傳動齒輪箱高溫條件下獨立潤滑設(shè)計

姬廣勛 楊云鵬 范銳

摘 要：傳動齒輪箱是飛機動力系統(tǒng)中重要的傳動部件之一，傳動齒輪箱使用性能和工作的可靠性，直接決定了動力系統(tǒng)甚至整機的性能和工作可靠性，對整機的工作具有極大的影響。本文從傳動齒輪箱功能需求角度出發(fā)，論述了傳動齒輪箱獨立潤滑系統(tǒng)設(shè)計思路，并進一步闡述飛機附件機匣高溫條件下潤滑設(shè)計。

關(guān)鍵詞：機匣;高溫;潤滑

第一章 傳動齒輪箱潤滑系統(tǒng)分類

傳動齒輪箱滑油系統(tǒng)分為獨立滑油系統(tǒng)和共用滑油系統(tǒng)兩大類型，目前國外先進戰(zhàn)機的附件傳動機匣都采用獨立的滑油系統(tǒng)，也就是傳動齒輪箱的滑油系統(tǒng)和發(fā)動機滑油系統(tǒng)各自獨立工作，兩者之間沒有關(guān)聯(lián)，傳動齒輪箱采用獨立滑油系統(tǒng)方便飛機和發(fā)動機的裝配和維護，反映目前技術(shù)發(fā)展的趨勢

例如，國外戰(zhàn)機中，俄制戰(zhàn)機SU27系列、MIG29系列傳動齒輪箱均為共用滑油的普通潤滑系統(tǒng)，而最新的T50傳動齒輪箱為獨立潤滑系統(tǒng);美制最新型的F18和F22等少數(shù)傳動齒輪箱采取高溫潤滑系統(tǒng)技術(shù)，其他型號戰(zhàn)機研制時間較早，均為共用滑油的普通潤滑系統(tǒng)。

從上述情況看，國外對傳動齒輪箱高溫潤滑系統(tǒng)研究和采用早于國內(nèi)，已經(jīng)具備了實用性的技術(shù)，而國內(nèi)相關(guān)研究剛剛起步。

第二章 傳動齒輪箱獨立潤滑系統(tǒng)的用途

提高主發(fā)動機維護性的需要，傳動齒輪箱可以采用和發(fā)動機共用滑油系統(tǒng)，也可以采用獨立潤滑系統(tǒng)。共用滑油系統(tǒng)由發(fā)動機上的供油泵供油，使用統(tǒng)一的回油泵實現(xiàn)發(fā)動機和飛機附件機匣的回油，共用滑油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單。但是近年來戰(zhàn)機技術(shù)的發(fā)展，一個顯著的標志就是傳動齒輪箱動力組件功能的完善，這個技術(shù)進步的前提是集成式輔助動力系統(tǒng)技術(shù)的成熟，輔助動力系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代軍民用飛機不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備，輔助動力系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展站和傳動齒輪箱動力組件功能的完善也產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

提高了先進戰(zhàn)斗機的自足能力（指飛機不依賴地面支持設(shè)備完成地面維護、主發(fā)動機起動以及在較長時間內(nèi)提供輔助功率的能力）;

在地面主發(fā)動機不工作時就可向飛機電、空調(diào)等系統(tǒng)提供能源，完成飛機地面維護檢測等任務(wù)，因此延長了主發(fā)動機的使用壽命和降低了飛機的全壽命維護費用;

現(xiàn)代先進作戰(zhàn)飛機普遍采用了電傳操縱和主動控制技術(shù)，要求在所有飛行條件下不間斷地向飛行控制系統(tǒng)提供電能和液壓能，特別是在空中當/或主液壓系統(tǒng)或主電源系統(tǒng)失效，甚至主發(fā)動機失效后幾秒內(nèi)能立即提供應(yīng)急的液壓動力和（或）應(yīng)急電力。

第三章 獨立滑油系統(tǒng)設(shè)計

結(jié)構(gòu)設(shè)計思路

3.1 ?循環(huán)方式

傳動齒輪箱獨立的滑油系統(tǒng)可以采取采用反向循環(huán)設(shè)計。

3.2 ?供油系統(tǒng)設(shè)計

傳動齒輪箱獨立滑油系統(tǒng)的供油系統(tǒng)采用滑油增壓泵壓力供油，設(shè)置滑油調(diào)壓活門，調(diào)整滑油壓力，維持系統(tǒng)正常穩(wěn)定的滑油壓力;根據(jù)反向循環(huán)系統(tǒng)的要求，在滑油供油路上設(shè)置燃滑油散熱器，實現(xiàn)滑油的冷卻;設(shè)置滑油濾，完成滑油過濾，保證傳動齒輪箱對滑油的清潔度要求。供油系統(tǒng)附件包括滑油箱、滑油增壓泵、調(diào)壓活門、燃滑油散熱器、滑油濾等部件。供油系統(tǒng)的流路是滑油箱→增壓泵→散熱器→滑油濾→傳動齒輪箱各噴嘴。

