渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)滑油中斷試驗(yàn)研究

岳洋　周臣

摘 要：主要依據(jù)《航空渦輪螺槳和渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)通用規(guī)范》（GJB 242—87）和某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的具體要求，在參考其他類型航空發(fā)動(dòng)機(jī)滑油中斷試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，對(duì)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)滑油中斷整機(jī)試驗(yàn)裝置進(jìn)行了研制改造，對(duì)試驗(yàn)方案及試驗(yàn)前后工作等內(nèi)容開(kāi)展方法研究，并對(duì)兩次試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)分析，得到了一套操作性極強(qiáng)的滑油中斷試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法，為該型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)定型提供了有力依據(jù)，對(duì)后續(xù)該類型相關(guān)試驗(yàn)也具有參考意義。

關(guān)鍵詞：整機(jī)試驗(yàn);渦軸發(fā)動(dòng)機(jī);滑油中斷

中圖分類號(hào)：V235.12? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號(hào)：1671-0797（2022）11-0082-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.11.023

0? ? 引言

航空渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)作為一種高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，滑油對(duì)其內(nèi)部齒輪和軸承起著潤(rùn)滑、冷卻以及帶走磨粒的作用，所形成的油膜在一定程度上還有緩沖減振的效果。發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中遭遇故障、機(jī)動(dòng)飛行、重復(fù)的瞬間過(guò)載飛行、不正確使用等情況時(shí)，其內(nèi)部齒輪和軸承將立即進(jìn)入無(wú)潤(rùn)滑的極其惡劣的工作環(huán)境，齒輪和軸承等傳動(dòng)元件摩擦副產(chǎn)生的大量摩擦熱將使傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部零部件溫度隨時(shí)間延長(zhǎng)而急劇上升，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)失效。因此，在研制階段對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行滑油中斷試驗(yàn)，驗(yàn)證其是否具有設(shè)計(jì)要求的干運(yùn)轉(zhuǎn)能力是十分必要的[1]。

發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流、固、熱多相耦合工作，因此部件級(jí)的試驗(yàn)無(wú)法驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)真實(shí)工作條件下滑油中斷的情況，為保證飛行安全，應(yīng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)滑油中斷做地面整機(jī)試驗(yàn)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能進(jìn)行鑒定。本文對(duì)某渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)滑油中斷試驗(yàn)進(jìn)行了研究，在保證試驗(yàn)質(zhì)量和安全的前提下，設(shè)計(jì)出一套滑油中斷試驗(yàn)裝置，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)該裝置進(jìn)行了改進(jìn)，最終順利完成了滑油中斷試驗(yàn)，為該類型試驗(yàn)積累了經(jīng)驗(yàn)。

1? ? 試驗(yàn)要求

國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB 242—87中要求渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)要進(jìn)行滑油中斷試驗(yàn)。根據(jù)這一要求，滑油中斷時(shí)，僅向滑油泵進(jìn)口供氣，發(fā)動(dòng)機(jī)在中間狀態(tài)工作30 s。在滑油中斷期間和隨后恢復(fù)正常潤(rùn)滑的30 min內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)無(wú)損壞地工作。分解檢查發(fā)動(dòng)機(jī)各零部件并重點(diǎn)檢查發(fā)動(dòng)機(jī)各潤(rùn)滑件無(wú)損壞，則認(rèn)為完成了試驗(yàn)[2]。

滑油中斷試驗(yàn)已超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作范圍，有一定風(fēng)險(xiǎn)性，可能干運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)引起磨損、過(guò)熱而導(dǎo)致零部件損壞，首當(dāng)其沖的便是與潤(rùn)滑有關(guān)的零部件，如軸承、齒輪、滑油泵、封嚴(yán)環(huán)等。因此，試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格落實(shí)與試驗(yàn)有關(guān)的監(jiān)控措施。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行最敏感的參數(shù)就是振動(dòng)，試驗(yàn)中應(yīng)密切注意監(jiān)控參數(shù)的變化，確保發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)[3]。

2? ? 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)對(duì)象為某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，其由粒子分離器、組合壓氣機(jī)、燃燒室、燃?xì)鉁u輪、動(dòng)力渦輪及附件傳動(dòng)機(jī)匣組件、自給式滑油系統(tǒng)等組成?；椭袛嘣囼?yàn)在驗(yàn)收合格的整機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行。

2.1? ? 試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)，本身結(jié)構(gòu)集成度高，在滑油箱與滑油泵附件之間沒(méi)有外部管路。為了滿足試驗(yàn)要求，達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康模O(shè)計(jì)一套便于操作、易于控制、反應(yīng)迅速、工作可靠的發(fā)動(dòng)機(jī)外部滑油中斷試驗(yàn)裝置。

