航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管破裂故障分析與防控

吉時(shí)雨

摘 要：航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的動(dòng)力核心，其工作的穩(wěn)定性直接影響著飛機(jī)運(yùn)行的安全性和可靠性。如果將航空發(fā)動(dòng)機(jī)看做“心臟”則航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管就猶如連接在心臟上的“動(dòng)、靜脈血管或是毛細(xì)血管”，承擔(dān)著航空發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的燃油、液壓、冷氣等的輸送工作。一旦航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管發(fā)生破裂將會(huì)造成極為嚴(yán)重的安全事故。文章將在分析航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管破裂原因的基礎(chǔ)上就如何做好航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管破裂防控進(jìn)行分析闡述。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管；破裂；原因；防控措施

中圖分類號(hào)：V263.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）21-0116-02

Abstract： The aero-engine is the power core of the aircraft. The stability of its work directly affects the safety and reliability of aircraft operation. If an aero-engine is considered a "heart"， then its hydraulic catheter is like an "artery， vein， or capillary" which is connected to the "heart" and responsible for the transmission of fuel， hydraulic and air-conditioning needed by the aero-engine. Once the aero-engine hydraulic conduit breaks， it will cause a very serious safety accident. Based on the analysis of the causes of the rupture of the hydraulic conduit of the aero-engine， this paper analyzes and expounds prevention and control measures for the rupture of the hydraulic conduit of the aero-engine.

Keywords： aero-engine hydraulic conduit； rupture； cause； prevention and control measures

前言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管主要負(fù)責(zé)液壓、燃油、潤(rùn)滑油、空氣等介質(zhì)的輸送。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)工況環(huán)境較為惡劣，導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管較易在運(yùn)行過程中發(fā)生破裂，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行造成較大的安全隱患。通過研究分析造成航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管破裂的原因主要有振動(dòng)、腐蝕、導(dǎo)管材質(zhì)缺陷等幾個(gè)方面。為保障航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管的安全運(yùn)行需要就航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管破裂原因采取針對(duì)性的措施，確保航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管安全運(yùn)行。

1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管破裂原因分析

航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管破裂將會(huì)造成航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生局部甚至是全部失效，影響飛機(jī)的安全運(yùn)行。研究航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管破裂原因并采取針對(duì)性的防控措施將是保障航空發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行的重要舉措。據(jù)相關(guān)研究表明航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管破裂絕大多數(shù)是在長(zhǎng)期的振動(dòng)、腐蝕以及外力損傷后產(chǎn)生的。

1.1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管工作中所受到的彎曲振動(dòng)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)工況條件較差，其工作過程中受飛機(jī)機(jī)體、外界環(huán)境以及導(dǎo)管中液體流動(dòng)沖擊等的影響導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管產(chǎn)生非線性振動(dòng)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管在振動(dòng)的作用下將產(chǎn)生反復(fù)的彎曲作用并在其彎曲橫截面上產(chǎn)生非周期性的拉伸和壓縮應(yīng)力，航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管在拉伸、壓縮應(yīng)力的反復(fù)作用下將會(huì)導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管產(chǎn)生疲勞斷裂?？傮w來說航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管的振動(dòng)源主要來自兩個(gè)方面：（1）航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管受周邊附件、部件的影響產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)振動(dòng)，這一振動(dòng)是周期性的。（2）管內(nèi)流動(dòng)液體流動(dòng)所產(chǎn)生的壓迫力。由于導(dǎo)管彎曲，在不同截面所產(chǎn)生力的方向是不同的，以導(dǎo)管折彎兩端為例，分別在兩端取截面并以這兩截面所產(chǎn)生的力進(jìn)行分析，這兩截面在流過導(dǎo)管液壓油壓力的作用下將產(chǎn)生一個(gè)垂直于導(dǎo)管軸線的合力，在液壓油的作用下將會(huì)對(duì)導(dǎo)管產(chǎn)生周期或非周期的作用力。導(dǎo)管內(nèi)液壓油受工況條件的影響并不一定的周期動(dòng)作的，而是在輸送流體的脈動(dòng)作用下會(huì)導(dǎo)致液壓導(dǎo)管內(nèi)的流體產(chǎn)生周期性的變化。航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管系統(tǒng)將會(huì)在多種因素的作用下產(chǎn)生耦合振動(dòng)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管在工作過程中將會(huì)受到復(fù)雜作用力的影響進(jìn)而產(chǎn)生間隙或是持續(xù)的振動(dòng)，這一振動(dòng)是不可避免的且將持續(xù)影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管運(yùn)行的穩(wěn)定性?？傮w來說，如果航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管的振動(dòng)維持在導(dǎo)管可承受的范圍內(nèi)將不會(huì)導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管出現(xiàn)裂紋。而一旦導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管振動(dòng)的作用力過大，或是作用力的變化頻率和導(dǎo)管的彎曲振動(dòng)固有頻率相重合并導(dǎo)致共振現(xiàn)象的發(fā)生，將會(huì)導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管內(nèi)產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)力作用，并在這復(fù)雜應(yīng)力的作用下出現(xiàn)疲勞裂紋。通過對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管彎曲振動(dòng)所產(chǎn)生的破裂現(xiàn)象進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，因航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管彎曲振動(dòng)所產(chǎn)生的疲勞裂紋多發(fā)生于導(dǎo)管固定和接頭連接處，且裂紋多為擴(kuò)展性裂紋。

