孫曉軍，李 軍

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

航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)附件抗污染途徑及技術(shù)對(duì)策

孫曉軍，李 軍

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

燃油污染已成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)不容忽視的重要課題。介紹和分析了航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)附件污染源、污染物產(chǎn)生的途徑和失效模式；從設(shè)計(jì)、加工和使用維護(hù)方面,采取了相應(yīng)抗污染措施和技術(shù)，有效降低了燃油系統(tǒng)附件的污染程度，確保了發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行安全、可靠。

燃油系統(tǒng)；附件；抗污染；調(diào)節(jié)器；失效模式；航空發(fā)動(dòng)機(jī)

0 引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密偶件多、尺寸小和精度高等特點(diǎn)，在實(shí)際工作中承受著較高的溫度、較大的壓力和振動(dòng)載荷,而在機(jī)械液壓調(diào)節(jié)器中一般不采用余度設(shè)計(jì)。因此，對(duì)系統(tǒng)中每個(gè)附件或附件中每個(gè)組件的可靠度要求極高。

在中國(guó)多次發(fā)生由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油污染影響飛行安全的事故。因而，發(fā)動(dòng)機(jī)附件的防污染措施和抗污染能力是保證其可靠性的重要方面。本文主要分析了燃油系統(tǒng)附件污染源的產(chǎn)生和附件失效模式，提出了提高抗污染能力的技術(shù)措施。

1 燃油污染引起的附件失效模式

燃油系統(tǒng)附件由許多精密偶件組成，在規(guī)定的使用條件和輕微污染的環(huán)境下，能在壽命期內(nèi)可靠工作。但在燃油污染超過(guò)規(guī)定指標(biāo)時(shí)，會(huì)使附件發(fā)生故障。由燃油污染引起的附件失效的故障模式主要表現(xiàn)在以下3方面。

（1）加速磨損，附件性能下降。這是個(gè)漸變過(guò)程，可以檢測(cè)并及時(shí)發(fā)現(xiàn)。當(dāng)燃油系統(tǒng)附件性能降至技術(shù)條件規(guī)定偏差的下限時(shí)，應(yīng)更換。

（2）控油小孔或節(jié)流元件堵塞，附件性能急劇下降。

（3）活門(mén)卡死，使附件突發(fā)失效。這是突發(fā)性故障，不能事先檢測(cè)和預(yù)防，因此會(huì)造成極為嚴(yán)重的后果。

2 污染源

綜合分析燃油系統(tǒng)附件在加工和使用過(guò)程中的各環(huán)節(jié)，認(rèn)為燃油污染主要來(lái)自以下途徑。

（1）供油油源污染。

由于發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)用燃油和飛機(jī)輸入燃油都經(jīng)過(guò)嚴(yán)格化驗(yàn)，附件試驗(yàn)器用燃油也需按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行化驗(yàn)和檢測(cè)，所以一般不會(huì)發(fā)生污染超標(biāo)。但燃油在運(yùn)輸存儲(chǔ)和加油過(guò)程中，很難避免沙塵進(jìn)入。因此，飛機(jī)油箱、試驗(yàn)設(shè)備油箱和管路均有受到污染的可能；油箱的銹蝕，表面保護(hù)層的脫落，導(dǎo)管中殘留的加工物等都會(huì)使油源受到不同程度的污染。

（2）附件加工殘留物。

盡管對(duì)在加工過(guò)程中殘留物的清除有嚴(yán)格的規(guī)定和多種工藝方法，但由于檢測(cè)手段不完備，標(biāo)準(zhǔn)也難以定量明確。因此，在組裝較為復(fù)雜的零件時(shí)，仍會(huì)積存少量殘留物，其中一部分與基體結(jié)合較牢，不會(huì)造成燃油污染，而另一部分則會(huì)隨著燃油的流動(dòng)滲入到燃油中，這是造成燃油污染的主要途徑。其中最為明顯的零件是殼體，尤其是對(duì)定義油路、堵頭和壓套多的主調(diào)節(jié)器殼體。

