航空發(fā)動機燃油系統(tǒng)附件抗污染途徑及技術對策

孫曉軍，李 軍

（中航工業(yè)沈陽發(fā)動機設計研究所，沈陽 110015）

航空發(fā)動機燃油系統(tǒng)附件抗污染途徑及技術對策

孫曉軍，李 軍

（中航工業(yè)沈陽發(fā)動機設計研究所，沈陽 110015）

燃油污染已成為航空發(fā)動機設計不容忽視的重要課題。介紹和分析了航空發(fā)動機燃油系統(tǒng)附件污染源、污染物產(chǎn)生的途徑和失效模式；從設計、加工和使用維護方面,采取了相應抗污染措施和技術，有效降低了燃油系統(tǒng)附件的污染程度，確保了發(fā)動機運行安全、可靠。

燃油系統(tǒng)；附件；抗污染；調節(jié)器；失效模式；航空發(fā)動機

0 引言

航空發(fā)動機燃油系統(tǒng)具有結構復雜、精密偶件多、尺寸小和精度高等特點，在實際工作中承受著較高的溫度、較大的壓力和振動載荷,而在機械液壓調節(jié)器中一般不采用余度設計。因此，對系統(tǒng)中每個附件或附件中每個組件的可靠度要求極高。

在中國多次發(fā)生由于航空發(fā)動機燃油污染影響飛行安全的事故。因而，發(fā)動機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，能在壽命期內可靠工作。但在燃油污染超過規(guī)定指標時，會使附件發(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。這是個漸變過程，可以檢測并及時發(fā)現(xiàn)。當燃油系統(tǒng)附件性能降至技術條件規(guī)定偏差的下限時，應更換。

（2）控油小孔或節(jié)流元件堵塞，附件性能急劇下降。

（3）活門卡死，使附件突發(fā)失效。這是突發(fā)性故障，不能事先檢測和預防，因此會造成極為嚴重的后果。

2 污染源

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

（1）供油油源污染。

由于發(fā)動機試車用燃油和飛機輸入燃油都經(jīng)過嚴格化驗，附件試驗器用燃油也需按有關規(guī)定進行化驗和檢測，所以一般不會發(fā)生污染超標。但燃油在運輸存儲和加油過程中，很難避免沙塵進入。因此，飛機油箱、試驗設備油箱和管路均有受到污染的可能；油箱的銹蝕，表面保護層的脫落，導管中殘留的加工物等都會使油源受到不同程度的污染。

（2）附件加工殘留物。

盡管對在加工過程中殘留物的清除有嚴格的規(guī)定和多種工藝方法，但由于檢測手段不完備，標準也難以定量明確。因此，在組裝較為復雜的零件時，仍會積存少量殘留物，其中一部分與基體結合較牢，不會造成燃油污染，而另一部分則會隨著燃油的流動滲入到燃油中，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，尤其是對定義油路、堵頭和壓套多的主調節(jié)器殼體。

（3）附件拆裝過程產(chǎn)生的污染。

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

（4）燃油膠化變質。

在溫度較高等特殊情況下，燃油會膠化。如在某些飛行狀態(tài)下，經(jīng)過散熱器的燃油溫度會升高至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，主要從設計和加工工藝等2個方面著手。

（1）技術設計方面。

a.對加工件的尺寸和形位精度提出較高要求，對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、強度和剛度，并需耐磨和耐腐蝕。

c.盡可能減少油孔的長度和減小流動死區(qū)。

d.在結構允許條件下，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.采用先進的新工藝和新技術，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

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

從圖1中可見，總油濾和中間油濾均設置在管路上，對供油進行過濾。中間油濾是為主燃油系統(tǒng)而復設，用于更精細地油濾，這是因為，主燃油系統(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。其它進口油濾、中間油濾、節(jié)流裝置油濾等均設置在調節(jié)器內部，主要用于對控制油進行再過濾。各種油濾的過濾度、功用和維護要求見表1。

