王宇 郭書壹 秦杰

摘要：加工工藝是影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴嘴性能的一個(gè)主要因素，加工工藝的優(yōu)劣不僅能夠影響到各項(xiàng)性能參數(shù)，還會(huì)影響到燃油噴嘴的運(yùn)行穩(wěn)定性。本文通過(guò)對(duì)加工工藝進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)際對(duì)燃油噴嘴性能在加工工藝下的影響提出個(gè)人觀點(diǎn)，希望為關(guān)注燃油噴嘴性能的人群帶來(lái)參考。

關(guān)鍵詞：加工工藝;燃油噴嘴;航空發(fā)動(dòng)機(jī);性能影響

引言：燃油噴嘴SMD（霧化粒度、霧粒平均直徑）將會(huì)隨著供油壓力的變化而改變，當(dāng)供油壓力增加至一定程度之后，SMD的數(shù)值下降速率將會(huì)逐漸變得穩(wěn)定，此時(shí)的噴霧錐角將不會(huì)隨著壓力變化而發(fā)生改變。加工工藝可以通過(guò)改變噴口等方式來(lái)影響燃油噴嘴的正常運(yùn)行。因此，有必要對(duì)燃油噴嘴在加工工藝下的影響進(jìn)行分析。

一、噴嘴加工工藝

燃油霧化質(zhì)量與濃度情況都將會(huì)影響到燃燒室的實(shí)際性能與燃燒時(shí)的穩(wěn)定性，發(fā)動(dòng)力推力、油耗、經(jīng)濟(jì)性同樣會(huì)在霧化效果的影響下而發(fā)生改變。當(dāng)霧化效果無(wú)法達(dá)到應(yīng)有的霧化質(zhì)量時(shí)，燃燒室、渦輪的使用壽命將會(huì)有所降低，而污染物的排放量則會(huì)大幅上升。大油滴在沖擊到壁面時(shí)將會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱，影響工作效率，而噴霧錐角過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致局部過(guò)熱與燒蝕。在噴嘴加工期間，噴口直徑、錐度等參數(shù)都會(huì)影響到噴嘴性能，因此噴嘴加工工藝的重要性毋庸置疑。

試驗(yàn)噴嘴屬于雙油路、噴口壓力的霧化噴嘴，其噴嘴組成為殼體、襯套、主副噴口等，當(dāng)供油量相對(duì)較低時(shí)，副油路將會(huì)代替主油路運(yùn)行，當(dāng)供油量較高時(shí)，則主、副油路則會(huì)一同進(jìn)行工作。在運(yùn)行期間，主副油路之間不會(huì)干擾、串油。

（一）試驗(yàn)噴嘴的技術(shù)要求

試驗(yàn)中主副噴嘴的主要技術(shù)要求如下：第一，噴口內(nèi)部的旋流槽與中心孔尺寸對(duì)于噴嘴流量、噴霧錐角有著非常大的影響，因此試驗(yàn)噴嘴的尺寸、位置精度要求非常高，只有精度滿足要求才能夠保證試驗(yàn)效果。第二，主副噴口具有較高的同軸度要求，同軸度需要盡量控制在0.02左右，若有偏斜便會(huì)影響到霧錐油膜厚度，所以應(yīng)該在加工期間嚴(yán)格注意噴口相互之間的間隙問(wèn)題，只有這樣才能夠有效降低對(duì)噴口性能的影響。第三，為了提高噴口、旋流槽的工藝精確度，應(yīng)該在研磨旋流槽時(shí)維持銳邊，以此來(lái)保證工藝質(zhì)量。第四，噴口內(nèi)表面與端面粗糙度應(yīng)該控制在0.1～0.2mm的范圍，若研磨后的粗糙度過(guò)高，便會(huì)導(dǎo)致噴霧錐中形成油印，進(jìn)而影響到噴液流動(dòng)效率。第五，噴嘴應(yīng)該在加工期間選擇高溫工作能力強(qiáng)且硬度較高的材質(zhì)，如CrWMn等，此類材料具有抗氮、抗高溫等優(yōu)點(diǎn)，能夠在惡劣的工作環(huán)境下保證工作質(zhì)量不受影響[1]。

（二）噴口工藝流程分析

噴口加工流程可以分為毛坯、粗加工、檢驗(yàn)、細(xì)加工、處理、精加工、檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)，其中精加工中的研磨程序?qū)儆谑┕て陂g的關(guān)鍵工序之一，該工序的尺寸精度極高，圓柱體圓度需要達(dá)到0.001mm。燃油噴口的主要故障可以分為切向槽深度超差、內(nèi)錐角超差等，其中各種加工問(wèn)題都可以采用對(duì)應(yīng)的解決方案來(lái)排除，選擇適合的施工方式能夠有效防止加工問(wèn)題的出現(xiàn)，當(dāng)前采用七軸加工中心可以簡(jiǎn)化加工流程，減少重復(fù)裝夾，提高加工效率，通過(guò)機(jī)床在線計(jì)量檢測(cè)，提升零件合格率。

二、試驗(yàn)系統(tǒng)與工作特性試驗(yàn)

