淺談提高飛機發動機耐久性和可靠性的途徑

祁琳斐,鄧 力

（北京航空航天大學,北京 100191）

0 引言

航空工業從一戰時期興起發展至今，其技術水平已成為了衡量國家競爭力、發展能力的重要標準之一。坦白地講，我國的航空工業起步較晚，與美、英等西方國家存在著數十年的“先天差距”，這是不爭的事實。但即便是這樣，我國作為從無到有、平地起家的后起之秀，已成功躋身世界航空大國之列。據此，我們有必要對飛機發動機這一航空工業的重要組成部分進行分析研究。

1 影響飛機發動機耐久性和可靠性的主要因素

第一，設計因素。發動機質量對飛機工作運行的穩定性起決定作用，其設計上對于復雜性和精密性的要求不言而喻。一旦設計人員對發動機內部結構、運行熱力參數的設計失當，將引發等風轉速度過低、耐高溫能力差等一系列的故障缺陷問題。所以，每臺飛機發動機產出和應用之前，都會經歷多次的試驗和改進設計，以保證其穩定性和耐久性達標。

第二，工藝因素。加工是將發動機設計由圖紙變成實物的過程，在此過程中制造人員若是出現疏忽，將會造成發動機表面過于粗糙、發動機應力分配不均、尺寸存在差距等加工問題，導致最終產出物與設計圖的參數要求不符。由于發動機的設計圖是經過嚴密計算得出的，所以不合規的制作成品無法實現良好的耐久性和可靠性。例如，發動機內部零件的前后緣距離與設計標準不相符，將會造成發動機葉片疲勞甚至斷裂，進而減損或終結發動機的使用壽命[1]。

第三，材料因素。拿橡膠密封件來說：由于發動機是一種高強度的熱力機械械設備，其實際運行中必然會產生大量的熱能。此時，如果密封件的橡膠質量不佳，就會受熱發生膨脹、松動或融化，使發動機出現漏油、漏氣、漏水的“三漏”問題，影響到發動機的耐久性和可靠性。

第四，附件質量因素。在發動機附件當中，軸承是最為重要的一種。如果軸承內部轉子的尺寸與結構條件存在出入，就會增高軸承轉動的摩擦系數，導致發動機出現卡頓，繼而影響到發動機點火、調節等多個系統，為發動機故障埋下隱患。

2 提高飛機發動機耐久性和可靠性的策略途徑

2.1 提高飛機發動機設計的完善程度

首先，發動機結構設計的精確協調決定了其成品的耐久性和可靠性。飛機發動機由進氣道、壓力機、燃燒室、渦輪、尾噴管五個部分組成，設計者應根據發動機具體的使用條件，將這五個部分進行合理設置，在保證其協調實現最佳運行效果的同時，盡量減小發動機整體的重量和尺寸。因為一旦發動機過大，將會產生較高的能耗，給發動機內部硬件元素造成一定的負擔，影響到發動機的耐久性。

其次，合理的荷載和應力分配，是發動機設計的又一重要環節。飛機發動機在運行過程中會釋放出非常大的動能、熱能，如果設計者沒有對其負荷應力進行分化設計，將會導致發動機局部溫度過高，影響到發動機的耐久性和可靠性。此外，設計者還需考慮到發動機在出現葉片脫離、轉子卡頓、燃燒室熄火等特殊工作情況時，其內部負荷壓力的應急分化對策，以保證發動機在出現故障時也能實現較高水平的運轉工作。

2.2 加強部件檢驗和整機檢驗的力度

第一，部件檢驗是發動機實現穩定運行的基礎。在發動機投入使用之間，相關工作人員必須根據中國人民解放軍總裝備部批準發布的《航空渦輪噴氣和渦輪風扇發動機通用規范（2010）》對發動機輪盤、風扇等零部件進行檢驗，檢驗內容主要包括循環疲勞度、強度、工作極限等。在發動機零部件檢驗合格后，才能進行后期的整機檢驗和飛行試驗，以避免較大經濟損失和安全問題的出現。

第二，整機檢驗是發動機實現設計精準的要求。整機檢驗也可稱做“調試”，即通過實踐對發動機設計方案、零部件質量進行綜合驗證和調整。首先，整機檢驗能有效地判斷出發動機原設計參數的規范性和假設正確性，并對其中存在的不足進行修改；其次，整機檢驗可以真實地呈現出發動機當前存在的問題和薄弱區域，為設計者指明發動機耐久性和可靠性的完善方向；最后，整機檢驗可以進一步確定出發動機的承載極限和壽命范圍，能為日后發動機檢修、發動機更換等工作提供出較為可靠的信息保障。

2.3 保證發動機各環節部件的高質量

飛機發動機的工作運行具有溫度高、壓力高、轉速高的“三高”環境特點，其對內部各部件的質量消耗也相對較高。所以，在發動機制造和加工的過程當中，工作人員應嚴格按照行業標準進行操作，并對生產中因鑄造疏忽、高溫燒傷、折疊損壞的殘次部件統一進行剔除或再加工處理，以保證生產出來的零部件具有高水平的耐久性和可靠性[2]。

同時，為了保證零部件在安裝時與整體結構具有高度的契合性，防止零部件在實際工作中因震動、壓力等因素而出現松動甚至脫落，工作人員還需對零部件幾何形狀進行零點幾毫米級別的細致查看，并對形狀存在偏差問題的零部件進行切削拋光，以保證最終集成組裝出發動機的精度和穩定性均高于質量標準水平。

3 總結

綜上所述，提高發動機的耐久性和可靠性，對于我國航空工業的發展具有重要作用。由本文分析可知，通過分析設計、部件質量、制作工藝等環節對發動機性能的影響，對發動機的應力分配和結構合理性進行優化設計，并對其工作效果進行綜合檢驗，能有效保證飛機發動機質量符合實際工作需求，提高發動機的負荷能力，延長發動機的使用壽命，進而有效實現發動機在耐久性、可靠性上的優化提升。

[1]曹銘棟.民用飛機發動機優化設計與排放分析方法研究[D].西北工業大學,2016.

[2]鄭旭東,張連祥.提高飛機發動機耐久性和可靠性的途徑[J].飛機 設計,2013,33(02):49-52+75.