艦載發(fā)動機(jī)起飛增推技術(shù)和附件環(huán)境適應(yīng)性研究

馬會寧

（中航工業(yè)西安航空動力控制有限公司，西安710077）

0 引言

隨著性能的不斷提高，航空發(fā)動機(jī)對控制系統(tǒng)的要求也在不斷提高，特別是艦載飛機(jī)要求其發(fā)動機(jī)在爬升、追擊、擺脫敵機(jī)以及突發(fā)的緊急情況下快速且可靠起動、適應(yīng)艦載環(huán)境的特殊要求（防霉菌、防濕熱、防鹽霧”及抗電磁兼容性）等，這也就對發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)提出了更高的要求。因而，對艦載發(fā)動機(jī)附件的起飛增推技術(shù)和附件環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行研究非常必要。

本文以某原型機(jī)為對象，對艦載發(fā)動機(jī)起飛增推、附件的“三防：防霉菌、防濕熱、防鹽霧”及防電磁兼容性進(jìn)行了研究和試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 關(guān)鍵技術(shù)研究

1.1 起飛增推研究

（1）增加特殊功率狀態(tài)要求。當(dāng)艦載發(fā)動機(jī)附件進(jìn)入特殊功率狀態(tài)后，最大機(jī)械液壓限制轉(zhuǎn)速相對最大狀態(tài)提高△n2=0.6%。油門-轉(zhuǎn)速特性如圖1所示。

圖1 油門-轉(zhuǎn)速特性

圖2 n2換算轉(zhuǎn)速-α2控制規(guī)律

（2）改進(jìn)α2控制規(guī)律，如圖2所示。其特點(diǎn)是：在≤298K以下時(shí)，對應(yīng)一定的 α2；在≥313 K以上時(shí)，對應(yīng)增大的 α2。＝298～313 K，α2在 n2r=60%以上、同一n2r條件下隨溫度升高而均勻增大。

（3）改進(jìn)自動加速供油控制規(guī)律，如圖3所示。

（4）增加特殊功率狀態(tài)功能，相應(yīng)增大加力供油量。

（5）改變噴口控制規(guī)律，如圖4、5所示。

（6）改變πT調(diào)節(jié)規(guī)律，如圖6所示。

圖3 n2換算轉(zhuǎn)速-油氣比控制規(guī)律

圖4 噴口隨油門桿變化的控制規(guī)律

圖5 噴口隨溫度變化的控制規(guī)律

圖6 πT調(diào)節(jié)規(guī)律

1.2 環(huán)境適應(yīng)性研究

為了掌握原型發(fā)動機(jī)附件滿足艦載發(fā)動機(jī)特殊環(huán)境（防霉菌、防濕熱、防鹽霧及電磁兼容性）要求的程度，對原型發(fā)動機(jī)附件暴露于大氣中的零組件的材料和表面處理進(jìn)行了復(fù)查、統(tǒng)計(jì)及分析，并進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。

1.2.1 防霉菌、防濕熱、防鹽霧研究

原型發(fā)動機(jī)附件現(xiàn)用的材料為鈦合金、銅合金、鋁合金、結(jié)構(gòu)鋼和不銹鋼等。

（1）鈦合金

選用的鈦合金有2種：TC4、TC6，主要用于加工螺套、堵蓋、調(diào)整釘座等零件。鈦合金是最理想的耐蝕材料，但為了防止接觸腐蝕，對鈦合金零件進(jìn)行陽極化防腐處理，處理方法見表1。

表1 鈦合金零件陽極化防腐處理

（2）銅合金

選用的銅合金有2種：QBe2、QAL10-4-4，主要用于加工螺套、襯套類零件。銅合金的耐腐蝕性能優(yōu)良，對水、海水、多種鹽溶液、有機(jī)物（包括有機(jī)酸）均有良好的耐腐蝕性能。對銅合金零件不做表面處理。

（3）鋁合金

選用的鋁合金有6種 ：ZL101、ZL105、2A11、2A12、2A50、2A70，主要用于加工殼體、帽蓋、調(diào)整釘座等。由于種類較多，其防蝕性也有差異。鋁合金零件表面經(jīng)鉻酸陽極化處理后可以提高耐腐蝕性，處理方法見表2。