燃油噴嘴的綜合試驗(yàn)系統(tǒng)包括有三維可調(diào)噴嘴試驗(yàn)臺(tái)、計(jì)量系統(tǒng)、激光多普勒測(cè)速儀等，在試驗(yàn)期間需要重點(diǎn)關(guān)注不同尺寸燃油噴嘴的霧化特性，以此來(lái)掌握加工工藝所帶來(lái)的影響，試驗(yàn)?zāi)康臑椋旱谝?，確定噴嘴處于起飛、巡航等狀態(tài)下的流量特性，并明確供油量與構(gòu)件尺寸相互之間的關(guān)系。第二，試驗(yàn)測(cè)定霧化粒度SMD與壓力相互之間的關(guān)系。第三，明確噴霧錐角、噴口尺寸、壓力之間的關(guān)系。流量特性試驗(yàn)可以測(cè)定噴嘴流量隨著供油系統(tǒng)壓力所出現(xiàn)的變化。

（一）噴霧錐角試驗(yàn)

通過(guò)相機(jī)可以完成對(duì)噴霧錐角的采集，采集完成后可以利用圖片識(shí)別的方式來(lái)掌握不同壓力條件下的噴霧錐角數(shù)據(jù)。當(dāng)主油路錐角達(dá)到92°時(shí)，供油壓力的提高將會(huì)導(dǎo)致噴霧錐角下降，當(dāng)壓力從0.8MPa提高至2.2MPa時(shí)，噴霧錐角將會(huì)減小3.1°。在設(shè)計(jì)狀態(tài)中，壓力為2.4MPa時(shí)，錐角為90.6°，因此設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際參數(shù)之間的差距并不大，所以可以判斷供油壓力對(duì)于錐角的改變幅度相對(duì)較低。副油路的壓力變化則基本不會(huì)影響到噴霧錐角。除此之外，當(dāng)主、副噴口同時(shí)進(jìn)行工作時(shí)，其噴霧錐角的幅度將會(huì)略微小于主油路單獨(dú)運(yùn)行時(shí)的錐角幅度。

（二）霧化粒度試驗(yàn)

在研究測(cè)試下要分別測(cè)試處于不同工作狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)噴嘴，并對(duì)其噴霧SMD值進(jìn)行分析。在分析過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)，主油路供油壓力的提高將會(huì)導(dǎo)致SMD出現(xiàn)下滑的趨勢(shì)，而且在一定壓力范圍內(nèi)，通過(guò)增加壓力的方式能夠顯著降低霧化SMD值。即在低壓端的壓力將會(huì)有所提高，SMD的降低會(huì)更加明顯，而當(dāng)壓力增加至一定程度后，即便繼續(xù)提高壓力，SMD的下降速度將會(huì)有所減少。在副油路單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，SMD將會(huì)達(dá)到10μm左右，當(dāng)主、副油路同時(shí)運(yùn)行之后，在壓力為1.8MPa時(shí)，SMD并不會(huì)發(fā)生改變，其數(shù)值在20μm左右，這意味著霧化質(zhì)量能夠保持穩(wěn)定[2]。

三、試驗(yàn)與噴嘴尺寸關(guān)系

在流量特性中，主、副油路運(yùn)行時(shí)，燃油流量將與噴口半徑平方成正比，而共同工作時(shí)則會(huì)受到主噴口面積所帶來(lái)的影響，通過(guò)研磨噴口能夠有效增加流量，當(dāng)旋流槽面積提高時(shí)，能夠使流量隨之增加。供油壓力與流量相互之間具有緊密聯(lián)系，供油壓力可以直接影響到流量參數(shù)。在噴霧錐角中，錐角與噴口半徑之間存在正向關(guān)系，增加噴口半徑可以帶動(dòng)錐角的增大，流量此時(shí)也會(huì)隨之增長(zhǎng)，所以應(yīng)該考慮流量、錐角之間的關(guān)系。而對(duì)于霧化粒度而言，主、副噴口半徑并不會(huì)嚴(yán)重影響到霧化力度。所以對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴嘴而言，加工工藝所帶來(lái)的影響非常明顯，只有提高加工精度，才能夠令燃油噴嘴在工作中發(fā)揮出應(yīng)有的作用，當(dāng)加工質(zhì)量無(wú)法滿足噴嘴要求時(shí)，噴嘴性能就將會(huì)大打折扣。

結(jié)論：總而言之，加工工藝是影響燃油噴嘴性能指標(biāo)的一項(xiàng)關(guān)鍵因素，因此必須在加工期間利用優(yōu)質(zhì)的加工工藝、先進(jìn)的加工方法來(lái)保證加工質(zhì)量，以此來(lái)避免噴嘴性能指標(biāo)受到影響，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率。相信隨著更多人了解到加工工藝的重要性，更多人參與到加工工藝的研究，航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴嘴的質(zhì)量將會(huì)變得更好。

參考文獻(xiàn)：

[1]成超乾，趙祉江，張立斌.航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴嘴關(guān)鍵件配合精度研究[J].現(xiàn)代制造工程，2020（06）：69-74.

[2]劉亞軍，楊文斌，高友忠.某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴嘴性能試驗(yàn)器的研制與應(yīng)用[J].航空維修與工程，2019（04）：72-74.