（3）附件拆裝過(guò)程產(chǎn)生的污染。

在附件拆裝時(shí)，會(huì)使非金屬消耗件劃傷、切裂或掉塊；螺紋飛邊脫落也會(huì)造成燃油污染。

（4）燃油膠化變質(zhì)。

在溫度較高等特殊情況下，燃油會(huì)膠化。如在某些飛行狀態(tài)下，經(jīng)過(guò)散熱器的燃油溫度會(huì)升高至180℃以上，使燃油產(chǎn)生膠化物而被污染。

3 提高燃油附件抗污染能力的方法

提高燃油附件抗污染能力，主要從設(shè)計(jì)和加工工藝等2個(gè)方面著手。

（1）技術(shù)設(shè)計(jì)方面。

a.對(duì)加工件的尺寸和形位精度提出較高要求，對(duì)偶件間隙提出合適要求。

b.選取的材料要求具有較高的硬度、強(qiáng)度和剛度，并需耐磨和耐腐蝕。

c.盡可能減少油孔的長(zhǎng)度和減小流動(dòng)死區(qū)。

d.在結(jié)構(gòu)允許條件下，可采用外部油路和組合式殼體。

（2）加工工藝方面。

a.堵頭改成螺堵，以便于沖洗。

b.用堵棒消除油路盲區(qū)。

c.廣泛使用帶膠圈的活襯套，盡量不采用壓套工藝。

d.采用先進(jìn)的新工藝和新技術(shù)，如將汽油加熱、加壓或使用高效溶劑等，以清除殼體毛刺。

4 防污染措施

針對(duì)不同污染源，在燃油系統(tǒng)流道的不同界面和燃油附件內(nèi)部設(shè)置各種油濾，如圖1所示。

從圖1中可見(jiàn)，總油濾和中間油濾均設(shè)置在管路上，對(duì)供油進(jìn)行過(guò)濾。中間油濾是為主燃油系統(tǒng)而復(fù)設(shè)，用于更精細(xì)地油濾，這是因?yàn)椋魅加拖到y(tǒng)的精密偶件比加力燃油系統(tǒng)的更多，且在保證飛行安全方面起到更重要的作用。其它進(jìn)口油濾、中間油濾、節(jié)流裝置油濾等均設(shè)置在調(diào)節(jié)器內(nèi)部，主要用于對(duì)控制油進(jìn)行再過(guò)濾。各種油濾的過(guò)濾度、功用和維護(hù)要求見(jiàn)表1。

表1 油濾的過(guò)濾度、功用和維護(hù)要求

燃油控制應(yīng)采用比較理想的自洗式油濾，該油濾通過(guò)在主油道上設(shè)置1段光滑收斂截面流道，使流速增大；從側(cè)面引出旁路油道，并進(jìn)行過(guò)濾，在燃油流經(jīng)濾網(wǎng)時(shí)增大的流速作用下，將濾網(wǎng)上的濾出物沖到燃燒室燒掉。自洗式油濾已廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油調(diào)節(jié)中。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)使用方便，無(wú)需作定期清洗。其工作原理如圖2所示。

5 綜合治理對(duì)策

對(duì)于控制燃油污染，避免故障發(fā)生，應(yīng)從設(shè)計(jì)、加工和使用等各方面采取有效措施，以提高系統(tǒng)和附件的可靠度，充分發(fā)揮燃油系統(tǒng)功用，保證發(fā)動(dòng)機(jī)安全可靠地運(yùn)行。

1個(gè)成熟機(jī)種的燃油系統(tǒng)附件，一般要經(jīng)過(guò)多次修改設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)才能更為完善，抗污染能力才會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)。使用部門(mén)多年來(lái)的故障統(tǒng)計(jì)表明：同一產(chǎn)品在1段時(shí)間內(nèi)發(fā)生較多故障，而在其它時(shí)間段不發(fā)生故障，或同一產(chǎn)品在某地區(qū)或部門(mén)發(fā)生較多故障，而在其它地區(qū)或部門(mén)不發(fā)生故障。因此，應(yīng)該從加工和使用方面分析原因，設(shè)計(jì)部門(mén)也應(yīng)該參加，即從設(shè)計(jì)、加工和使用3方面協(xié)同分析，才能使問(wèn)題得到有效處理和解決。

