王貴春
(黑龍江省機(jī)械科學(xué)研究院,哈爾濱 150040)
在航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)當(dāng)中主要包括四個(gè)部分,分別是主軸軸承、密封系統(tǒng)、滑動(dòng)系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng),這造成航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜,在運(yùn)行的時(shí)候可能會產(chǎn)生各種各樣的故障,造成航空器在運(yùn)行的過程中無法得到保障,為了讓航空事業(yè)在發(fā)展的過程中不會由于發(fā)動(dòng)機(jī)故障而受到影響,分析航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械技術(shù)是非常有意義的,可以從根本上提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
傳動(dòng)系統(tǒng)主要是給發(fā)動(dòng)機(jī)附件系統(tǒng)提供動(dòng)力的設(shè)備。伴隨航空事業(yè)快速發(fā)展,人們對航空發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的研究進(jìn)一步加強(qiáng),傳動(dòng)系統(tǒng)逐漸變成一項(xiàng)非常重要的研究內(nèi)容。在外國研究傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)的過程中發(fā)現(xiàn),設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)候,一定要采用計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng),依照該系統(tǒng)分析出來的結(jié)果設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng),這樣可以減小整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)的噪音。另外,在設(shè)計(jì)附件的過程中需要根據(jù)集成電路的相關(guān)原理把附件整合成一個(gè)整體,這樣能降低附件的使用數(shù)量,進(jìn)一步簡化整個(gè)機(jī)匣的結(jié)構(gòu),使系統(tǒng)的重量減輕、體積縮小,另也可以讓整個(gè)系統(tǒng)的性能得到進(jìn)一步提升。我國在研究傳動(dòng)系統(tǒng)的過程中,整體科學(xué)技術(shù)水平和國外相比差距還比較明顯,這種差距主要體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)仿真與附件集成等諸多方面,因?yàn)檫@些差距的存在,我國發(fā)動(dòng)機(jī)的體積和重量都非常大,而且會對發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響,對我國航空事業(yè)的快速發(fā)展相當(dāng)不利。這些年以來,我國逐漸重視這一問題,并且開發(fā)完成相應(yīng)的軟件,這就給我國設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)提供了很大的幫助。
潤滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)牽涉的知識面相對比較廣,主要有潤滑、二向流動(dòng)、復(fù)雜換熱等比較偏且難度相對比較大的學(xué)科。21世紀(jì)初,英國、法國、德國、比利時(shí)、意大利等歐洲國家研究了商用及軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)潤滑系統(tǒng),耗時(shí)了整整八年,改進(jìn)了潤滑系統(tǒng)當(dāng)中的很多材料和技術(shù),并且獲得了非常大的技術(shù)成果,主要包含了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的潤滑系統(tǒng)著火、防火,新型潤滑泵以及潤滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì),發(fā)動(dòng)機(jī)軸承艙內(nèi)部的流動(dòng)情況,金屬海綿、高效離心通風(fēng)機(jī)等相關(guān)技術(shù),并且逐漸在一些商用發(fā)動(dòng)機(jī)中得到了試用和實(shí)際使用。
未來航空發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷會慢慢升高,潤滑系統(tǒng)帶走熱量的工作負(fù)擔(dān)也在增加,而飛機(jī)攜帶的機(jī)載設(shè)備也需要進(jìn)行散熱,這就會造成發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油溫度提高,需要進(jìn)一步分析系統(tǒng)熱技術(shù),使燃油系統(tǒng)和飛機(jī)的設(shè)計(jì)更加優(yōu)良合理,這樣才能更好散發(fā)產(chǎn)生的熱量,分配到系統(tǒng)狀態(tài)的每一個(gè)運(yùn)行點(diǎn)當(dāng)中,計(jì)算出的滑油腔的溫度場需要更加準(zhǔn)確,只有這樣才能使每一個(gè)摩擦副的供油量分配更加合理,確保效果達(dá)到要求,又不會出現(xiàn)更多的攪拌熱。