3.3 ?回油系統(tǒng)設(shè)計

傳動齒輪箱需要設(shè)置回油泵以完成機匣回油?；赜捅门c供油泵一起集成設(shè)計為滑油供、回油泵組。在回油泵的入口設(shè)置滑油濾網(wǎng)，保證滑油泵的安全工作。在傳動齒輪箱上回油管路附近設(shè)置放油磁塞，方便放油和取樣。在回油系統(tǒng)回油路上（滑油箱內(nèi)）設(shè)置滑油的金屬屑末信號器。傳動齒輪箱回油系統(tǒng)相對簡單，不需要設(shè)置動壓式的油氣分離器。

3.4 ?傳動齒輪箱通風系統(tǒng)

傳動齒輪箱獨立滑油系統(tǒng)補氣系統(tǒng)包含壓縮空氣瓶、單向活門、腔壓傳感器等，工作原理為：在傳動齒輪箱腔壓低于某個規(guī)定數(shù)值時，壓縮空氣瓶通過單向活門自動向傳動齒輪箱中補氣，維持滑油泵的最低工作壓力。

但是對比發(fā)動機的通風系統(tǒng)，傳動齒輪箱通風系統(tǒng)則存在顯著的不同，由于發(fā)動機篳齒密封引氣的要求，導致發(fā)動機通風系統(tǒng)獲得源源不斷的引氣，而傳動齒輪箱獨立滑油系統(tǒng)通風系統(tǒng)無法獲得引氣補充，這將導致如果機匣在高空存在氣體泄露情況下，最終的氣壓將不能維持滑油泵的最低工作壓力，滑油泵將最終不能穩(wěn)定工作，因此針對傳動齒輪箱獨立滑油系統(tǒng)需設(shè)計專門的補氣系統(tǒng)。

3.5 ?滑油的選擇

傳動齒輪箱更傾向于優(yōu)先選用和發(fā)動機使用的滑油一致的牌號以降低 維護成本。

第四章 傳動齒輪箱滑油系統(tǒng)針對高溫工作條件下設(shè)計

4.1 ?耐高溫類型傳動齒輪箱滑油系統(tǒng)的意義

21世紀未來戰(zhàn)爭將突破傳統(tǒng)的作戰(zhàn)領(lǐng)域，作戰(zhàn)空域?qū)⒀由斓洁徑臻g空域，適應(yīng)臨近空間飛行作戰(zhàn)的高速武器裝備，如高速偵察機、高速轟炸機、空天飛機、高速巡航導彈是未來的主要裝備，高速武器裝備航程遠、速度快、結(jié)構(gòu)簡單、性能卓越，威力強大，難以防御。

由于高速飛行器動力附件傳動系統(tǒng)工作的特殊性，配裝高速飛行器動力附件傳動系統(tǒng)的附件傳動系統(tǒng)使用狀態(tài)和使用環(huán)境和普通的渦輪噴氣發(fā)動機相比已經(jīng)發(fā)生了重大的變化，例如，高速飛行帶來的氣動高溫，對傳動齒輪箱的性能都存在較大的影響，因此，在傳動齒輪箱滑油系統(tǒng)考慮耐高溫性能具有現(xiàn)實的意義。

4.2 ?耐高溫技術(shù)要求

考慮高馬赫速飛行的影響，高速飛行器附件傳動系統(tǒng)使用狀態(tài)和使用環(huán)境和目前在役飛機相比已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，主要體現(xiàn)在環(huán)境溫度提高，由于氣動加熱，高速飛行器的飛機附件傳動系統(tǒng)的環(huán)境溫度可以達到320℃，遠遠高于目前在役飛機附件機匣環(huán)境溫度179℃，對機匣殼體材料、齒輪材料都提出新的要求，發(fā)動機高速度大過載，加速度大對齒輪潤滑存在影響，需要對適應(yīng)干運轉(zhuǎn)、潤滑不良條件的齒輪熱處理或加工技術(shù)進行研究，同時動力附件傳動系統(tǒng)的滑油工作溫度可達250℃溫度，遠高于現(xiàn)役飛機的200℃，對滑油系統(tǒng)的耐高溫性能提出新的要求。

第五章 結(jié)論

本文從傳動齒輪箱功能需求角度出發(fā)，論述了傳動齒輪箱獨立潤滑系統(tǒng)設(shè)計思路，并進一步闡述飛機附件機匣高溫條件下潤滑設(shè)計，形成了傳動齒輪箱獨立滑油系統(tǒng)設(shè)計思路，對實際的設(shè)計工作具有指導的作用。

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