飛機維修時航空發(fā)動機滑油系統(tǒng)污染防控措施分析

吳明陽

摘 ? 要：航空發(fā)動機工作的穩(wěn)定性和可靠性一直是研究的熱點，也是關(guān)系航空事業(yè)發(fā)展堵塞的關(guān)鍵因素。文章系統(tǒng)介紹了航空發(fā)動機滑油系統(tǒng)的構(gòu)成及特點，詳細介紹了飛機維修時航空發(fā)動機滑油系統(tǒng)污染的影響因素，并提出了飛機維修時航空發(fā)動機滑油系統(tǒng)的污染防控措施。

關(guān)鍵詞：飛機維修;航空發(fā)動機;滑油系統(tǒng);污染防控

近年來，隨著航空制造業(yè)的再度崛起，尤其是EICAS顯示系統(tǒng)、全權(quán)限數(shù)字發(fā)動機控制器（Full Authority Digital Engine Control，F(xiàn)ADEC）系統(tǒng)、發(fā)動機電子控制器、推進控制系統(tǒng)（Electronic Propulsion Control System，EPCS）等高精度電子設(shè)備在航空發(fā)動機上的應(yīng)用，使得航空發(fā)動機控制系統(tǒng)具有良好的可靠性和安全性。為保障發(fā)動機穩(wěn)定工作，發(fā)動機滑油系統(tǒng)為飛機提供了潤滑、冷卻和清潔滑油，并清除發(fā)動機軸承和變速箱上的雜質(zhì)，提供滑油以減少發(fā)動機軸承處的振動（滑油阻尼）。作為發(fā)動機熱管理系統(tǒng)的一部分，為發(fā)動機燃油提供熱量，以防止燃油結(jié)冰，清除軸承機構(gòu)和齒輪箱中的熱油，使發(fā)動機機件得到冷卻。本文詳細介紹了航空發(fā)動機滑油系統(tǒng)工作原理和特點，就飛機維修時航空發(fā)動機滑油系統(tǒng)的污染防控措施進行分析。

1 ? ?航空發(fā)動機滑油系統(tǒng)構(gòu)成及特點

航空發(fā)動機滑油系統(tǒng)主要由滑油存儲系統(tǒng)、供油和回油系統(tǒng)、分布式潤滑系統(tǒng)、滑油冷卻系統(tǒng)、滑油污感應(yīng)系統(tǒng)、滑油量EICAS指示、過濾系統(tǒng)等組成。油箱作為滑油存儲系統(tǒng)是閉環(huán)循環(huán)系統(tǒng)的一部分，油箱向油泵和壓濾器供油，將油分配給齒輪箱，并從齒輪箱接收循環(huán)過來的回油。在維修時，油箱蓋和適配器允許油箱重力加注，蓋子是手動操作的，在加注過程中，滑油通過濾網(wǎng)過濾適配器開口。適配器底部的擋板閥提供二次密封機構(gòu)，以盡量減少油損失。排水口的排水功能收集并將溢出的油輸送到機外排水管，油箱中的一個增壓閥將油箱中的壓力保持在4.0～8.0 PSI壓差（PSID）（27.6～55.2 kPa），玻璃目測表可以直觀地顯示油箱中的油位。供油泵加壓滑油，滑油隨后流過供油濾進行清潔過濾后，經(jīng)過兩個熱交換器（空氣/滑油熱交換器和燃油/滑油熱交換器）和旁通活門。如果油冷，熱交換器旁通活門打開，滑油通過最終油濾流向軸承室、變速箱以及管路。最后，熱的滑油通過回油泵返回發(fā)動機滑油箱，油質(zhì)感應(yīng)系統(tǒng)檢測并吸收回油中的雜質(zhì)顆粒，并自動診斷磁芯片探測器性能，所有回油都經(jīng)過回油濾排出回油污染，而外部齒輪箱驅(qū)動的通氣裝置將空氣從滑油中分離，并將空氣排出機外。傳感器向發(fā)動機電子系統(tǒng)發(fā)送滑油壓力和溫度數(shù)據(jù)，而滑油量變送器將滑油量數(shù)據(jù)發(fā)送到主機數(shù)據(jù)集中器，發(fā)動機滑油數(shù)據(jù)顯示在EICAS和發(fā)動機維護頁面上，顯示數(shù)據(jù)主要有油量、油溫、油壓、油濾壓差等參數(shù)。

