浅谈提高飞机发动机耐久性和可靠性的途径

浅谈提高飞机发动机耐久性和可靠性的途径

杜俊1张校通2李运涛3

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.