1.2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管工作中所產(chǎn)生的徑向振動(dòng)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管的徑向振動(dòng)多產(chǎn)生于管內(nèi)流體的脈動(dòng)影響。管內(nèi)流體在壓力的作用下將會(huì)沿著導(dǎo)管流動(dòng)，在這一過程中除了產(chǎn)生壓力流動(dòng)外還會(huì)沿管徑方向產(chǎn)生徑向作用力，在液壓油脈動(dòng)作用下將會(huì)導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管的徑向變形產(chǎn)生脈動(dòng)變化并形成航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管的徑向振動(dòng)。當(dāng)作用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管的徑向壓力較大且產(chǎn)生的振動(dòng)頻率和振動(dòng)幅度較大時(shí)將會(huì)導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管容易出現(xiàn)縱向的疲勞裂紋。通過對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管破裂故障分析后發(fā)現(xiàn)，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管是圓形的，因徑向振動(dòng)所導(dǎo)致的裂紋多發(fā)生于航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管剛度變化較大的區(qū)域（靠近接頭或是套管）。而當(dāng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管是橢圓形時(shí)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管將會(huì)在導(dǎo)管內(nèi)流體的壓力作用下恢復(fù)圓形，在這一過程中航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管管壁曲率較大的區(qū)域?qū)?huì)承受較大的應(yīng)力作用并在后續(xù)徑向應(yīng)力的作用下產(chǎn)生疲勞裂紋。航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管的徑向破裂多發(fā)生在導(dǎo)管彎曲曲率變化較大的部分且破裂裂紋多呈現(xiàn)出由內(nèi)向外擴(kuò)展的擴(kuò)展裂紋。

1.3 腐蝕和外力作用導(dǎo)致的航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管破裂

航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管工況條件惡劣，航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管外壁極易沾染水、油、塵土等的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)附著在航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管管壁外側(cè)并破化管壁保護(hù)層造成航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管外側(cè)管壁的腐蝕，造成航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管強(qiáng)度下降，從而導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管在內(nèi)外壓力的作用下而產(chǎn)生破裂。航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管內(nèi)部腐蝕主要來自于油液中所混有的空氣，空氣的存在將導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管內(nèi)部發(fā)生腐蝕并影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管的強(qiáng)度。除腐蝕所造成的影響外，航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管在機(jī)械外力作用下所產(chǎn)生的機(jī)械損傷都將會(huì)導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管強(qiáng)度的降低。航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管工作過程中將會(huì)受到管內(nèi)流體的強(qiáng)擠壓作用，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管產(chǎn)生腐蝕與機(jī)械損傷將會(huì)導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管的強(qiáng)度下降，其所能夠承受的重復(fù)載荷的能力也大幅下降，容易在使用過程中產(chǎn)生疲勞裂紋。

2 做好航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管破裂的防控

通過對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管破裂的原因進(jìn)行分析造成航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管破裂的原因主要集中在振動(dòng)、腐蝕和機(jī)械外力作用。為保障航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管的安全運(yùn)行需要就上述三個(gè)原因采取針對(duì)性的防控措施。