EICAS性能和EPCS維護頁面也會顯示這些數(shù)據(jù)。EICAS顯示器和狀態(tài)顯示器顯示其他相關(guān)的發(fā)動機滑油系統(tǒng)故障信息;壓力油經(jīng)過壓力油濾過濾供油污染;油濾壓差傳感器監(jiān)測油濾工作的狀況;回油經(jīng)過回油濾排出回油的污染;回油濾壓差傳感器監(jiān)測回油濾的狀況;所有回油都經(jīng)過磁屑探測器探測金屬粒子，用來檢測發(fā)動機內(nèi)部機件的工作狀態(tài)，判斷軸承和齒輪的磨損情況。

滑油從油箱流向油泵和油濾，泵不控制滑油輸出壓力?；蛪毫﹄S發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化而變化，在高油溫條件下，過濾后的加壓油全部通過燃油/滑油熱交換器和空氣/滑油熱交換器。燃油/滑油熱交換器是滑油冷卻的主要來源，空氣/滑油熱交換器僅在必要時工作，并且發(fā)動機電子控制器控制空氣/滑油熱交換器旁通閥保持燃油和滑油溫度在限制范圍內(nèi)。冷卻后的加壓油隨后進入軸承室和齒輪箱用于冷卻和潤滑，回油在回油泵的作用下返回滑油箱?；赜蜑V用于清除從發(fā)動機軸承室和變速箱流出的回油中的污染物，由外部齒輪箱驅(qū)動的通氣裝置將空氣從清除滑油并將空氣排出機外[1]。

2 ? ?滑油及系統(tǒng)對航空發(fā)動機故障影響分析

2.1 ?滑油質(zhì)對發(fā)動機故障影響分析

航空發(fā)動機滑油用于多種型號發(fā)動機零部件的潤滑和冷卻，包括發(fā)動機的轉(zhuǎn)子軸承和附件傳動機構(gòu)的齒輪和軸承。而滑油性質(zhì)中的潤滑性、流動性、抗氧化安定性和腐蝕性、抗泡性等幾個特征對發(fā)動機故障的影響較多。另外，滑油的閃點和燃點、灰分、殘?zhí)?、破乳化時間、機械雜質(zhì)、水分及防銹劑、橡膠適應(yīng)性、水解安定性及毒性等性質(zhì)，也會影響發(fā)動機的性能。

2.2 ?滑油液污染對發(fā)動機故障的影響分析

滑油污染（見圖1）是造成航空發(fā)動機滑油系統(tǒng)部件磨損的主要因素。有關(guān)維修數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析表明：70%～85%的航空發(fā)動機元器件失效是油污染造成的。通過影響油質(zhì)關(guān)鍵因素分析認為，航空發(fā)動機處于高溫環(huán)境運行中，會發(fā)生氧化、聚合、縮合等一系列化學(xué)反應(yīng)。再者，滑油自身因為氧化而產(chǎn)生漆膜和油泥;由于密封性能的降低，導(dǎo)致空氣混入滑油中會壓縮油液體積而產(chǎn)生氣蝕;由于高溫環(huán)境影響，滑油中進入的水分造成油液變質(zhì)，而降低潤滑性能;還有由于灰塵、碳渣、切屑、磨粒、焊渣、滑油氧化分解得到的沉積物、金屬微粒等固體顆粒進入發(fā)動機，造成零部件加速老化、磨損等[2]。滑油中固體顆粒類型如表1所示。

圖1 ?航空發(fā)動機滑油污染顆粒

表1 ?滑油中固體顆粒類型

顆粒類型 種類分類

黑色金屬顆粒 正常機械磨損顆粒、切屑磨損顆粒、滾動疲勞磨損顆粒、滾滑磨合磨損顆粒、嚴重滑損顆粒

氧化物顆粒 氧化鐵顆粒（白色、黑色）、暗金屬氧化物顆粒、腐蝕金屬顆粒

衰變產(chǎn)物顆粒 纖維物顆粒、積碳顆粒、油渣物顆粒、摩擦聚合物顆粒

有色金屬顆粒 白色有色金屬顆粒、銅合物顆粒、鉛/錫合物顆粒

外界污染顆粒 細沙、灰塵、煤屑、石棉纖維、金屬粉塵、濾清器材料、密封件碎屑等

由于油液中固體顆粒的淤積，造成發(fā)動機各活門卡死的故障較為常見，滑油接觸的各種零部件當中，上述多種固體顆粒通過零部件接觸表面縫隙時，造成磨損或堵塞，最終導(dǎo)致發(fā)動機運行的系統(tǒng)出現(xiàn)失效、失穩(wěn)等現(xiàn)象，加速設(shè)備老化、損毀。嚴重影響發(fā)動機工作性能，甚至造成飛行事故。

