航空發動機裝配工藝及檢測方法

丁靜

摘 要：與常規產品制作工藝相比，航空發動機裝配工藝涉及的內容多、范圍廣，包含著大量的信息系統，必須要在科學、嚴格的管理流程下才能夠完成，近年來，計算機輔助工藝設計系統已經在航空發動機裝配領域中得到了廣泛的使用，也基本實現設計自動化與數字化，航空發動機裝配工藝要求較高，需要經歷一系列的環節，由于航空發動機裝配工藝復雜，那么針對航空發動機的檢測要求也就越高，本文主要分析航空發動機裝配工藝及檢測方法。

關鍵詞：航空發動機 裝配工藝 檢測方法

1、引言

不同的發動機構型狀態、設計或維護等技術要求（如測量、試驗、檢驗、運輸和存儲），決定了不同裝配工藝方案、技術應用和工裝、設備配置。總體上，航空發動機普遍采用單元體設計，也具有相同的維護需求，因而在裝配工藝上具有一定共性和聯系。裝配作為航空發動機制造過程中的一個重要環節，在零組件結構設計和加工制造水平既定的條件下，裝配過程將直接影響發動機的最終性能品質，其重要性是不言而喻的。裝配過程由單元體組裝、各部件組裝、總裝，以及與此工藝過程對應的各種檢測方法尤為重要。

2、航空發動機裝配工藝

2.1 單元體裝配

首先，進行各維修單元體自身的裝配一一將零件、組件裝配成維修單元體；然后，把維修單元體進行組裝，形成主單元體，在這一過程中包括部分成附件、管路和零件的裝配；最后，將三大主單元體和剩余附件、零件裝配成整機。此方案裝配效率高，各單元體的裝配分解可以并行進行。任務模塊清晰明確，既有利于車間工藝布局設計，也方便裝配工作計劃的制定和人員調配。

2.2 航空發動機部件組裝

發動機部件組裝是指維修單元體和主單元體的裝配、分解，并包括各類檢驗和試驗。部裝的特點是工作量大，發動機裝配過程中的絕大多數故檢、清洗、維修、平衡、測量和試驗工作都在部裝階段完成。針對渦輪風扇發動機，部裝工作關鍵技術包括：轉子組合件的同心度控制技術、單元體內部的轉靜子間隙和同軸度測量技術、精密流量和密封檢測技術、渦輪導向器喉道而積測量技術、多軸加載狀態下的齒輪側隙及貼合度測量和調整方法、用于狹小空間使用的幾何可調精密工裝（機器手）設計制造技術等。

2.3 航空發動機總裝

發動機總裝是指將各個主單元進行安裝，形成主機后，再進行剩余外部結構（如附件、管路，安裝系統等）安裝，最終形成整機的過程。在安裝過程中，也伴隨一定量的檢驗、測量和試驗工作。相對部件裝配，技術含量更高。發動機總裝工作包含兩部分：主機裝配和外部裝配。相對主機裝配，外部裝配的工作量大，技術成熟度較高。而主機裝配，即主單元體之間的精確安裝是總裝工藝核心技術內容，也是當前發動機裝配的主要工藝難點和薄弱點。當前主要是手工借助吊車完成主單元體的調姿和定位，很容易造成磕碰和卡滯，效率低，工人操作經驗是影響裝配質量的關鍵因素。而未來高性能發動機具有更為精準的聯接配合（間隙、過盈）要求，使當前的裝配技術方法而臨更大挑戰。

航空發動機不管采用哪種裝配工藝，但技術原理都是一致的，隨著飛機大部件的數字化自動對接系統越來越成熟，將計算機技術應用在航空發動機裝配工藝執行系統中可以有效提升整個系統的穩定性與一致性，發動機總裝工藝技術裝配的機器在穩定性、連續性都比較好，將是航空發動機裝配工藝的主旋律。

