航空发动机机械系统技术分析

航空发动机机械系统技术分析

发表时间：2019-12-06T14:30:13.877Z 来源：《基层建设》2019年第25期作者：李鹏飞

[导读] 摘要：国内外出现的机械系统问题主要是设计、制造、装配、使用和实验方面。

中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司技术中心设计室辽宁沈阳 110043

摘要：国内外出现的机械系统问题主要是设计、制造、装配、使用和实验方面。国内机械系统问题的主要原因是接触后磨损易发、零部件数量多结构复杂；制造和设计水平低、进行试验的方法落后等；国内的技术环境给予的重视程度和投资力度都不高等因素的共同影响。所以要机械系统运行顺畅，必须对管理、加工、试验等相关工作人员进行专业能力的培养。

关键词：航空发动机；机械系统；分析

引言

航空发动机机械系统技术专业性强，而且具有较强的复杂性，在运行过程中容易出现多种故障，因此需要对其进行专业性分析和探究。本文主要介绍了航空发动机机械系统技术主要的四个部分，分别是传动技术、润滑技术、密封技术和主轴轴承技术，分析了以上四个部分技术的发展现状及其未来发展趋势。

1机械传动系统技术分析

传动系统是航空发动机机械系统技术的一个关键组成部分，也是一个研究重点。当前航空发动机机械系统技术的一个发展趋势就是要确保传动系统满足高速和重载工作条件，不仅如此，还需要能够实现减少传动系统整体体积和质量的效果，这种设计有助于提高航空发动机整体使用寿命和稳定性，还可以降低成本，提高经济效益。

国外专家对航空发动机传动系统的研究比较深入，已经建立了比较完整的计算分析系统，还可以对相关设备的强度和性能进行检测，并将具体部件的受力变形情况纳入整体考虑范围，还可以实现对传统系统动态和静态运行的有效分析，从而准确模拟机械系统的工作情况。近年来，随着齿轮动态技术的进一步发展，带动了传动系统相应技术的研究，具体包括其噪音、振动以及声震粗糙度等，能够准确评估分析齿轮因为形态误差导致的噪音等问题；还可以针对齿轮构件的使用特点进行分析，在此基础上得出齿轮的S-N曲线，准确预测具体齿轮的寿命，这有助于提高齿轮的整体应用效果。针对喷油润滑，相关研究人员通过进行磨损实验，分析不同喷油状态下齿轮在运行过程中温度变化情况以及磨损情况，并得到最佳的喷油方案，提高齿轮使用寿命。以上这些实验研究得到大量数据，为后续传动系统设计运行提供了大量依据，一方面能够提高其整体使用效果，另一方面还可以达到良好经济性。

我国航空发动机传动系统技术的不足之处在于齿轮咬合仿真、传动机匣与相应附件的一体化设计等方面，此外，传动系统的整体动态设计以及新型传动技术的应用也存在一定局限性，难以满足实际需要。由于航空发动机整体结构比较复杂，存在众多附件，而且其转速存在差异，导致针对航空发动机的传动系统设计也比较困难，受到多个因素影响。

2机械润滑系统技术分析

随着航空发动机设计技术的发展进步，润滑系统越来越精细化。关于润滑系统的设计有“二向流动、复杂换热、弹流润滑等比较困难复杂”的知识。对此，全世界国家自20世纪到21世纪欧美、德国、法国、比利时、意大利、英国等欧洲国家联合开展为了商用以及军用航空发动机传动润滑系统的研究，改进创新了润滑系统中的材料和技术，获得了巨大的技术进步。主要包括“航空发动机抽成腔内的流动与换热、润滑系统着火与防火、金属海绵高校离心通风其等技术”，而且已经在一些商用发电机中进行了使用。未来航空发动机的负荷会不断提高，如果发动机的燃油温度不能有效使用润滑系统进行散热，将对发动机造成严重损坏。对此必须设计出优良合理的散热技术，才能确保不会产生更多搅拌热而造成发动机损坏。

3机械密封技术分析

航空发动机对密封技术要求较高，这也促使西方航空大国投入大量人力和财力进行研究，主要研究内容是关于航空发动机的综合高性能涡轮发动机技术，并在这个项目中集中攻关相关的密封技术。密封技术可以分为多种，具体包括刷密封、气膜密封、反转气膜密封、石墨机械密封、篦齿密封等，在研究这些技术的基础上，进一步将其进行实践探究和实验，测试其实用效果。当前，针对不同用途的航空发动机，相应的密封技术均能满足其实际需要，不管是民用发动机，还是军用发动机，均能得到良好应用效果。下一代航空发动机对密封技术提出了更高要求，尤其是在相关参数方面面临更加恶劣的环境，这包括高温、高速等，并要求航空发动机能够实现较低磨损或者无磨损、低发热、更长使用寿命的实践效果。基于此，密封技术需要进一步发展改进，需要从具体结构设计、材料选择等方面进行针对性提升，从而有效提高其密封的整体性能效果，达到更高的使用温度、更快的密封速度，以及更高的密封压差，更长的使用寿命等。

西方发达国家对航空发动机密封技术的研究主要在相关的企业或者对应院校中开展，并将研究成果集中到对应的研制部门进行总结。近年来，在航空发动机的密封技术方面，应用较为广泛的是刷式密封技术，这种密封技术能有效提高航空发动机的整体运行效率，并达到良好的稳定性安全性效果。国内针对刷式密封技术的研究也得到开展，并针对刷丝材料、跑道涂层、具体过盈量、单级承受压差等进行了深入研究分析，还针对密封后发热的排放、刷丝的大小等进行研究，对刷丝表面的处理技术进行研究。这些研究能够促使刷式密封技术得到有效应用，并帮助航空发动机提高整体性能，还可以有效降低油耗率。

4机械主轴轴承技术分析

主抽承与发动机的统一设计能够实现抽承的基本功能并减轻发动机的重量。开发发动机轴承的相关流程是：先建立航空发动机的数据库，进行合理的技术融合，且在安装轴承中各部门做好交流工作，为发动机和轴承设计的更加合理做好准备。在轴承的基础开发上，对轴承的意外损伤进行了再现，根据表面残缺应力与寿命的关系对润滑油的污染等性能进行了试验，分析出轴承的极限寿命，并得出轴承新寿命以及润滑油和有污染度的寿命。对于轴承的失效分析需要建立失效数据库，将失效的轴承拍照、编写故障特征和原因，工作人员可以根据库中的信息对比分析失效的轴承。

详细、严谨、科学的计算分析，对轴承的静态、准动态、动态的分析计算形成分析模式。在常规计算中对轴承供油喷嘴的压力、最佳供油、表面应力等进行较准确地分析评估。其计算工具经多年完善和试验数据修正变得更为精确。通过多年的试验数据统计和积累，数据库数据齐全，使轴承的设计更能满足实际需求。通过计算分析并与数据库的数据进行对比即可估算轴承的初始寿命，并能选取正确的材料、加工参数，使轴承的实际寿命通常高于设计寿命。

当前航空发动机为了满足实际应用需要在机械技术方面进行了大量改进和优化，具体包括传动技术、润滑技术、密封技术、主轴轴承