2.3 ?其他影響分析

其他主要是水分、空氣、細菌等污染。滑油中廢氣燃燒的蒸汽凝結(jié)、油液中容器的融水、冷卻系統(tǒng)部件的滲漏等水分進入，使得水和油液融合反應(yīng)形成乳濁液，造成油液與水中的離子生成硫酸和鹽酸，從而加速滑油的衰變變質(zhì)，造成潤滑性能的降低。滑油里的空氣主要以溶解、游離、氣泡3種狀態(tài)存在，航空發(fā)動機在壓力降低或者溫度升高時，油液中存在的氣體發(fā)生分離、產(chǎn)生氣泡，對系統(tǒng)產(chǎn)生各種有害的影響。據(jù)維修數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，滑油會滋生多種菌絲體席狀物細菌，導(dǎo)致滑油變味，出現(xiàn)沉淀物并最終導(dǎo)致發(fā)動機材料結(jié)構(gòu)遭到破壞，從而降低材料性能，造成器件堵塞，破壞滑油容器涂層，加速金屬表面腐蝕，降低潤滑性能等[3]。

3 ? ?航空發(fā)動機滑油系統(tǒng)污染防控措施

根據(jù)故障原因分析，在航空發(fā)動維修過程中，采取的措施主要有：

（1）提高發(fā)動機各關(guān)鍵部件的加工、裝配工藝和清洗質(zhì)量。制定零部件在加工、裝配過程中的清潔度控制規(guī)定，提高發(fā)動機零部件清潔度水平。

（2）發(fā)動機維修后試車時，增加對滑油系統(tǒng)中的供、回油濾檢查頻次，如發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)外的污染物多，則排放系統(tǒng)滑油，進行冷轉(zhuǎn)清洗。

（3）增加滑油泵組裝后的試驗?zāi)ズ系臅r間，磨合試驗后分解檢查?；捅醚b配時，裝配工序增加齒輪嚙合時的齒側(cè)間隙檢查，齒側(cè)間隙控制在0.051～0.100 mm。

（4）采取措施改善航空發(fā)動機滑油系統(tǒng)清潔度。

（5）進一步優(yōu)化維修流程，降低維修過程導(dǎo)致發(fā)動滑油污染的可能性。

4 ? ?結(jié)語

航空發(fā)動滑油系統(tǒng)較為復(fù)雜，工況運行條件復(fù)雜，油液污染途徑比較多。為增強發(fā)動機運行的穩(wěn)定性和可靠性，需要進一步規(guī)范維修流程，引進新的監(jiān)測技術(shù)，增強電子信息系統(tǒng)的監(jiān)控能力和故障診斷性能，降低油污的影響。同時，對主滑油泵系統(tǒng)進行改進分析，利用新材料、新工藝的投入，不斷改進滑油系統(tǒng)功能，從根本上解決系統(tǒng)存在的問題，保障飛行安全。

[參考文獻]

[1]蔡園園.飛機維修時航空發(fā)動機滑油系統(tǒng)污染防控措施探析[J].科技經(jīng)濟導(dǎo)刊，2019（6）：119.

[2]孫楊慧，楊坤，侯乃先，等.航空發(fā)動機滑油系統(tǒng)動態(tài)故障分析[J].科技導(dǎo)報，2015（5）：72-77.

[3]李勇.某型航空發(fā)動機潤滑系統(tǒng)故障診斷的研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2010.

Analysis on pollution prevention and control measures of aeroengine?lubricating oil system during aircraft maintenance

Wu Mingyang

（Beijing Aircraft Maintenance Engineering Co.， Ltd.， Beijing 101300， China）

Abstract：The stability and reliability of aero-engine work has always been the focus of research， and is also the key factor related to the development of aviation industry blockage. The composition and characteristics of aeroengine lube oil system are introduced， the influence factors of aeroengine lube oil system pollution during aircraft maintenance are introduced in detail， and the pollution prevention and control measures of aeroengine lube oil system during aircraft maintenance are put forward.

Key words：aircraft maintenance; aero-engine; lubricating oil system; pollution prevention and control