某航空發(fā)動機補氧系統(tǒng)存在積液問題的研究

王茹雪 韓冰 李偉 郭桃都

摘? 要：某航空發(fā)動機送達外場后，使用前發(fā)現(xiàn)氧氣單向閥堵頭內(nèi)含有大量液體。為查找問題產(chǎn)生的原因，對發(fā)動機補氧系統(tǒng)各部件進行了分解、檢查，復(fù)查相關(guān)的分解、裝配、試車等環(huán)節(jié)，并對類似交付狀態(tài)的發(fā)動機進行相關(guān)的分解、復(fù)查，同時從發(fā)動機自身結(jié)構(gòu)、補氧系統(tǒng)工作原理進行了系統(tǒng)的分析。最終確認了補氧系統(tǒng)存在少量積液是冷凝水，不影響發(fā)動機的飛行安全，可正常使用。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機;補氧系統(tǒng);冷凝水

中圖分類號： V232? ? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A

某型號航空發(fā)動機送達外場后，外場發(fā)現(xiàn)氧氣單向閥堵頭內(nèi)有大量液體殘留。對該問題展開理論探究與實驗分析，探究積液的成分、產(chǎn)生原因以及積液形成、存在是否對發(fā)動機試飛存在影響。

1 航空發(fā)動機補氧系統(tǒng)作用

航空發(fā)動機在常溫常壓下點火起動均無問題。但當(dāng)飛機處于巡航狀態(tài)的高度甚至更高的高度時，所處外界環(huán)境的空氣溫度和壓力很低，導(dǎo)致燃油霧化差，同時又因高空氧氣稀薄，導(dǎo)致發(fā)動機難以自主完成高空再點火工作。此時需要補氧系統(tǒng)提供額外的氧氣，幫助航空發(fā)動機在高空完成高空再點火工作。

該型號發(fā)動機的補氧系統(tǒng)為一個獨立的系統(tǒng)，由管路，氧氣單向閥和一個氧氣單向閥堵頭組成。該航空發(fā)動機積水的氧氣單向閥堵頭即屬于補氧系統(tǒng)。

2 補氧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及裝配過程復(fù)查分析

將該航空發(fā)動機補氧系統(tǒng)進行全面分解，搜集積液送理化所分析，經(jīng)過對搜集積液的pH、氣味和液面是否有漂浮物等方面進行判別，搜集液體成分為水（H2O）;對補氧系統(tǒng)所有零組件進行外觀檢查及磁力探傷檢查，無問題。

對補氧系統(tǒng)零組件的檢查說明，零組件無導(dǎo)致氧氣單向閥堵頭積水的損壞，因此，對補氧系統(tǒng)各零組件的生產(chǎn)裝配過程進行復(fù)查。

氧氣單向閥在單件入廠驗收時，需進行密封性檢查，試驗介質(zhì)是水或煤油。但裝配前，無用水或煤氣對氧氣單向閥進行密封性的檢查要求，而需對氧氣單向閥進行目視檢查，檢查氧氣單向閥是否有損傷及多余物，并對氧氣單向閥表面進行汽油擦洗，故發(fā)動機裝配前，氧氣單向閥存在積水的可能性較小。

發(fā)動機每次裝配前均需對補氧系統(tǒng)管路進行沖洗，首先，用航空汽油清洗管路外表面;其次，在不大于一定壓力下清洗管路內(nèi)腔;再次，用酒精清洗管路內(nèi)腔;最后，用潔凈的氮氣吹干管路內(nèi)腔，因此，裝配前存留積水的可能性較小。

接頭與氧氣單向閥堵頭在裝配前均需進行目視檢查，檢查氧氣單向閥堵頭是否有損傷及多余物，裝配前存在積水的可能性較小，基于此，初步判定該臺航空發(fā)動機的氧氣單向閥的積水并不是因為裝配過程不符合要求導(dǎo)致的，即我們認為，人為操作失誤導(dǎo)致氧氣單向閥堵頭的積水形成的可能性較小。

3 合格發(fā)動機復(fù)查情況分析

為明確積水原因，拆分同時期裝配的多臺發(fā)動機檢查補氧系統(tǒng)是否存在積水。拆分了約20臺份發(fā)動機的補氧系統(tǒng)后，檢查發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)過試車的發(fā)動機氧氣單向閥堵頭與管路內(nèi)均無積水;但大部分已試車的發(fā)動機的氧氣單向閥堵頭內(nèi)含有少量的不等量的積水;部分試車后發(fā)動機的補養(yǎng)系統(tǒng)的管路內(nèi)亦留存有少量的不等量的積水。初步判斷補氧系統(tǒng)內(nèi)的積液情況為成批性問題，鞏固之前的結(jié)論，航空發(fā)動機的積水并非由于裝配過程不符合要求導(dǎo)致的，很大可能為裝配工藝或設(shè)計結(jié)構(gòu)導(dǎo)致批量的發(fā)動機補氧系統(tǒng)管路內(nèi)存在積水。

