燃燒室機匣裂紋致滑油消耗空中應對分析

【摘 要】某渦槳發動機因燃燒室機匣焊縫裂紋，導致飛行中滑油大量泄漏并消耗，該類故障是這型發動機較大危險性故障之一，通過統計近10年來該型發動機大量實測數據，梳理分析，發現降低飛行高度和收小發動機油門即降低工作狀態，可以減小滑油泄漏速度，減緩儲備滑油箱滑油消耗，并在連續監控下安全降落。可有效避免因滑油不足采取被迫空中停車。

【關鍵詞】燃燒機匣裂紋 滑油消耗 應對分析

1 前言

某渦槳發動機的滑油系統是一個閉式滑油循環系統[1]，滑油箱儲備的滑油是在系統缺少滑油時進行補充而不參與滑油系統循環。發動機燃燒室機匣焊縫出現裂紋引起的滑油泄漏，會使發動機滑油系統缺油，將無法保障發動機正常運轉，對飛行安全造成影響。發動機燃燒室機匣裂紋在高空滑油泄漏明顯，在低空滑油滲漏較小，有時地面長時間工作，滑油幾乎不消耗。針對燃燒室機匣裂紋，高空與低空內、外部因素對滑油消耗的影響，采取措施減緩滑油消耗，避免空中被迫停車。

2 軸承封嚴及滑油消耗機理分析

2.1 軸承封嚴原理

壓氣機后軸承的封嚴是由壓氣機出口的空氣流過篦齒封嚴裝置實現的。壓氣機出口的高壓空氣經三道篦齒封嚴裝置降壓后，進入中軸承封嚴腔，對壓氣機后支撐球軸承潤滑、冷卻滑油進行封嚴。封嚴氣體通過軸承形成滑油霧，進入渦輪軸腔。

渦輪軸承封嚴裝置由渦輪軸承封嚴圈和篦齒封嚴裝置組成。燃燒室內壁二股氣流經過二道篦齒封嚴裝置到達后軸承封嚴腔，對渦輪軸承潤滑、冷卻滑油進行封嚴。封嚴氣體通過軸承形成滑油霧，進入渦輪軸腔。

渦輪軸腔內設有一根油霧導管，將渦輪軸腔的滑油油霧引入油霧分離器，由油霧分離器將滑油分離出來，回收流回滑油系統再次使用，而空氣被排入大氣。

2.2 裂紋導致滑油消耗機理分析

某渦槳發動機燃燒室機匣出現裂紋，內、外部氣腔將在裂紋處貫通，外部高壓氣體將進入低壓的渦輪軸腔，從而提高了渦輪軸腔的腔壓。當渦輪軸腔壓力升高后，一是增加了軸腔的油霧量[2]，超過了油霧分離能力，導致油霧中的滑油不能回收而消耗掉；二是升高的渦輪軸腔腔壓，使封嚴篦齒壓力失衡，滑油及油霧泄漏至燃氣通道而消耗掉。兩種情況滑油均不能正常回收而消耗掉，最終表現出滑油箱儲備油量大量減少的現象。

根據壓氣機后軸承、渦輪軸承的封嚴原理，重點需要考慮裂紋后受影響的因素有：壓氣機后軸承封嚴腔壓力、渦輪軸承封嚴腔壓力和渦輪軸腔壓力，壓氣機出口高壓氣體壓力、渦輪軸腔環境溫度等。分析滑油消耗量如何受這些因素影響，受哪些條件控制，采取適當的方法以減少其影響程度，從而減緩滑油的消耗，降低滑油消耗量。

3 影響因素分析

研究飛行高度，軸承封嚴腔與渦輪軸腔腔壓之間的關系，收集多臺發動機實際飛行過程中在不同油門、不同飛行高度，測得的中、后軸承封嚴腔壓力和渦輪軸腔壓力等數據，進行分析得到以下結果。

3.1 同狀態降低飛行高度情況

某發動機80度油門空中飛行時，從9千米降至3千米，測得后軸承封嚴腔與渦輪軸腔封嚴壓差升高了80KPa，渦輪軸承封嚴腔與渦輪軸腔封嚴壓差升高了110KPa，同時測得排氣溫度下降了116度，換算渦輪前溫度降了211度。通過分析，當油門角度不變時，從高空向低空下降過程中，封嚴壓差在逐步升高，封嚴效果越來越好；渦輪前溫度降低了，渦輪軸承部位的溫度也就下降了，渦輪軸腔油霧量也就減少了。

3.2 減小狀態壓氣機出口壓力情況

某發動機保持在3500米高度不變，油門從100度收至42度過程中，測得壓氣機出口壓力下降了80.5KPa，通過分析數據，當飛行高度不變時，油門角度減小，即降低發動機工作狀態，壓氣機出口壓力隨著下降，從而減小了渦輪軸腔外部空氣壓力，也就減小了高壓氣體進入渦輪軸腔的空氣量。

3.3 降低高度和發動機狀態情況

某發動機從萬米高空下降至1千米過程中，油門從82度拉回至20度，測得后軸承封嚴腔與渦輪軸腔封嚴壓差升高了53KPa，中軸承封嚴腔與渦輪軸腔封嚴壓差升高了21KPa，同時測得排氣溫度下降了255度，換算渦輪前溫度降了389度。可見，當飛行高度下降，同時減小發動機狀態，封嚴壓差均在逐步升高，封嚴效果越來越好；渦輪前溫度也隨著下降，渦輪軸腔油霧量也就減少了。

4 結語

某渦槳發動機隨飛機從高空降至低空，同時減小發動機狀態，可以提高渦輪軸腔封嚴壓差，降低渦輪軸腔周圍的環境溫度，特別是燃燒室機匣壁溫的下降，滑油工作溫度隨之降低，渦輪軸腔中油霧量減少了。在渦輪軸腔封嚴壓差升高及渦輪軸腔油霧量減小的有利情況下，最終減緩了滑油泄漏，降低了滑油消耗量。

近年來，該型發動機出現由于燃燒室機匣裂紋引起空中滑油消耗增大趨勢時，采取減小發動機狀態，同時降低飛行高度，減緩空中消耗過多的滑油，成功避免了多臺發動機因滑油不足空中關車，維持飛機持續飛行到航線終點，完成飛行任務。

參考文獻：

[1]《XX6系列發動機維修手冊》.南方公司2005年編制.

[2]康寧，曾文彬. 空氣溫度及油溫對油霧發生器霧化特性的影響[J]，潤滑與密封，2009，34（12）：15-17.

作者簡介：王學林（1971— ），男，湖南長沙人，工程師，研究方向：外場技術服務和保障。