航空發動機機械系統技術的分析

萬新民　張棟　張祥

摘 要：在本文中主要從傳動系統技術、潤滑系統技術、密封技術以及主軸承系統技術對我國航空發動機機械系統技術進行了簡要分析，以期促進我國航空事業的更長遠的發展。

關鍵詞：航空發動機 機械系統 潤滑系統 密封技術

航空發動機機械系統中包含的結構比較復雜，而且出現故障的幾率也比較大，這與我國航空發動機機械系統技術水平不高有很大關系。這就需要技術人員進行大量的研究以及借鑒國外先進的技術與經驗，推動我國航空事業的發展。尤其是發動機是飛機中重要的一部分，其安全性能、穩定以及機械系統技術水平都至關重要，因此加強對相關技術的研究起著重要的現實意義。

一、傳動系統技術

一直以來，傳動系統技術都是國外航空發動機技術研究中的重要部分，并且在發動機系統中也起到提供動力的重要作用。從目前發展情況來看，航空發動機傳動系統主要是在滿足高速、重載工作的基礎上，盡可能減少傳動系統的體積、質量和可靠性，延長系統的使用壽命，而且減少成本投入，保證傳動系統的綜合性能。

由于發達國家航空技術發展起步較早，無論是技術還是系統研究方面都相對成熟和先進，并且建立了科學完備的計算分析系統、強度和性能實驗技術，并將發動機各個部件的受力、變形或者與對發動機相關聯的部件產生的影響考慮到強度計算中，對于發動機的靜態和動態分析上也相對完善[1]。通過科學的計算，甚至可以將發動機工作的情況真實模擬出來，以便進行更深入的研究。同時齒輪動態技術的發展，經過大量基礎試驗獲取的數據，建立了豐富的數據庫，不僅可以保證傳動系統的基本使用要求，而且也保證了經濟性。與其他國家的技術相比，我國的航天發動機傳動系統技術水平整體偏低，甚至存在很大的差距，而這一差距可以表現在齒輪嚙合仿真、傳動機匣與附件一體化設計、優化設計以及整體動態設計等方面[2]。因為我國航空發動機傳動系統附件數量多、轉速存在差異以及外廓尺寸較大等，影響傳動系統設計，這也是我國航空發動機傳動鏈長、軸數量多以及機匣殼的體積、質量都很大的重要原因。

二、潤滑系統技術

航空發動機潤滑系統設計中對于技術要求很高，而且會涉及到一些有難度的學科，比如潤滑、二向流動以及復雜換熱等，這就增加了設計的難度。在21世紀，國外一些國家花費了近八年的時間專門用于研究商用及軍用航空發動機傳動潤滑系統，在材料和技術上都進行了改進和完善，最終取得了可喜的技術成果。比如航空發動機的潤滑系統著火和著火、新型潤滑泵以及潤滑系統的設計等等[3]。隨著這些新的技術成果被研發出來，逐漸應用到各國的商用發動機中試用。

針對潤滑系統技術的研究，為了滿足我國未來商用航空發動機以及軍用戰斗機發動機的潤滑系統設計要求，我國技術人員也在進行大量的技術研究，主要的研究方向為：首先，超高溫潤滑油。在研究過程中技術人員會分析在使用超高溫潤滑油情況下對發動機的狀態進行分析，再分析其對發動機的軸承腔隔熱和空氣系統的影響。與此同時，也會研究對適滑油箱以及散熱器等技術，目的在于通過研究希望達到在減輕發動機重量的基礎上，進一步提升發動機的性能；其次，實現潤滑油系統熱計算的更精準化。在研究過程中需要借助先進的計算機技術，并進行大量實驗操作獲取軸承腔內、外的熱傳遞性能，這樣就可以使技術人員掌握發動機中各個附件的載荷譜與溫度之間的對應關系；最后，構建科學合理的潤滑系統的檢測體系。在科學的潤滑系統的檢測體系指導下，可以及時了解系統中可能或者已經存在的安全隱患，并有針對性的制定處理方案，減少安全事故。除了上述技術研究以外，我國航空發動機機械系統方面還需要加強對新型檢測傳感器的進一步研究，從而為發動機PHM系統提供更加優質科學的服務。

三、密封技術

密封技術在航空發動機系統中占據著舉足輕重的作用，而且無論是軍用航空還是民用航空都需要注意這一問題。目前，我國的密封技術水平只能達到軍用和民用航空發動機的基本要求目標。但是隨著我國航空事業的不斷推進，新一代航空發發動機密封技術顯然不足以應對航空事業發展的實際需求，面對新技術的挑戰，我國航空領域必須加強重視對發動機密封技術的潤滑發動機系統空氣系統等的研究，實現不同密封件配對的最佳狀態。

在研究發動機性能過程中，會涉及到接觸式氣路密封技術，在提高發動機效率和性能方面發揮了積極作用，目前很多專業公司的技術完全可以達到生產要求，而且規模也呈現出逐漸擴大的趨勢。但是，面對新時期的發展，下一代航空發動機氣路密封技術的研究過程中也遇到了更多難題，比如結構設計、材料選擇與使用等，這些都需要技術人員通過大量的計算和分析才能確定。在計算這些參數過程中技術人員也需要考慮到更高的使用溫度、延長使用壽命、增加密封壓差以及更嚴格的磨損情況等等，所以在技術水平方面有了很大提升。

四、主軸承系統技術

軸承在航空發動機中主要是為了提高正常運轉所需的動力。從國外航空發動機的主軸承設計設計來看，除了有專業的軸承系統耦合分析軟件以外，還通過大量實驗研究獲取了豐富的數據資源，為三維數字方針設計的發展提供了重要的數據支撐。同時，在主軸承設計制造方面，國外的研究還采用了二次碎硬技術，有效解決了制造軸承過程中產生的剩余應力問題，而且提高了軸承表層的硬度性能，即使在應力要求更高的情況下也可以滿足實際要求。

現階段，我國軸承技術方面的應用也只是出于剛起步階段，還有很長遠的路要走。面對軸承行業快速發展的趨勢，軸承研發部門和發動機設計部門已經實現了合作，并且在滿足實際需求的同時也針對軸承技術方面提出了更加嚴格科學的標準，然后通過實驗研究收集大量基礎數據并建立軸承應用數據庫系統，促進我國軸承行業向新的高度發展。此外，軸承研發部門以及發動機設計部門還加強對專業技術的研究，比如主軸承的設計工作環境，保證在運轉過程中發動機其他構件不會對軸承造成嚴重損壞。

結 語

綜上，當前我國航空發動機相關技術水平還遠遠落后于發達國家，為了迎合我國航空事業發展的趨勢，加大對發動機系統技術的研究就顯得極其重要。同時，在科技快速發展的背景下，是發展機遇更是挑戰，所以我國航空技術人員應該提高思想認知，加強在基礎方面的設計研究，并借鑒和引進國外發達國家的技術與經驗，研發出合適我國航空發展的技術。

參考文獻

[1] 陳聰慧，葛泉江，李季，信琦，毛宏圖.航空發動機機械系統技術研究[J].航空發動機，2015，41（05）：86-91.

[2] 王貴春.航空發動機機械系統技術的分析[J].現代制造技術與裝備，2018（01）：41-42.

[3] 高奇.航空發動機機械系統技術的分析[J].中國戰略新興產業，2017（20）：132+134.