不管是從軍用航空角度分析,還是從民用航空角度分析,密封技術(shù)對于發(fā)動(dòng)機(jī)來說都是十分重要的,當(dāng)前的密封技術(shù)基本上能夠達(dá)到軍用與民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)使用的要求,然而新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)密封技術(shù)正面臨新技術(shù)的挑戰(zhàn),為了促進(jìn)航空事業(yè)快速發(fā)展,需要進(jìn)一步結(jié)合密封技術(shù)和潤滑發(fā)動(dòng)機(jī)空氣系統(tǒng),特別是分析和研究基礎(chǔ)設(shè)施,使不同密封件的配對情況達(dá)到最優(yōu)化。發(fā)動(dòng)機(jī)性能研究的過程中,伴隨很多接觸式氣路密封技術(shù)的使用,發(fā)動(dòng)機(jī)的效率逐漸得到提升,現(xiàn)在國內(nèi)很多專業(yè)公司都可以生產(chǎn),而且規(guī)模在慢慢擴(kuò)大,而研究和推廣刷式密封,可以進(jìn)一步提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
與此同時(shí),下一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的氣路密封技術(shù)的研究正在面臨著更大的參數(shù)挑戰(zhàn),特別是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料應(yīng)用等方面需要進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算和分析,才能達(dá)到未來發(fā)動(dòng)機(jī)在密封技術(shù)方面的要求,這些參數(shù)主要包含了更高的使用溫度、密封壓差進(jìn)一步增大、要求的使用壽命更長、磨損情況要求更低等。表1為下一代密封技術(shù)需求指標(biāo)。
表1 下一代密封技術(shù)需求指標(biāo)
發(fā)達(dá)國家在研究航空發(fā)動(dòng)機(jī)的密封技術(shù)的過程中,主要委托院校及一些專業(yè)化的公司進(jìn)行開發(fā),由國家發(fā)動(dòng)機(jī)研制部門進(jìn)行統(tǒng)一管理和匯總,進(jìn)一步結(jié)合密封和潤滑專業(yè)及發(fā)動(dòng)機(jī)空氣系統(tǒng),不單單可以使密封設(shè)計(jì)更為合理,而且能夠使其效果更好。特別需要注意研究基礎(chǔ)設(shè)施,尤其是一些密封材料、涂層、表面處理手段、結(jié)構(gòu)密封方法。并且需要對最小磨損量、最佳密封效果、最低發(fā)熱量進(jìn)行研究和分析。
在研究和設(shè)計(jì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的軸承的過程中,統(tǒng)一設(shè)計(jì)軸承和發(fā)動(dòng)機(jī)可以確保在實(shí)現(xiàn)軸承基本功能的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的重量。聯(lián)合開發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)和軸承,需要制定出相關(guān)的流程,并且建立起航空發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)庫,技術(shù)融合的過程中,需要充分考慮工作環(huán)境的合理性,而且在設(shè)計(jì)安裝軸承的過程中,需要做好溝通工作,使發(fā)動(dòng)機(jī)和軸承的設(shè)計(jì)更加合理。一般情況下,軸承的使用壽命要比其他設(shè)備的使用壽命長。
在基礎(chǔ)研究軸承的過程中,需要依照軸承運(yùn)行工作中產(chǎn)生的損傷以及出現(xiàn)的表面殘余應(yīng)力情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和分析,根據(jù)各種材料的疲勞極限的研究,來進(jìn)一步完善和豐富應(yīng)用理論,并且可以通過強(qiáng)化材料表面的手段,進(jìn)一步提高使用強(qiáng)度,以便延長軸承的壽命。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)中有許多零部件,技術(shù)相對比較復(fù)雜,在設(shè)計(jì)過程中可能會出現(xiàn)很多問題。所以,相關(guān)人員一定要從細(xì)節(jié)出發(fā),通過數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證,更好地對航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行分析和研究。另外,要做好國際合作,在航空發(fā)動(dòng)機(jī)
機(jī)械專業(yè)研究領(lǐng)域進(jìn)行進(jìn)一步技術(shù)交流。
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