對10臺份的補氧系統(tǒng)重新進行廠內(nèi)密封實驗，對管路、氧氣單向閥堵頭、接頭的密封實驗顯示均無液體滲漏現(xiàn)象。對氧氣單向閥進行密封實驗時，發(fā)現(xiàn)：將氧氣單向閥正反兩個方向通空氣，接頭涂肥皂液，檢查氮氣單向閥的密封性時，部分氧氣單向閥的反向密封性不好。對氧氣單向閥與導(dǎo)管組件組合進行液體滲漏試驗，將管路及氧氣單向閥組裝后管路內(nèi)灌油，氧氣單向閥倒置，檢查密封性，部分氧氣單向閥堵頭存在輕微的液體滲漏現(xiàn)象。

復(fù)查相應(yīng)技術(shù)文件要求，文件規(guī)定：發(fā)動機工作中在不補氧狀態(tài)下管路中基本沒有氣流流動;用空氣檢查閥門的氣密性，允許接頭有輕微泄漏量。將檢查結(jié)果與設(shè)計文件相比對，我們認為，航空發(fā)動機的氧氣單向閥存在反向的輕微密封性不好的狀態(tài)，該輕微密封性不好符合技術(shù)文件要求，但該輕微密封性不好可能導(dǎo)致發(fā)動機補氧系統(tǒng)內(nèi)積水。

4 積液產(chǎn)生的理論性分析

通過對發(fā)動機結(jié)構(gòu)、裝配時的季節(jié)溫度、空氣濕度以及裝配后的試車過程的分析，最終確定積水原因如下：

（1） 發(fā)動機在地面工作時，內(nèi)涵道中可以達到相當(dāng)高的壓力、溫度，在該壓力、溫度下，水均以水蒸氣的形態(tài)存在于內(nèi)涵道中。補氧管路與內(nèi)涵道是相通的，即管路內(nèi)氣壓相同，但管路布置在外涵外側(cè)（補氧管路為U型結(jié)構(gòu)，下方的管路溫度要明顯偏低，僅略高于大氣溫度，這時管路內(nèi)的空氣密度相對降低。空氣中的飽和濕度隨溫度的降低而降低，原管路內(nèi)高壓空氣中水蒸氣存在飽和后凝結(jié)的情況，所以管路內(nèi)有少量的凝結(jié)水應(yīng)是正常現(xiàn)象。

（2）? 最近為夏季，氣候多雨，發(fā)動機在試車時，外部空氣濕度較大，有時空氣的相對濕度甚至超過80%。氧氣單向閥進口端存在符合要求的輕微密封性不好的狀態(tài)，導(dǎo)致氧氣單向閥進口端與大氣相通，于是內(nèi)涵道的氣體可逆流到補氧系統(tǒng)中，同時氧氣單向閥的輕微密封性不好會使管路內(nèi)空氣有微量流動，再加上多次試車作用，最終導(dǎo)致凝結(jié)水主要集中在氧氣單向閥堵頭處。

5 積液影響分析

經(jīng)對補氧系統(tǒng)材料、結(jié)構(gòu)，發(fā)動機試飛流程，補氧系統(tǒng)工作環(huán)境等內(nèi)容討論分析后，得到以下幾點結(jié)論：

氧氣單向閥內(nèi)部材料均具有一定的防腐性能，積水不會腐蝕氧氣單向閥內(nèi)部材料（技術(shù)條件中允許采用水進行強度打壓試驗）。

地面起動時補氧系統(tǒng)不工作;試飛時，飛機的發(fā)動機機艙相對封閉，發(fā)動機工作后機艙內(nèi)溫度會隨之升高，據(jù)測量，溫度大約為幾十?dāng)z氏度，最大可超過100℃。補氧系統(tǒng)在高空中才會使用，這時的機艙溫度可視為補氧系統(tǒng)的環(huán)境溫度，因此氧氣單向閥內(nèi)水分基本已蒸發(fā)完畢，在高空低溫環(huán)境下，已蒸發(fā)的水分會凝華均部在補氧系統(tǒng)管路中，不會對發(fā)動機工作產(chǎn)生影響。

在裝機狀態(tài)下，由于飛行架次停車后，發(fā)動機機艙溫度相對較高，基本不會存在冷凝水累積問題，所以出現(xiàn)的積水水量不會大，至多為毫升量級，另外由于氧氣單向閥在發(fā)動機下方，積水部位明確，執(zhí)行功能單一，因此不會對發(fā)動機的其他部件及功能造成影響。

在臺架裝配狀態(tài)下，氧氣單向閥進口端連接的是工藝堵頭，在裝機狀態(tài)下進口端連接的是氧氣管路，密封性提高。

根據(jù)上述分析，認為補氧系統(tǒng)內(nèi)存在凝結(jié)水是正常現(xiàn)象，不同臺份發(fā)動機由于使用環(huán)境和條件的差異，凝水量會有所不同，但對發(fā)動機使用不會造成影響。

結(jié)語

通過對外場發(fā)現(xiàn)氧氣單向閥堵頭內(nèi)含有較大量積液的問題的探究分析，判定該型號發(fā)動機補氧系統(tǒng)內(nèi)的少量積水為冷凝水，不影響發(fā)動機的飛行安全，可正常使用。

參考文獻

[1]王柏森，張弛，林宇震，等.多級旋流預(yù)燃區(qū)補氧對常壓點火特性的影響 [J].航空動力學(xué)報，2014（5）：1086-1090.