某型直升機(jī)發(fā)動機(jī)滑油溫度進(jìn)黃區(qū)的故障分析與改進(jìn)驗(yàn)證

摘要：通過研究某型直升機(jī)發(fā)動機(jī)滑油系統(tǒng)原理，分析了發(fā)動機(jī)滑油的冷卻原理，闡述了發(fā)動機(jī)滑油溫度與恒溫活門工作狀態(tài)之間的關(guān)系。通過分析，找出了發(fā)動機(jī)滑油溫度進(jìn)黃區(qū)的故障原因，并給出了解決方案及驗(yàn)證結(jié)果。

關(guān)鍵詞：滑油系統(tǒng);低溫飛行;改進(jìn)設(shè)計(jì)

0 引言

滑油系統(tǒng)是航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，用于潤滑和冷卻航空發(fā)動機(jī)各承力和傳動部件。當(dāng)發(fā)動機(jī)工作時，要求滑油系統(tǒng)能夠連續(xù)不斷地將足夠的冷卻后的清潔滑油輸送到發(fā)動機(jī)各傳動齒輪的嚙合處進(jìn)行潤滑。某型直升機(jī)發(fā)動機(jī)滑油正常溫度為55～115 ℃，為了方便飛行員區(qū)分，在滑油系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，駕駛室中綜合顯示屏上用色區(qū)顯示的方法既能實(shí)時顯示溫度，又能對相應(yīng)故障現(xiàn)象發(fā)出警告，其中55≤T≤115 ℃顯示為綠色;T<55 ℃顯示為黃色;T>115 ℃顯示為紅色。該直升機(jī)在高寒飛行過程中出現(xiàn)了發(fā)動機(jī)滑油溫度進(jìn)入低溫黃區(qū)的現(xiàn)象，具體試飛數(shù)據(jù)如表1所示。

本文將針對發(fā)動機(jī)滑油溫度進(jìn)入黃區(qū)這一故障原因展開分析，進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)，并對改進(jìn)后的發(fā)動機(jī)滑油系統(tǒng)進(jìn)行裝機(jī)驗(yàn)證工作。

1 原理分析

1.1 ? ?發(fā)動機(jī)滑油系統(tǒng)工作原理

發(fā)動機(jī)滑油系統(tǒng)由滑油泵、恒溫活門、滑油散熱器、滑油冷卻風(fēng)扇、滑油箱組件及油濾組成，其中滑油箱組件上設(shè)置了滑油溫度傳感器和風(fēng)扇控制開關(guān)。發(fā)動機(jī)滑油系統(tǒng)旨在為發(fā)動機(jī)提供滿足使用要求的滑油，以保證其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

為了提高低溫條件下系統(tǒng)的散熱能力，滑油系統(tǒng)中設(shè)置了恒溫活門，通過檢測滑油溫度，判斷滑油是否通過散熱器。

當(dāng)發(fā)動機(jī)滑油溫度低于45 ℃時，活門處于開啟狀態(tài)，滑油不通過散熱器而直接返回到滑油箱中;當(dāng)滑油溫度超過60 ℃時，恒溫活門關(guān)閉，熱滑油流經(jīng)滑油散熱器經(jīng)熱交換后返回滑油箱。發(fā)動機(jī)滑油系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

1.2 ? ?恒溫活門工作原理

恒溫活門內(nèi)部設(shè)置了進(jìn)油通道、出油通道及進(jìn)出油聯(lián)通通道，而感溫元件設(shè)置在進(jìn)出油聯(lián)通通道內(nèi)，以檢測流經(jīng)恒溫活門的滑油溫度，恒溫活門結(jié)構(gòu)如圖2所示。

其工作原理為：（1）當(dāng)滑油溫度低于（45±5）℃時，進(jìn)出油聯(lián)通通道處于打開狀態(tài)，滑油由進(jìn)口1流入進(jìn)油通道，通過聯(lián)通通道由出口2直接流入油箱中，如圖3所示。

（2）當(dāng)滑油溫度高于（60±5）℃時，聯(lián)通通道完全關(guān)閉，滑油由進(jìn)口1流入進(jìn)油通道，流經(jīng)散熱器，再由出口2流入油箱，如圖4所示。