2009年，某型飛機(jī)在起飛爬升過(guò)程中因發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)停車(chē)而墜毀。分析表明，發(fā)動(dòng)機(jī)主燃油泵調(diào)節(jié)器加速節(jié)流活門(mén)卡滯在打開(kāi)位置，使發(fā)動(dòng)機(jī)供油量降低至最小，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和溫度逐漸降低，直至停車(chē)。造成加速節(jié)流活門(mén)卡滯的原因是主燃油泵調(diào)節(jié)器內(nèi)部有異物，該異物很可能是在主燃油泵調(diào)節(jié)器安裝或飛機(jī)制造過(guò)程殘留的，也可能是在使用過(guò)程中隨油料混入的。20世紀(jì)80年代，某航空燃油附件廠的產(chǎn)品也曾在使用中發(fā)生分油活門(mén)卡死故障。

經(jīng)了解，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)清潔度不符合要求是導(dǎo)致故障發(fā)生的主要原因。具體表現(xiàn)為：（1）對(duì)調(diào)節(jié)器殼體沖洗不徹底，檢測(cè)故障殼體時(shí)，沖出大量殘留物；（2）試驗(yàn)設(shè)備不符合要求，在油箱和管路中發(fā)現(xiàn)明顯超標(biāo)的外來(lái)物。當(dāng)然，也有其它方面的原因，如質(zhì)量意識(shí)不強(qiáng)，管理工作不到位等。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格整改，產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高，未再發(fā)生相似故障。

6 結(jié)束語(yǔ)

燃油系統(tǒng)附件抗污染設(shè)計(jì)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作可靠性的重要保證。首先，在設(shè)計(jì)時(shí)，運(yùn)用有效的技術(shù)手段，掌握檢測(cè)方法，提高檢測(cè)準(zhǔn)確度和精度；其次，在加工時(shí)，要提高零部件的加工精度，尤其是對(duì)可靠性影響最關(guān)鍵的因素，如形位公差、研磨質(zhì)量、配合間隙以及過(guò)盈量等，使裝配的零件具有高的精度和壽命，

從而保證裝配和試驗(yàn)質(zhì)量；最后，在維護(hù)時(shí)，必須確保系統(tǒng)具有很好的清潔度。

[1]曲山，邢家瑞.飛機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量綜合控制方法的探討[J].航空發(fā)動(dòng)機(jī)，2003，29（1）：27-29.

[2]王玉麟.動(dòng)力裝置控制系統(tǒng)可靠性[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1988.

[3]索弗特瑞（英）.可靠性實(shí)用指南[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[4]巴史塔T M.飛行器液壓系統(tǒng)可靠性[M].北京：航空工業(yè)出版社，1992.

[5]夏志新.液壓系統(tǒng)污染控制 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1992.

[6]陳恬，孫建國(guó).基于相關(guān)性分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的直接推力控制[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，37（2）：183-187.

[7]張紹基.航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的研究與展望[J].航空動(dòng)力學(xué)報(bào)，2004，19（3）：375-382.

[8]蔡開(kāi)龍，謝壽生.某型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)燃油綜合控制半實(shí)物仿真試驗(yàn)系統(tǒng)[J].推進(jìn)技術(shù)，2007，28（4）：422-427.

[9]文元江.用EASYS分析回油式壓差活門(mén)特性[J].機(jī)床與液壓，2005（1）：21-26.

Antifouling Approaches and Technology Strategies of Aeroengine Fuel System Components

SUN Xiao-jun，LI Jun
（AVIC Shenyang Aeroengine Research Institute,Shenyang 110015,China）

The fuel fouling was one of the important tasks for aeroengine design.The fouling source,pollutant production approaches and failure mode were introduced and analyzied for aeroengine fuel system components.The correspond measures and technologies for improving the antifouling capability of aeroengine fuel system components were adopted in the design,manufacture,operation and maintenance process,to reduce the fouling level and increase the operation safety and reliability.

fuel system;component;antifouling;regulator;failure mode；aeroengine

孫曉軍（1953），男，自然科學(xué)研究員，從事航空發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。