表1 油濾的過濾度、功用和維護要求

燃油控制應采用比較理想的自洗式油濾，該油濾通過在主油道上設置1段光滑收斂截面流道，使流速增大；從側面引出旁路油道，并進行過濾，在燃油流經(jīng)濾網(wǎng)時增大的流速作用下，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用于航空發(fā)動機燃油調節(jié)中。其優(yōu)點是結構緊湊，維護使用方便，無需作定期清洗。其工作原理如圖2所示。

5 綜合治理對策

對于控制燃油污染，避免故障發(fā)生，應從設計、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)動機安全可靠地運行。

1個成熟機種的燃油系統(tǒng)附件，一般要經(jīng)過多次修改設計，其結構才能更為完善，抗污染能力才會進一步增強。使用部門多年來的故障統(tǒng)計表明：同一產(chǎn)品在1段時間內發(fā)生較多故障，而在其它時間段不發(fā)生故障，或同一產(chǎn)品在某地區(qū)或部門發(fā)生較多故障，而在其它地區(qū)或部門不發(fā)生故障。因此，應該從加工和使用方面分析原因，設計部門也應該參加，即從設計、加工和使用3方面協(xié)同分析，才能使問題得到有效處理和解決。

2009年，某型飛機在起飛爬升過程中因發(fā)動機自動停車而墜毀。分析表明，發(fā)動機主燃油泵調節(jié)器加速節(jié)流活門卡滯在打開位置，使發(fā)動機供油量降低至最小，從而導致發(fā)動機轉速和溫度逐漸降低，直至停車。造成加速節(jié)流活門卡滯的原因是主燃油泵調節(jié)器內部有異物，該異物很可能是在主燃油泵調節(jié)器安裝或飛機制造過程殘留的，也可能是在使用過程中隨油料混入的。20世紀80年代，某航空燃油附件廠的產(chǎn)品也曾在使用中發(fā)生分油活門卡死故障。

經(jīng)了解，生產(chǎn)現(xiàn)場清潔度不符合要求是導致故障發(fā)生的主要原因。具體表現(xiàn)為：（1）對調節(jié)器殼體沖洗不徹底，檢測故障殼體時，沖出大量殘留物；（2）試驗設備不符合要求，在油箱和管路中發(fā)現(xiàn)明顯超標的外來物。當然，也有其它方面的原因，如質量意識不強，管理工作不到位等。經(jīng)過嚴格整改，產(chǎn)品質量顯著提高，未再發(fā)生相似故障。

6 結束語

燃油系統(tǒng)附件抗污染設計是航空發(fā)動機工作可靠性的重要保證。首先，在設計時，運用有效的技術手段，掌握檢測方法，提高檢測準確度和精度；其次，在加工時，要提高零部件的加工精度，尤其是對可靠性影響最關鍵的因素，如形位公差、研磨質量、配合間隙以及過盈量等，使裝配的零件具有高的精度和壽命，

從而保證裝配和試驗質量；最后，在維護時，必須確保系統(tǒng)具有很好的清潔度。

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

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

[3]索弗特瑞（英）.可靠性實用指南[M].北京：北京航空航天大學出版社，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：機械工業(yè)出版社,1992.

[6]陳恬，孫建國.基于相關性分析和神經(jīng)網(wǎng)絡的直接推力控制[J].南京航空航天大學學報，2005，37（2）：183-187.

[7]張紹基.航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的研究與展望[J].航空動力學報，2004，19（3）：375-382.

[8]蔡開龍，謝壽生.某型渦扇發(fā)動機燃油綜合控制半實物仿真試驗系統(tǒng)[J].推進技術，2007，28（4）：422-427.

[9]文元江.用EASYS分析回油式壓差活門特性[J].機床與液壓，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，自然科學研究員，從事航空發(fā)動機及燃氣輪機控制系統(tǒng)設計工作。