3、航空發動機的檢測方法

隨著現代計算機、精密儀器等技術的日益發展，國外發動機行業率先將其引入到裝配中，結合航空發動機某些關鍵特征參數的測量需求，設計應用了先進的裝配工藝檢測技術。先進裝配工藝檢測技術具有以下幾個特點：①在裝配過程中的檢測，受限于結構狀態，是一種在線的現場實時檢測；②區別于傳統尺表，利用相對法測量、非接觸測量等先進儀器和方法，使工藝檢測更具科學性、合理性；③采用先進的計算機數據采集和測量過程控制技術，利用傳感器等手段，進行參數測量、數據采集處理和結果打印、輸出記錄存檔等；④精度和效率都有較高要求。主要介紹以下先進發動機裝配工藝檢測技術的方法。

3.1 轉、靜子同心度裝配檢測方法

對于航空發動機而言，葉尖間隙（尤其是高壓渦輪葉尖間隙）對發動機的性能與安全性有著十分重要的影響。減小葉尖間隙能大大降低燃油消耗率，延長空中飛行時間，同時能夠擴大任務飛行半徑。不過，如果間隙過小，可能導致轉一靜件之間的碰磨，乃至發生嚴重故障，危及飛行安全。因此，高壓渦輪葉尖間隙成為航空發動機裝配中重點關注的特征參數。傳統上，只能采用部件裝配后塞尺或塞規測量間隙，或通過測量各自的直徑值進行計算，測量精度和準確性非常差。隨著航空發動機轉子葉尖高速磨床和立式靜子機匣專用車床的應用，對于相配的高壓渦輪轉子和高壓渦輪靜子機匣外環都具有較高的形狀精度。同時開發了一種轉靜子同心度裝配工藝檢測技術，在發動機傳動裝配完成后，評估靜態條件下的轉子和靜子相對位置，從而達到了對高壓渦輪葉尖間隙的準確測量和控制調整。

3.2 差分式排氣面積檢測方法

燃氣流經導向器的收斂形通道中最小排氣面積，稱之為導向器喉道面積。渦輪導向器喉道面積的大小直接影響發動機的性能，實踐證明，渦輪導向器喉道面積的變化，對渦輪級前后溫度、氣流流場，推力、轉數、轉差率、耗油率等都有直接的影響，對于發動機的穩定工作，壓氣機同渦輪的匹配等影響也是很大的。

目前，渦輪導向器喉道面積的測量方法有多種，在國內研制及生產上基本采用直接測量法。直接測量法是根據冷態當量排氣面積計算公式，對一個窗口的幾個截面和高度逐項測量，最后再計算，其測量設備有兩種，一種是測具，具有工作量大、效率低（測量一級導向器需要至少4h以上）、重復定位測量精度不高、工裝配備較多（需要4套寬度測具和1套高度測具及各自的對零校準臺）等缺點；另一種是三坐標測量機，根據測量文件要求，編制測量程序，并利用專用夾具實現快速批量測量，但還只是用于新葉片的檢測。針對整機裝配過程中的導向器排氣面積測量需求，國外Starrett公司開發了一種利用相對法測量的流體差分式排氣面積檢測技術，實現了排氣面積特征參數在裝配工藝過程中的高精度、高效率的實時在線測量。

3.3智能檢測技術方法

智能檢測技術方法不同于信號處理技術，它是一種人工智能化優點的檢測手段，是基于領域專業知識來建立的數學模型進行檢測的方式，主要體現在模糊理論智能分析、神經網絡檢測和檢測分析，該方法充分體現人工智能的運用。

結語

未來發動機技術的發展要求發動機具有更高的渦輪進口溫度、效率和可靠性，以及更低的排放和噪聲，這些都對發動機檢測技術提出了新的挑戰。隨著航空發動機研制水平的深入，需要開展的檢測種類和數量越來越多；需要測量的參數類型越來越多，測量范圍越來越寬，測量準確度要求越來越高。現有測試儀器的能力與不斷增長的航空發動機試驗測試需求之間的矛盾日益明顯，國家應有計劃地開展航空發動機研制部件和整機檢測所需的測試儀器的研究與開發工作，包括特種測量儀器、傳感器、測試系統等，以便及時滿足航空發動機研制需要。另外，研究新的檢測方法，對提升發動機使用效率具有重要作用。

參考文獻

[1]石宏.航空發動機裝配工藝技術[M].北京航空航天大學出版社.endprint