（3）當(dāng)滑油溫度介于（45±5）～（60±5）℃時，聯(lián)通通道處于部分關(guān)閉狀態(tài)，部分滑油通過出口2直接回流至油箱，部分滑油通過出口1，流經(jīng)散熱器后再回油箱，如圖5所示。

2 改進(jìn)分析

2.1 ? ?試飛數(shù)據(jù)分析

由表1數(shù)據(jù)可知，當(dāng)外界環(huán)境溫度低于-10 ℃時，發(fā)動機(jī)出口的滑油溫度基本在60～76 ℃。此時，恒溫活門聯(lián)通通道為關(guān)閉狀態(tài)，即滑油按照圖4所示的路徑，通過散熱器將滑油溫度降低至55 ℃以下。

發(fā)動機(jī)出口溫度在60～76 ℃時，按照圖3的路徑直接回流至油箱即可，因此設(shè)置恒溫活門聯(lián)通通道開始關(guān)閉的溫度點(diǎn)在75 ℃左右，能夠保證發(fā)動機(jī)滑油溫度在55～115 ℃。

2.2 ? ?理論計(jì)算分析

滑油系統(tǒng)散熱器的散熱量與滑油流量、散熱器進(jìn)出口溫差及滑油特性參數(shù)呈正相關(guān)，如下式所示：

Q0=V0×ρ0×Cp0×ΔT0

式中，Cp0為定壓比熱;ρ0為密度;V0為體積流量;ΔT0為滑油進(jìn)出口的溫度差。

經(jīng)計(jì)算，最大散熱量為15 kW、滑油流量為950 L/h，得出滑油散熱器進(jìn)出口溫差為27.5 ℃。因此，要想保證滑油散熱器出口滑油溫度不低于55 ℃，應(yīng)保證散熱器進(jìn)口滑油溫度不低于82.5 ℃。

2.3 ? ?改進(jìn)措施

為滿足發(fā)動機(jī)滑油溫度的使用要求，通過以上原因分析，結(jié)合恒溫活門內(nèi)部感溫元件的特性參數(shù)，對恒溫活門進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，將動作溫度點(diǎn)調(diào)整為：（1）當(dāng)滑油溫度低于（74±3）℃時，聯(lián)通通道處于開啟狀態(tài);（2）當(dāng)滑油溫度升高至（86±3）℃時，聯(lián)通通道完全關(guān)閉;（3）當(dāng)滑油溫度介于（1）、（2）溫度之間時，聯(lián)通通道處于部分關(guān)閉狀態(tài)。

3 實(shí)施效果

將改進(jìn)后的恒溫活門進(jìn)行裝機(jī)，并分別在低溫和高溫條件下進(jìn)行試飛驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果如表2、表3所示。其中：（1）低溫條件下飛行高度從1 000～5 400 m，各高度分別飛行至該高度允許的最大飛行速度，得到發(fā)動機(jī)滑油溫度穩(wěn)定在60 ℃左右。（2）高溫條件下飛行分為大功率懸停冷卻試驗(yàn)和平飛試驗(yàn)，大功率懸停冷卻試驗(yàn)的發(fā)動機(jī)滑油溫度穩(wěn)定在86.73 ℃，穩(wěn)定平飛試驗(yàn)的發(fā)動機(jī)滑油溫度穩(wěn)定在70～80 ℃。

4 結(jié)語

經(jīng)改進(jìn)后的恒溫活門在低溫條件下的試飛數(shù)據(jù)顯示，其可保證在各飛行高度、飛行速度下滑油溫度穩(wěn)定在60 ℃左右;在高溫時，按照適航條款要求，溫度高于37.8 ℃條件下進(jìn)行懸停冷卻試驗(yàn)，同樣能夠滿足發(fā)動機(jī)使用要求。在今后的發(fā)動機(jī)滑油系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，應(yīng)在充分論證系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)進(jìn)行正向設(shè)計(jì)，以便更好地匹配系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)。

收稿日期：2020-01-15

作者簡介：張曉娟（1987—），女，山東聊城人，工程師，研究方向：直升機(jī)發(fā)動機(jī)滑油冷卻系統(tǒng)、主減速器滑油冷卻系統(tǒng)。