關(guān)于加工工藝對航空發(fā)動機燃油噴嘴性能的影響探討

王宇 郭書壹 秦杰

摘要：加工工藝是影響航空發(fā)動機燃油噴嘴性能的一個主要因素，加工工藝的優(yōu)劣不僅能夠影響到各項性能參數(shù)，還會影響到燃油噴嘴的運行穩(wěn)定性。本文通過對加工工藝進行分析，并結(jié)合實際對燃油噴嘴性能在加工工藝下的影響提出個人觀點，希望為關(guān)注燃油噴嘴性能的人群帶來參考。

關(guān)鍵詞：加工工藝;燃油噴嘴;航空發(fā)動機;性能影響

引言：燃油噴嘴SMD（霧化粒度、霧粒平均直徑）將會隨著供油壓力的變化而改變，當供油壓力增加至一定程度之后，SMD的數(shù)值下降速率將會逐漸變得穩(wěn)定，此時的噴霧錐角將不會隨著壓力變化而發(fā)生改變。加工工藝可以通過改變噴口等方式來影響燃油噴嘴的正常運行。因此，有必要對燃油噴嘴在加工工藝下的影響進行分析。

一、噴嘴加工工藝

燃油霧化質(zhì)量與濃度情況都將會影響到燃燒室的實際性能與燃燒時的穩(wěn)定性，發(fā)動力推力、油耗、經(jīng)濟性同樣會在霧化效果的影響下而發(fā)生改變。當霧化效果無法達到應(yīng)有的霧化質(zhì)量時，燃燒室、渦輪的使用壽命將會有所降低，而污染物的排放量則會大幅上升。大油滴在沖擊到壁面時將會導致過熱，影響工作效率，而噴霧錐角過大則會導致局部過熱與燒蝕。在噴嘴加工期間，噴口直徑、錐度等參數(shù)都會影響到噴嘴性能，因此噴嘴加工工藝的重要性毋庸置疑。

試驗噴嘴屬于雙油路、噴口壓力的霧化噴嘴，其噴嘴組成為殼體、襯套、主副噴口等，當供油量相對較低時，副油路將會代替主油路運行，當供油量較高時，則主、副油路則會一同進行工作。在運行期間，主副油路之間不會干擾、串油。

（一）試驗噴嘴的技術(shù)要求

試驗中主副噴嘴的主要技術(shù)要求如下：第一，噴口內(nèi)部的旋流槽與中心孔尺寸對于噴嘴流量、噴霧錐角有著非常大的影響，因此試驗噴嘴的尺寸、位置精度要求非常高，只有精度滿足要求才能夠保證試驗效果。第二，主副噴口具有較高的同軸度要求，同軸度需要盡量控制在0.02左右，若有偏斜便會影響到霧錐油膜厚度，所以應(yīng)該在加工期間嚴格注意噴口相互之間的間隙問題，只有這樣才能夠有效降低對噴口性能的影響。第三，為了提高噴口、旋流槽的工藝精確度，應(yīng)該在研磨旋流槽時維持銳邊，以此來保證工藝質(zhì)量。第四，噴口內(nèi)表面與端面粗糙度應(yīng)該控制在0.1～0.2mm的范圍，若研磨后的粗糙度過高，便會導致噴霧錐中形成油印，進而影響到噴液流動效率。第五，噴嘴應(yīng)該在加工期間選擇高溫工作能力強且硬度較高的材質(zhì)，如CrWMn等，此類材料具有抗氮、抗高溫等優(yōu)點，能夠在惡劣的工作環(huán)境下保證工作質(zhì)量不受影響[1]。

（二）噴口工藝流程分析

噴口加工流程可以分為毛坯、粗加工、檢驗、細加工、處理、精加工、檢驗等環(huán)節(jié)，其中精加工中的研磨程序?qū)儆谑┕て陂g的關(guān)鍵工序之一，該工序的尺寸精度極高，圓柱體圓度需要達到0.001mm。燃油噴口的主要故障可以分為切向槽深度超差、內(nèi)錐角超差等，其中各種加工問題都可以采用對應(yīng)的解決方案來排除，選擇適合的施工方式能夠有效防止加工問題的出現(xiàn)，當前采用七軸加工中心可以簡化加工流程，減少重復裝夾，提高加工效率，通過機床在線計量檢測，提升零件合格率。