表2 鋁合金零件的防腐處理

（4）結(jié)構(gòu)鋼

選用的結(jié)構(gòu)鋼有6種，45/A、12Cr2Ni4A、18Cr2Ni4 WA、30CrMnSiA、38CrA、65Mn，主要用于加工墊圈、螺釘、花鍵軸等。其一般耐蝕性比較差，在空氣、水和各種潮濕環(huán)境下會發(fā)生腐蝕，必須對結(jié)構(gòu)鋼零件表面做防腐蝕處理，處理方法見表3。

（5）不銹鋼

選用的不銹鋼有6種，即1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9、2Cr18Ni9、ZG1Cr18Ni9Ti、2Cr13、ZGCr18Ni9Nb，主要用于加工油門軸、定位銷釘、管接頭、調(diào)整釘、刻度盤調(diào)整釘座、端齒墊圈、彈簧座、螺樁、支架操作桿等。根據(jù)鉻含量和鎳含量的不同，不銹鋼可分為奧氏體、鐵素體、馬氏體和雙相不銹鋼。最適于海洋環(huán)境的是奧氏體不銹鋼，又被稱為海洋級不銹鋼。不銹鋼零件的防腐處理方法見表4。

表3 結(jié)構(gòu)鋼零件的防腐處理

表4 不銹鋼零件的防腐處理

用馬氏體不銹鋼1Cr11Ni2W2MoV加工的連接銷，屬于重要承重件，對材料的強(qiáng)度要求極高。為做到既防腐又耐磨，在該零件表面增加TiALN涂覆處理。

此外，殼體是接觸大氣面積最多的附件，其防腐非常關(guān)鍵。殼體材料主要有ZL101和ZL105，其中ZL101的耐蝕性較好，但ZL105由于含銅，耐蝕性稍差。通常采用微弧氧化；鉻酸陽極化+涂漆方法提高鋁殼體耐蝕性。

微弧氧化的處理方法比較簡單，但可以有效提高殼體的防腐能力。不過，微弧氧化后硬度較高，對于需補(bǔ)充加工的復(fù)雜殼體，增加了其加工難度；如需保護(hù)加工部位，對于復(fù)雜殼體，工裝的制造難度也很大。

表5 現(xiàn)行防腐處理方法

參照研制經(jīng)驗(yàn)，對鋁合金殼體材料進(jìn)行鉻酸陽極化處理后，再使用專用耐腐蝕保護(hù)漆進(jìn)行涂覆（見表5），以提高附件的耐腐蝕能力。該方法在外部形狀簡單、型面較少的殼體上操作比較簡單。

1.2.2 電磁兼容性研究

艦載發(fā)動機(jī)附件為機(jī)械-液壓產(chǎn)品，但其上有消喘、轉(zhuǎn)速重調(diào)、起動、減速、小加力、特殊狀態(tài)等電磁閥和溫包故障、壓力信號器12個(gè)電子元件。為了滿足海洋環(huán)境，要求電子產(chǎn)品按GJB 151A-1997要求和GJB 152A-1997測量方法執(zhí)行。試驗(yàn)量值按GJB 151A-1997有關(guān)條款中海軍飛機(jī)要求，試驗(yàn)項(xiàng)目為CE102、CE107、RE102。

對暴露在空氣中的所有2次配套件均重新研制，增加“三防”要求和電器產(chǎn)品的電磁兼容要求。為滿足“三防”和電磁兼容要求，附件中的接插件、電磁閥和信號器的接插件按美軍標(biāo)（MIL-DTL-38999K系列Ⅳ）電連接器標(biāo)準(zhǔn)選型篩選。

2 結(jié)束語

通過建模和工程化設(shè)計(jì)，某型艦載發(fā)動機(jī)附件首批產(chǎn)品已通過發(fā)動機(jī)匹配試驗(yàn)和高空臺試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明：采取的措施，滿足了主機(jī)的防霉菌、防濕熱、防鹽霧、防電磁兼容性要求,基本達(dá)到了主機(jī)的起飛增推、改善加速性的要求。

[1]李金桂.腐蝕控制設(shè)計(jì)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[2]中國航空材料手冊編輯委員會.中國航空材料手冊 [M].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2001.