2.1 做好彎曲振動(dòng)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管上的防控

航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管的彎曲振動(dòng)主要來自于自身激勵(lì)和周邊附件的附加振動(dòng)。在彎曲振動(dòng)的防控中首先需要最大限度的降低航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)各部件的振動(dòng)，降低其對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管的影響，同時(shí)降低液壓管路內(nèi)的脈動(dòng)壓力。降低系統(tǒng)內(nèi)的脈動(dòng)壓力可以通過在系統(tǒng)中加裝蓄能器和緩沖瓶加以實(shí)現(xiàn)，為降低振動(dòng)力的影響可以將液壓泵出口和供壓管路中的硬導(dǎo)管更換為軟連接，依靠軟連接吸收一部分的振動(dòng)力。為降低附加力在航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管的影響，需要將導(dǎo)管用固定夾子進(jìn)行固定，固定的位置要牢固且加裝一部分的減震裝置。對(duì)于因設(shè)計(jì)完成而無法隨意進(jìn)行改變的硬導(dǎo)管則需要注意固定夾子對(duì)導(dǎo)管振動(dòng)頻率所造成的影響。因固定夾子所帶來的振動(dòng)頻率的改變將會(huì)增大共振發(fā)生的幾率。固定夾子與導(dǎo)管之間加裝橡膠彈墊，可以有效的減少周邊附件所產(chǎn)生振動(dòng)的傳導(dǎo)，降低航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管所產(chǎn)生的振動(dòng)。加裝于航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管上的橡膠墊需要進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，避免固定過緊而影響減震效果。

2.2 減少?gòu)较蛘駝?dòng)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管的影響

航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓系統(tǒng)工作過程中將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的脈動(dòng)和液壓撞擊現(xiàn)象，從而導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管承受復(fù)雜多變的耦合振動(dòng)。為提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管的可靠性，安裝于航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓系統(tǒng)的導(dǎo)管在上機(jī)前需要進(jìn)行大靜壓和動(dòng)壓試驗(yàn)。對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管圓度較差的區(qū)段，需要對(duì)其進(jìn)行修復(fù)將其橢圓度控制在規(guī)定值范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)導(dǎo)管壓扁或是壓坑現(xiàn)象影響導(dǎo)管的承壓強(qiáng)度。

2.3 減少腐蝕與機(jī)械外力對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管的影響

對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓系統(tǒng)所使用的硬導(dǎo)管其彎曲時(shí)應(yīng)控制其彎曲半徑，對(duì)于直徑小于20mm的硬導(dǎo)管其彎曲半徑應(yīng)超過航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管外徑的兩倍以上。而對(duì)于直徑超過20mm的導(dǎo)管其彎曲半徑至少要達(dá)到航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管外徑的3倍以上。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管彎制的過程中應(yīng)確保硬導(dǎo)管具有良好的圓度，避免彎曲過急，導(dǎo)管接頭處于彎曲部位之間的距離至少要達(dá)到25mm以上且進(jìn)入彎頭部分的導(dǎo)管應(yīng)保持筆直。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管安裝過程中，要注意控制安裝的牢固度和松緊度，避免損傷航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管。這是由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管工作中將會(huì)發(fā)生振動(dòng)，如果航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管與其他附件之間的距離控制不當(dāng)將容易導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管在振動(dòng)時(shí)與其他附件產(chǎn)生摩擦進(jìn)而造成機(jī)械損傷，而將航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管固定過緊則容易造成航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管固定出產(chǎn)生振動(dòng)變形，破壞航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管內(nèi)的應(yīng)力結(jié)構(gòu)。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管安裝間隙方面國(guó)家相關(guān)規(guī)程中有著明確的規(guī)定，各系統(tǒng)間導(dǎo)管之間的間隙需要控制在2mm以上，高壓導(dǎo)管磨傷深度應(yīng)控制在0.2mm以內(nèi)，低壓導(dǎo)管磨傷深度應(yīng)控制在0.5mm以內(nèi)。做好航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管的清潔，避免有害雜質(zhì)粘附在導(dǎo)管表面造成航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管外壁腐蝕，對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管內(nèi)部需要盡力排空系統(tǒng)中所含有的空氣，確保導(dǎo)管光潔、干凈。避免航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管出現(xiàn)腐蝕。

3 結(jié)束語(yǔ)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管是飛機(jī)重要的組件，同時(shí)航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管運(yùn)行的安全性與可靠性也與飛機(jī)安全運(yùn)行有著密切的聯(lián)系。航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管破裂將會(huì)導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓系統(tǒng)局部或是全部失效從而影響飛機(jī)的正常運(yùn)行。本文在分析航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管破裂原因的基礎(chǔ)上對(duì)如何采取針對(duì)性的措施做好航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管破裂的防控，保障航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管的安全運(yùn)行。航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管的安全性受諸多因素的影響，需要從航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管的設(shè)計(jì)、選材、安裝等多方入手做好航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓導(dǎo)管破裂的防控。

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