二、試驗系統(tǒng)與工作特性試驗

燃油噴嘴的綜合試驗系統(tǒng)包括有三維可調(diào)噴嘴試驗臺、計量系統(tǒng)、激光多普勒測速儀等，在試驗期間需要重點關(guān)注不同尺寸燃油噴嘴的霧化特性，以此來掌握加工工藝所帶來的影響，試驗?zāi)康臑椋旱谝唬_定噴嘴處于起飛、巡航等狀態(tài)下的流量特性，并明確供油量與構(gòu)件尺寸相互之間的關(guān)系。第二，試驗測定霧化粒度SMD與壓力相互之間的關(guān)系。第三，明確噴霧錐角、噴口尺寸、壓力之間的關(guān)系。流量特性試驗可以測定噴嘴流量隨著供油系統(tǒng)壓力所出現(xiàn)的變化。

（一）噴霧錐角試驗

通過相機可以完成對噴霧錐角的采集，采集完成后可以利用圖片識別的方式來掌握不同壓力條件下的噴霧錐角數(shù)據(jù)。當主油路錐角達到92°時，供油壓力的提高將會導致噴霧錐角下降，當壓力從0.8MPa提高至2.2MPa時，噴霧錐角將會減小3.1°。在設(shè)計狀態(tài)中，壓力為2.4MPa時，錐角為90.6°，因此設(shè)計參數(shù)與實際參數(shù)之間的差距并不大，所以可以判斷供油壓力對于錐角的改變幅度相對較低。副油路的壓力變化則基本不會影響到噴霧錐角。除此之外，當主、副噴口同時進行工作時，其噴霧錐角的幅度將會略微小于主油路單獨運行時的錐角幅度。

（二）霧化粒度試驗

在研究測試下要分別測試處于不同工作狀態(tài)下的實驗噴嘴，并對其噴霧SMD值進行分析。在分析過程中可以發(fā)現(xiàn)，主油路供油壓力的提高將會導致SMD出現(xiàn)下滑的趨勢，而且在一定壓力范圍內(nèi)，通過增加壓力的方式能夠顯著降低霧化SMD值。即在低壓端的壓力將會有所提高，SMD的降低會更加明顯，而當壓力增加至一定程度后，即便繼續(xù)提高壓力，SMD的下降速度將會有所減少。在副油路單獨運行時，SMD將會達到10μm左右，當主、副油路同時運行之后，在壓力為1.8MPa時，SMD并不會發(fā)生改變，其數(shù)值在20μm左右，這意味著霧化質(zhì)量能夠保持穩(wěn)定[2]。

三、試驗與噴嘴尺寸關(guān)系

在流量特性中，主、副油路運行時，燃油流量將與噴口半徑平方成正比，而共同工作時則會受到主噴口面積所帶來的影響，通過研磨噴口能夠有效增加流量，當旋流槽面積提高時，能夠使流量隨之增加。供油壓力與流量相互之間具有緊密聯(lián)系，供油壓力可以直接影響到流量參數(shù)。在噴霧錐角中，錐角與噴口半徑之間存在正向關(guān)系，增加噴口半徑可以帶動錐角的增大，流量此時也會隨之增長，所以應(yīng)該考慮流量、錐角之間的關(guān)系。而對于霧化粒度而言，主、副噴口半徑并不會嚴重影響到霧化力度。所以對于航空發(fā)動機燃油噴嘴而言，加工工藝所帶來的影響非常明顯，只有提高加工精度，才能夠令燃油噴嘴在工作中發(fā)揮出應(yīng)有的作用，當加工質(zhì)量無法滿足噴嘴要求時，噴嘴性能就將會大打折扣。

結(jié)論：總而言之，加工工藝是影響燃油噴嘴性能指標的一項關(guān)鍵因素，因此必須在加工期間利用優(yōu)質(zhì)的加工工藝、先進的加工方法來保證加工質(zhì)量，以此來避免噴嘴性能指標受到影響，保證發(fā)動機的工作效率。相信隨著更多人了解到加工工藝的重要性，更多人參與到加工工藝的研究，航空發(fā)動機燃油噴嘴的質(zhì)量將會變得更好。

參考文獻：

[1]成超乾，趙祉江，張立斌.航空發(fā)動機燃油噴嘴關(guān)鍵件配合精度研究[J].現(xiàn)代制造工程，2020（06）：69-74.

[2]劉亞軍，楊文斌，高友忠.某型航空發(fā)動機燃油噴嘴性能試驗器的研制與應(yīng)用[J].航空維修與工程，2019（04）：72-74.