圖1給出了原滑油路以及滑油中斷試驗(yàn)裝置的滑油路示意圖。在原滑油路中，滑油從滑油箱的油濾吸入至滑油泵及附件進(jìn)入軸承腔，再回到滑油箱形成滑油路閉環(huán)。在滑油中斷試驗(yàn)裝置中，用轉(zhuǎn)接管替換油濾形成通路，將滑油放油口通過(guò)通/斷油裝置與轉(zhuǎn)接管相連，形成發(fā)動(dòng)機(jī)外部滑油路。這樣，滑油從放油口進(jìn)入通/斷油裝置，通過(guò)轉(zhuǎn)接管吸入至滑油泵及附件進(jìn)入軸承腔，再回到滑油箱形成滑油路閉環(huán)。通過(guò)遠(yuǎn)程控制通/斷油裝置即可控制大氣與滑油的切換，進(jìn)行滑油中斷試驗(yàn)。

2.2? ? 試驗(yàn)內(nèi)容

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)性能錄取試驗(yàn);

（2）滑油中斷試驗(yàn)。

2.3? ? 試驗(yàn)程序

滑油中斷試驗(yàn)開(kāi)始前進(jìn)行一次常規(guī)試車，錄取發(fā)動(dòng)機(jī)性能，并檢查發(fā)動(dòng)機(jī)工作穩(wěn)定性。性能錄取試驗(yàn)結(jié)束后取50 mL滑油做光譜分析，清理磁性屑末檢測(cè)信號(hào)器，更換滑油濾芯。

滑油中斷試驗(yàn)程序如圖2所示，在發(fā)動(dòng)機(jī)到達(dá)規(guī)定狀態(tài)后停留3 min，然后切換通/斷油裝置，中止滑油箱向發(fā)動(dòng)機(jī)供滑油，同時(shí)滑油泵增壓級(jí)進(jìn)口通大氣，在此狀態(tài)保持30 s。在試驗(yàn)過(guò)程中，密切監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)工作情況及各測(cè)量參數(shù)的變化情況并記錄，如有異常立即停車?；椭袛?0 s后，立即恢復(fù)正常供油，在該狀態(tài)停留3 min后，逐步下拉發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行剩余試驗(yàn)直至滑油中斷試驗(yàn)完成。試驗(yàn)結(jié)束后，檢查磁性屑末檢測(cè)信號(hào)器和滑油濾芯，并取50 mL滑油做光譜分析。

3? ? 試驗(yàn)結(jié)果、分析及設(shè)備改進(jìn)

按照上述試驗(yàn)程序進(jìn)行兩次滑油中斷試驗(yàn)。其中第一次試驗(yàn)，通/斷油裝置由兩個(gè)電磁閥組成，試驗(yàn)過(guò)程中因?yàn)橥?斷油裝置無(wú)法恢復(fù)滑油供應(yīng)而終止;對(duì)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)后，第二次成功地完成了滑油中斷試驗(yàn)。

3.1? ? 第一次滑油中斷試驗(yàn)

試驗(yàn)前，按照?qǐng)D1對(duì)滑油中斷裝置進(jìn)行安裝，其中通/斷油裝置如圖3所示。在正常試驗(yàn)時(shí)，滑油進(jìn)口處電磁閥2接通，通大氣側(cè)電磁閥1關(guān)閉，滑油通過(guò)滑油箱放油口至電磁閥2進(jìn)入滑油泵，再進(jìn)入軸承腔等;當(dāng)滑油中斷時(shí)，通大氣側(cè)電磁閥1接通，滑油進(jìn)口處電磁閥2關(guān)閉，僅有空氣進(jìn)入滑油泵，從而形成滑油中斷的效果。

如圖4所示，在第一次滑油中斷試驗(yàn)時(shí)，在中間狀態(tài)中斷滑油，滑油壓力下降為0，30 s后恢復(fù)供油，滑油壓力仍為0，2 min后滑油壓力仍未恢復(fù)，下拉發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)，在下拉過(guò)程中有異響，振動(dòng)報(bào)警達(dá)到60 mm/s，進(jìn)行緊急停車。停車后從滑油箱中只放出1 L滑油，大量滑油泄漏。

經(jīng)檢查，電磁閥關(guān)閉時(shí)，靠閥兩側(cè)壓差對(duì)閥本身進(jìn)行壓緊，從而起到緊閉的作用，滑油大量從電磁閥1泄漏。通/斷油裝置由兩組電磁閥組成的方案存在問(wèn)題，需改進(jìn)。

