1.身份证:23010319900216XXXX;2.身份证:21070319791117XXXX;3.身份证:32092419780218XXXX
摘要:在航空航天领域中,发动机担任着重要角色,作为飞机的核心动力源,发动机必须具备较高的耐久性与可靠性,才能保障飞机的安全稳定运行。可以说,航空发动机组是世界上复杂性、综合性较强的工程机械系统,为满足高温、高压、高转速、高载荷的环境需求,发动机必须具备较强的可靠性与耐久性。
关键词:飞机发动机;耐久性;可靠性;措施
引言
发动机长期处于高温高压的工作状态中,它是航空装备中需要反复使用的热力机械,很大程度上决定了航空飞行器的安全状态,也是航空飞行器技术顺利实施的保障。发动机的重要性对自身的耐久性和可靠性有较高标准的要求,而在经济性能方面也有较高的标准。因此要不断提高发动机各个主要循环参数的合理性,确保发动机在相当复杂的使用条件下具有较高的耐久性和可靠性。
1飞机发动机的简单概述
飞机发动机,是一种高精密、复杂性强、综合多种学科的热力机械,其主要作用是为航空器提供飞行动力。发动机之于飞机,相当于心脏之于身体,发动机的性能,直接影响着飞机的性能,影响着飞机的可靠性与耐久性,是国家科技、工业与军事实力的展现。目前,能够独立研发航空发动机的国家有:美国、英国、俄罗斯、法国、中国等。虽然,我国已经能够自主研发飞机发动机,但是,发动机性能不达标,一直阻碍着我国航空业的发展。因此,提高发动机的可靠性、耐久性,已经成为科技人员的重要研究课题。当前,我国航空发动机的类型主要有以下两种:活塞式、喷气式,前者适用于低速、短程、小型的飞机,后者适用于高速、中远程、中大型的飞机。无论是哪种类型的发动机,将其应用到军用飞机中,需要满足以下要求:功率重量比大,迎风面积小,燃油消耗量小,工作安全、可靠且发动机寿命长,维修便利。
2影响飞机发动机耐久性和可靠性的主要因素
第一,设计因素。发动机质量对飞机工作运行的稳定性起决定作用,其设计上对于复杂性和精密性的要求不言而喻。一旦设计人员对发动机内部结构、运行热力参数的设计失当,将引发等风转速度过低、耐高温能力差等一系列的故障缺陷问题。所以,每台飞机发动机产出和应用之前,都会经历多次的试验和改进设计,以保证其稳定性和耐久性达标。第二,工艺因素。加工是将发动机设计由图纸变成实物的过程,在此过程中制造人员若是出现疏忽,将会造成发动机表面过于粗糙、发动机应力分配不均、尺寸存在差距等加工问题,导致最终产出物与设计图的参数要求不符。由于发动机的设计图是经过严密计算得出的,所以不合规的制作成品无法实现良好的耐久性和可靠性。例如,发动机内部零件的前后缘距离与设计标准不相符,将会造成发动机叶片疲劳甚至断裂,进而减损或终结发动机的使用寿命。第三,材料因素。拿橡胶密封件来说:由于发动机是一种高强度的热力机械械设备,其实际运行中必然会产生大量的热能。此时,如果密封件的橡胶质量不佳,就会受热发生膨胀、松动或融化,使发动机出现漏油、漏气、漏水的“三漏”问题,影响到发动机的耐久性和可靠性。第四,附件质量因素。在发动机附件当中,轴承是最为重要的一种。如果轴承内部转子的尺寸与结构条件存在出入,就会增高轴承转动的摩擦系数,导致发动机出现卡顿,继而影响到发动机点火、调节等多个系统,为发动机故障埋下隐患。
3提高飞机发动机耐久性和可靠性的措施
3.1完善飞机发动机的设计
在发动机设计中,结构的精确协调,能够保障发动机的耐久性与可靠性。飞机发动机主要包含五个部分:进气道,燃烧室,压力机,涡轮,尾喷管,在发动机的结构设计中,设计人应依照飞机的具体需求,合理设置上述五个部分,保障发动机各部分和谐统一的同时,尽可能降低发动机重量,减小发动机尺寸,以此降低发动机的能耗,减小发动机的部件负担,提高发动机的耐久性。在发动机设计中,科学分配荷载与应力,是设计重点。在飞机发动机运行阶段,发动机会释放大量热能、动能,若设计者忽视了负荷应力的分化,极易导致发动机的局部温度超过发动机承受范围,影响发动机的寿命与质量。对此,计算发动机的承受能力、发动机所释放的热量与动能大小,对发动机的负荷应合理分配,全面保障发动机的正常运行。另外,在发动机设计中,相关人员也应将转子卡顿、叶片分离等特殊情况考虑其中,对内部符合的压力制定应急分化策略,保障发动机在故障状态下也能正常运转,提高飞机的安全性。
