhì)現(xiàn)象。聚四氟乙烯和硬金屬O型圈作密封元件有很高的使用壽命。

（3）對(duì)污染物有良好的包容性

在污染條件下，污染顆粒通過(guò)擠壓充填作用，嵌入元件基體內(nèi)，基體材料表現(xiàn)出對(duì)污染物具有“包容”作用。例如，銅錫合金一類軟金屬或孔隙結(jié)構(gòu)粉末冶金等。

（4）良好的耐汽蝕破壞能力

大量資料表明，元件的汽蝕破壞具有廣泛性。幾乎所有燃油附件都存在程度不同的汽蝕破壞，在流速較高的部位尤為明顯。鎳基合金、鈦合金以及硬化鋼都有很高的抗汽蝕破壞能力。

5.2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)（1）摩擦副不采用親合金屬。（2）摩擦副工作表面采用高硬度設(shè)計(jì)和高精度工藝加工。

（3）尺寸間隙的選擇必須在性能、壽命(磨損速率)間折衷。尺寸間隙一旦進(jìn)入與其尺寸相近的污染顆粒，到嚴(yán)重劃傷，壓痕乃至卡死的幾率非常高，所以應(yīng)選用適當(dāng)過(guò)濾度的過(guò)濾器。

（4）出于性能考慮，那些要求配合間隙很小的部位（如伺服控制活門(mén)和調(diào)節(jié)活門(mén)），可采用旋轉(zhuǎn)式柱塞活門(mén)。由于旋轉(zhuǎn)作用，會(huì)產(chǎn)生某種動(dòng)力油膜效應(yīng)，不僅摩擦力小，滯后力小，從而提高系統(tǒng)精度，而且對(duì)間隙中的顆粒具有剪切作用，提高了抗污染能力和可靠性。

（5）盡量避免旋轉(zhuǎn)型摩擦副在干摩擦狀態(tài)下工作，至少保證邊界潤(rùn)滑條件好。

（6）當(dāng)燃油流速較高時(shí)，元件形狀盡量避免尖邊、凸起，原因是其對(duì)沖蝕破壞更為敏感。

（7）接觸面積較大的摩擦副，運(yùn)動(dòng)表面應(yīng)留有納污槽(或孔)。

（8）避免采用易堵塞的小孔結(jié)構(gòu)，如小節(jié)流噴嘴等，應(yīng)選用有利于抗污的窗口結(jié)構(gòu)。

（9）在滿足結(jié)構(gòu)要求前提下，燃油附件殼體內(nèi)盡量不采用狹長(zhǎng)、轉(zhuǎn)折的內(nèi)部流道。這種流道不僅加工、清洗檢驗(yàn)困難，也容易形成流動(dòng)死區(qū)，堆滯污染物，堵塞流道。殼體上內(nèi)流路應(yīng)短、近、直，有良好的可達(dá)性。

（10）流體液壓式機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)比機(jī)械傳動(dòng)式機(jī)構(gòu)對(duì)污染物敏感。最好選用復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)替代相對(duì)簡(jiǎn)單的液壓作動(dòng)機(jī)構(gòu)，以提高抗污染能力行之有效。

5.2.3 摩擦副形式分析

（1）滾動(dòng)摩擦

對(duì)滾動(dòng)軸承必須保證其工作時(shí)有良好的潤(rùn)滑及散熱條件。潤(rùn)滑油污染、潤(rùn)滑不當(dāng)或油溫過(guò)高，都會(huì)加速軸承內(nèi)、外圈跑道、滾珠和保持架的磨損，進(jìn)而引起摩擦表面的內(nèi)部疲勞、壓傷。當(dāng)污染顆粒大于油膜厚度時(shí)，則會(huì)大大加速疲勞破壞。

（2）滑動(dòng)摩擦

滑動(dòng)摩擦的磨損機(jī)理見(jiàn)第2.1節(jié)。對(duì)流體動(dòng)力型和彈性流體動(dòng)力型潤(rùn)滑，磨損取決于載荷、速度及污染度。保持油膜厚度，使污染顆粒不大于油膜厚度至關(guān)重要。對(duì)邊界潤(rùn)滑，即使超精細(xì)顆粒也會(huì)造成磨損，因此要求油濾有極高的過(guò)濾度。相應(yīng)地，對(duì)元件表面光潔度和尺寸精度要求也極高。

（3）滑動(dòng)+滾動(dòng)摩擦

如在輪齒嚙合過(guò)程中，油膜厚度從流體動(dòng)力型、彈性流體動(dòng)力型到邊界潤(rùn)滑做局期性變化。

6 發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)抗污染設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)

