中国发动机关键零件获突破 可满足超音速巡航需求

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  谈起航空发动机,给人的第一印象就是发动机外部有数以百计的金属导管以及各种形式的卡箍,导管空间走向非常复杂,让人看得眼花缭乱。金属导管是航空发动机的一个重要组成部分,主要用于液压油、燃油、滑油和压缩空气等介质的输送,管路系统被形容为航空发动机的“血管”,是保证发动机长时间正常可靠工作的重要组成部分。长期以来,航空发动机管路系统因振动造成的故障问题十分突出。由于安装、焊接和相互耦合等原因,特别是由于发动机机匣的强烈振动以及管道内部油气温度、压力等剧烈变化的影响,管路系统经常会发生各种各样的振动故障,从而造成发动机严重事故,此外,管路检修和维护直接影响了发动机的使用寿命。

  

  据国外资料统计,美国GE通用电气公司生产的航空发动机,其中50%的空中停车事故,是必发88由于外部管路、导线、传感器损坏或失效引起的;美国海军每年则需耗费约180万人时用在发动机管路与线缆的排故或修理上,平均每月有两次飞行中就出现管路系统故障。前苏联披露的航空发动机故障统计情况也大致如此,由外部管路导致的燃滑油、液压、气体的故障也占50%以上。我国20世纪80年代某型号飞机在进行地面准备试车时,不到20分钟,发动机突然起火,烧毁了整架飞机。事后补做的试验证明,液压油导管自振频率与燃油泵的压力脉动频率合拍导致发生共振断裂,液压油喷射到发动机热端部件着火而引起该事故。另据有关部门介绍,在我国正在使用的现役飞机(含发动机),导管失效的故障率也占总故障率的52%。

  

  某涡扇发动机在试飞返回时曾发现燃油油管破裂,此外还曾出现过多起管路与卡箍以及管路与管接头的振动故障。由此可见,航空导管的结构完整性是整个飞机发动机结构完整性和可靠性的重要组成部分。为了避免由于航空发动机液压管路系统振动所导致的严重事故发生,改善航空发动机管路系统的振动特性,并提高其可靠性,我国科研人员对此进行了深入的研究,除了在起固定作用的卡箍与各种管路之间加装各种阻尼支承元件,对发动机管路进行支承,使金属管路能够避开共振频率外,还大胆运用了大运动位移柔性管路技术,取得了极为理想的效果。

  

  柔性管路又称为金属波纹软管,由网体部分和两端连接接头焊接而成,其中网体又由金属波纹管、接管、环、钢丝网套焊接而成,相对金属管路而言,柔性管路在额定弯曲半径条件内,可随意弯曲且不会发生永久塑性变形,能够补偿因手工制造安装产生的安装偏移和管线位移、并具有质量轻、体必发官网积小、承压高、耐腐蚀、耐高低温、抗疲劳等优点,可以更好地满足未来超音速巡航飞机对于发动机复杂安装和维护的要求。

  

  更为重要的是,柔性管路较刚性管路可以起到明显的振动隔离作用 ,通过实验对比验证表明,刚性管路对管路的振动速度改变很小,而柔性管路能将管路从最大振动速度86毫米/秒降到25毫米/秒以下,在加装金属橡胶阻尼支承元件以后,最大振动速度还能进一步降低到5至12毫米/秒以下,大幅降低了新型发动机研制期间因发动机震动超标导致的导管故障。大运动位移柔性管路技术的缺点是技术较为复杂,价格较为昂贵,国内很少有厂家能够研制生产,以前在国内的大中型涡喷、涡扇发动机研制中也很少应用。由于大运动位移柔性管路的应用可极大地加快型号研制进程,我国已有7个在研发动机型号应用了此技术,获得了型号研制人员的高度认可,有理由相信,在我国新研制的航空发动机、燃气轮机上广泛应用新材料柔性管路已成为必然趋势。(作者署名:未来巡航者)

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