3.2加强发动机部件与整机的检验
为保障飞机发动机的稳定运行,加强部件检验非常关键。在发动机投产之前,工作人员应严格依照相关规范检验发动机的风扇、轮盘等零部件,检验零部件的循环疲劳度、工作极限、强度等,检验合格之后,方能实行整机检验,以此避免经济损失过大,降低安全问题的发生。在整机检验过程中,首先,应检验发动机原设计参数是否规范,若存在不足,应及时调整。其次,检验发动机中存在的问题与薄弱环节,及时调整,提高发动机的可靠性与耐久性。最后,检验发动机的寿命与承载极限,为后续发动机的检修、发动机零件的更换提供信息支撑,以此提高发动机的使用寿命,推动我国航空事业的健康发展。
3.3保证发动机各环节部件的高质量
在保证完成高水平的气动和结构设计的同时,除了保证进行足够的检验工作以外,还要保证加工制造时符合图纸零件设计要求,全面保证发动机具有较高的耐久性和可靠性。在实际情况中发现,压气机叶片的故障17%来自于加工制造的原因,43%来自于结构设计的不合理。而在涡轮叶片所发生的故障中,25.1%是由于加工工艺的失误。这些实际情况足以表明,加工质量对于发动机可靠性耐久性具有很大的影响力度。在加工工艺中尤其要注意提高零件表面层的强度和性能,另外要注意的是提高加工过程中各个环节对零件精度的控制水平,保证质量处于稳定状态。注重使用有效的质量检查方法和工艺稳定性控制方法。完善的工艺过程也能够提高发动机零件的强度和性能[3]。这一方面要从结构零件的断裂故障说起,零件的断裂大多是由于其承受较高的载荷,例如压气机和涡轮叶片的断裂。而这些断裂情况是由于存在工艺缺陷引起的,这些工艺缺陷包括铸造输送、锻造折叠、烧伤。因此必须完善施工工艺,减少零件缺陷。完善施工工艺要从分析原因开始,其中零件的疲劳强度不足就是问题之一,对于涡轮叶片来说,疲劳强度的不足体现在热循环上。疲劳强度的不足很大程度上是加工工艺的不足造成的,继而降低了零件表面层的质量,例如表面层的物理化学性能、应力,微观上的几何形状。所以提高零件表面层的质量是提高发动机可靠性耐久性的重要途径。
3.4对航空发动机精心维护
在发动机使用过程中,为保障发动机的耐久性与可靠性,工作人员应对发动机精心维修与养护。通常来讲,无论是何种机械,对其的精心维修与养护,能够调整机械运行状态,使机械焕发生机。在航空发动机应用上亦如此,工作人员的精心维护,能够将发动机的工作状态调整到相对良好的水平,避免发动机带病运行,提高发动机的可靠性与使用寿命。发动机维护,可分为有计划维护与无计划维护,前者主要是在发动机安装后,根据参数制定的维护方案,通过对发动机的定期维护,保障发动机的健康状态;后者主要是与发动机故障相关,是工作人员发现潜在故障或已经出现的故障,所展开的一种发动机维护方式。而无论是何种维护方式,都是为调整发动机的工作状态,提高发动机耐久性与可靠性。对此,尽心维护航空发动机,具有重要意义。
结束语
提高发动机的耐久性和可靠性,对于我国航空工业的发展具有重要作用。通过分析设计、部件质量、制作工艺等环节对发动机性能的影响,对发动机的应力分配和结构合理性进行优化设计,并对其工作效果进行综合检验,能有效保证飞机发动机质量符合实际工作需求,提高发动机的负荷能力,延长发动机的使用寿命,进而有效实现发动机在耐久性、可靠性上的优化提升。
参考文献
[1]王聪.民用航空器发动机可靠性分析和应用[D].华东理工大学,2015.
[2]郑旭东,张连祥.提高飞机发动机耐久性和可靠性的途径[J].飞机设计,2013,33(02):49-52+75.
[3]聂炜.对某型飞机及其发动机的可靠性分析[D].西安电子科技大学,2013.