6.1 FADEC燃油系統(tǒng)抗污染設(shè)計(jì)

FADEC在燃油控制系統(tǒng)上的應(yīng)用將對(duì)抗污染設(shè)計(jì)提出更高的要求。西方航空大國(guó)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)已經(jīng)完成了由機(jī)械液壓控制到數(shù)字電子控制的轉(zhuǎn)變。其中，美國(guó)的全權(quán)限數(shù)字電子控制系統(tǒng)（FADEC）已經(jīng)發(fā)展到了第3代，并仍在快速發(fā)展。FADEC系統(tǒng)燃油計(jì)量裝置的關(guān)鍵技術(shù)有：輕質(zhì)量、長(zhǎng)壽命燃油泵技術(shù)；燃油計(jì)量活門(mén)技術(shù)；電液轉(zhuǎn)換裝置技術(shù)（包括電液伺服閥、高速閥、力矩馬達(dá)等）輕質(zhì)量、耐高溫執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)；可靠性及余度技術(shù)；機(jī)械液壓備份技術(shù)；定量泵的變速驅(qū)動(dòng)技術(shù)；燃油系統(tǒng)建模及仿真技術(shù)。若燃油計(jì)量裝置抗污染設(shè)計(jì)不合理，即使有先進(jìn)的電子控制器也難以實(shí)現(xiàn)理想的控制效果。

6.2 燃油系統(tǒng)典型部件設(shè)計(jì)

6.2.1 燃油泵

在正排量泵中，柱塞泵的抗污染能力差，多處精密摩擦偶件對(duì)污染顆粒十分敏感。除非特殊需要，盡量少采用。在齒輪式燃油泵中，內(nèi)嚙合齒輪泵較外嚙合齒輪泵有更低的滾動(dòng)及滑動(dòng)速度，嚙合平穩(wěn)，磨損速率低，抗污能力較強(qiáng)。齒間密封式齒輪泵可在美國(guó)軍用規(guī)范MIl-E-5007D規(guī)定的污染燃油中正常工作。泵出口處的獨(dú)立密封板和壓力作用密封板由減摩耐磨材料制成，可防止或補(bǔ)償由污染物造成的磨損。如圖1所示。

不論哪種類型齒輪泵，輪齒型面的磨損程度是最關(guān)鍵因素。齒面必須有強(qiáng)抗磨性，以把本身磨損造成的燃油污染降至最低，并對(duì)外來(lái)污染具有高的抗污染能力。齒輪的負(fù)荷決定了齒面間油膜不可能保持完整，齒面磨損主要與齒面溫度有關(guān)，燃油黏度是次要因素，因此要求材料在高溫時(shí)仍保持足夠硬度。實(shí)踐證明，氮化齒輪遠(yuǎn)比滲碳硬化齒輪抗磨損能力強(qiáng)。

6.2.2 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)燃油計(jì)量裝置設(shè)計(jì)

航改燃?xì)廨啓C(jī)需要工作上萬(wàn)小時(shí)，燃油調(diào)節(jié)器的高可靠性長(zhǎng)壽命是技術(shù)困難必須對(duì)燃油調(diào)節(jié)器的開(kāi)發(fā)給予充分重視。為此，開(kāi)展研發(fā)設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)活門(mén)燃油調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，具體研究目標(biāo)是：針對(duì)航改燃?xì)廨啓C(jī)燃油調(diào)節(jié)器的精度高、響應(yīng)快、提高抗污染能力強(qiáng)的要求，提出利用伺服電機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的指令執(zhí)行機(jī)構(gòu)，直接驅(qū)動(dòng)計(jì)量活門(mén)，以替代液壓伺服閥和隨動(dòng)活塞驅(qū)動(dòng)裝置，使用伺服電機(jī)作為活門(mén)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，將簡(jiǎn)化燃油調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，降低對(duì)燃油清潔度的要求有積極意義。伺服電機(jī)有輸出力矩大和直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)將促進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)燃油控制系統(tǒng)中活門(mén)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的多樣化發(fā)展。對(duì)伺服電機(jī)與燃油調(diào)節(jié)器一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、小型驅(qū)動(dòng)/控制器及位置閉環(huán)控制方法等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，以驗(yàn)證基于伺服電機(jī)的計(jì)量活門(mén)的位置控制精度、動(dòng)態(tài)特性、環(huán)境適應(yīng)性等能否滿足燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計(jì)要求。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)計(jì)量裝置如圖2所示，旋轉(zhuǎn)計(jì)量活門(mén)對(duì)稱布置為雙窗口，限流活門(mén)設(shè)計(jì)有8個(gè)均壓孔，平衡了作用在活門(mén)上的多種液壓力，剪切好、抗污染能力強(qiáng)。

7 結(jié)束語(yǔ)

燃油中必然存在污染物，且較難被控制，故燃油控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要考慮可能長(zhǎng)期連續(xù)使用帶污染物的燃油，或短期使用高度污染物的燃油，要采用高效的燃油與控制系統(tǒng)抗污染技術(shù)。從方案確立、選型到零、部件設(shè)計(jì)過(guò)程中，都要把抗污染指標(biāo)放到主要位置，以期提高可靠性和使用壽命。目前，發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)元件的污染度標(biāo)準(zhǔn)已相繼制訂。如何對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)元件污染物進(jìn)行有效控制，已經(jīng)成為制訂航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)元件污染度標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵。

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