本次滑油中斷試驗(yàn)最終因設(shè)備問(wèn)題而終止，但是在滑油中斷期間，發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，各主要參數(shù)無(wú)明顯變化，振動(dòng)值整體有所上升，其原因在于，當(dāng)滑油切斷后，擠壓滑油油膜阻尼器減振效果下降，轉(zhuǎn)子及發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)響應(yīng)增大，但未超過(guò)極限值。后續(xù)下拉發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)過(guò)程中的振動(dòng)值超限，原因是滑油大量泄漏，導(dǎo)致與潤(rùn)滑相關(guān)的零部件長(zhǎng)時(shí)間處于無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)，引起了磨損、過(guò)熱等問(wèn)題，加上發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)改變這個(gè)因素，最終導(dǎo)致了振動(dòng)值超限。

3.2? ? 第二次滑油中斷試驗(yàn)

總結(jié)上一次試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，按照?qǐng)D5對(duì)通/斷油裝置進(jìn)行改進(jìn)，將兩組電磁閥改為二位三通電動(dòng)閥。其中，二位三通閥的進(jìn)口A與滑油箱放油口連接;二位三通閥的一個(gè)接口B與轉(zhuǎn)接管相連，A→B為滑油通道，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在供應(yīng)滑油的狀態(tài)下正常工作;二位三通閥的另一個(gè)接口C通大氣，C→B為空氣通道，該通道工作時(shí)，滑油通道關(guān)閉，滿足滑油中斷試驗(yàn)僅有空氣進(jìn)入滑油泵，使發(fā)動(dòng)機(jī)在一定時(shí)間內(nèi)無(wú)滑油供應(yīng)的狀態(tài)下工作的要求。

如圖6所示，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常，滑油中斷過(guò)程中，滑油供油壓力正常變化。中斷開(kāi)始時(shí)，壓力在2 s內(nèi)降低到0;恢復(fù)供油后，2 s左右壓力回到正常值，滑油供油溫度和回油溫度無(wú)明顯變化。在滑油中斷的31 s內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、動(dòng)力渦輪前溫度、燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速等重要性能參數(shù)均未發(fā)生明顯變化，發(fā)動(dòng)機(jī)各振動(dòng)參數(shù)均有所增大，但所有振動(dòng)參數(shù)均在規(guī)定范圍之內(nèi)。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中磁性屑末檢測(cè)信號(hào)器未報(bào)警，滑油濾未發(fā)現(xiàn)堵塞指示或堵塞報(bào)警。

3.3? ? 試驗(yàn)后檢查

對(duì)所取滑油樣品進(jìn)行光譜分析，表1給出了滑油光譜分析結(jié)果，分析表明，滑油中斷試驗(yàn)前后滑油中金屬元素的含量無(wú)明顯變化，說(shuō)明滑油中斷期間各軸承并無(wú)明顯磨損。

發(fā)動(dòng)機(jī)完成滑油中斷試驗(yàn)后分解，以檢查滑油中斷對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的損傷情況。檢查結(jié)果表明，發(fā)動(dòng)機(jī)各部件未發(fā)現(xiàn)異常;對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)軸承進(jìn)行分解、目視檢查顯示正常，返回相應(yīng)承制單位返廠檢查，軸承尺寸精度、旋轉(zhuǎn)精度及游隙等均在正常要求范圍內(nèi)。

綜上所述，試驗(yàn)數(shù)據(jù)滿足合格判定準(zhǔn)則，可以認(rèn)為順利通過(guò)了滑油中斷試驗(yàn)。

4? ? 結(jié)論

本文對(duì)某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了滑油中斷試驗(yàn)研究，在本文試驗(yàn)范圍內(nèi)，可以得到如下結(jié)論：

（1）本次滑油中斷試驗(yàn)的成功表明，該滑油中斷試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)合理可行，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、響應(yīng)迅速、控制精度高，可在今后同類型試驗(yàn)中進(jìn)行廣泛推廣。

（2）在滑油中斷期間，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)值整體會(huì)有所增大，原因在于，滑油中斷會(huì)導(dǎo)致擠壓滑油油膜阻尼器減振效果下降，潤(rùn)滑零部件會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子及發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)響應(yīng)增大，是滑油中斷后發(fā)動(dòng)機(jī)的正?，F(xiàn)象。

（3）某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)在滑油中斷期間和隨后恢復(fù)正常潤(rùn)滑的試驗(yàn)過(guò)程中工作正常，性能均符合要求，順利完成了滑油中斷試驗(yàn)，為該型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)定型提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持與依據(jù)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 曾聞鼎，彭秀云.某渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)滑油中斷試驗(yàn)振動(dòng)故障分析[J].南華動(dòng)力，2016（2）：13-17.

[2] 航空渦輪螺槳和渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)通用規(guī)范：GJB 242—87[S].

[3] 航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)滑油中斷試驗(yàn)方法：HB 20271—2016[S].

收稿日期：2022-03-29

作者簡(jiǎn)介：岳洋（1986—），男，河北邯鄲人，工程師，研究方向：整機(jī)試驗(yàn)。