渦軸發動機的清洗技術淺析

黃軻

（中國民航飛行學院新津分院，成都 611430）

1 渦軸發動機概述

渦軸發動機（圖1）是航空渦輪軸發動機的簡稱，屬于渦輪噴氣發動機的一種，其特點是輸出軸功率，大多應用于直升機上，其核心機由壓氣機、燃燒室、渦輪（燃氣渦輪和自由渦輪）三部分組成。燃氣混合氣在燃燒室進行充分燃燒帶動渦輪使熱能轉變為機械能，從而驅動壓氣機轉動以及通過傳動部分帶動旋翼轉動。

2 清洗原因與背景

固定翼飛機通常都是飛行于已知的、空域條件良好的航線上，且必須在跑道上進行起落。而直升機大多運行于地形復雜或惡劣氣象條件下的環境，故而出現了直升機的事故率顯著高于固定翼飛機且飛行壽命與固定翼飛機相比明顯較低的情況。而且直升機自身結構較為復雜，承受交變載荷的旋轉部件較多，這一特點也使得直升機的安全裕度更低。

如果直升機的運行長期處于污塵過多的環境下，容易導致壓氣機轉子和靜子葉片上形成附著物，如果葉片表面長期覆蓋附著物，葉片攻角會發生變化，從而使葉片形狀發生改變，葉片開始變得粗糙，阻礙發動機內部氣流的流通，結果便是導致壓氣機的增壓比和效率降低，導致發動機軸功率降低和油耗增大。尤其是在直升機地面起飛時，吸進的灰塵量最大，而隨飛行高度的升高灰塵濃度會逐漸下降，其性能會隨著發動機的累計運行時間增加逐漸惡化。調查數據顯示，發動機的總體性能衰減，主要來源于壓氣機性能的衰退。在高溫、高濕度環境下運行的直升機，很有可能出現壓氣機葉片和渦輪葉片被腐蝕的危險情況，壓氣機葉片變形會導致發動機出現喘振，甚至會出現葉片斷裂的情況，嚴重威脅到飛行器的安全，圖2、圖3為某型渦軸發動機壓氣機葉片斷裂實例。

圖2 某型發動機壓氣機轉子葉片斷裂情況

圖3 某型發動機壓氣機靜子葉片受損情況

如果直升機在鹽霧重或濕度大的環境下運行，潮濕的空氣導致發動機實際引入的干空氣量減少，導致發動機的軸功率減小，潮濕的環境還會導致發動機內金屬部件的腐蝕、橡膠件的老化以及電氣裝置受氧化。此外，發動機葉片上的沉積物還會影響發動機內部構件的平衡系統，引起惡劣的發動機振動，嚴重影響發動機使用壽命。

因此，在直升機的使用維護過程中定期或視情地對發動機進行清洗已經成為一項重要的維護舉措，對發動機尤其是壓氣機（圖4）的清洗能有效去除內部葉片上的沉積物，提高發動機的使用效率，降低部件的腐蝕程度，保證了渦軸發動機的安全可靠性。

圖4 某型渦軸發動機壓氣機

3 清洗的方式和要求

選擇哪種清洗劑是進行發動機清洗工作的關鍵點，清洗劑的成分主要是有機化合物，分為溶劑型、水基型兩類。選擇或研制清洗劑時應根據外界溫度（OAT）的高低、清洗工作目的、發動機內部氣流通道所用的材料類型等來進行綜合考慮。在清洗過程中使用的清洗劑首先要確保能達到清洗目的，還要保證不會對發動機內部氣流通道內的金屬或非金屬材料造成腐蝕。例如，鈦合金材料的機件所使用的清洗劑不能包含三氯乙烷等氯化物。

渦軸發動機的清洗防護，通常是在發動機冷轉狀態下進行的。綜合各方面因素，日常維護時對渦軸發動機的清洗要求如下：

①有效性。不論是發動機的防腐、除鹽，還是恢復性能，成效一定要明顯。②安全性。在實施清洗操作時一定要注意安全可靠，不能因清洗工作而造成對渦軸發動機的損壞或產生維修故障。③經濟性。所需成本低，工作量不能過大，操作簡單。④規范性。必須有一套關于清洗過程的嚴格規范，且在實施中嚴格按照標準執行。

對渦軸發動機的清洗是消除發動機內部沉積物的有效措施，無論是對于恢復發動機的性能，還是發現和預防發動機故障都能起到決定性的作用。發動機內沉積物通常分為灰塵油脂和鹽類沉積物，清洗的方式通常分為冷清洗和熱清洗兩種[2]。

冷清洗是在發動機處于冷轉時，向發動機內噴入按比例調好的清洗劑和蒸餾水混合液，達到除鹽效果，故而冷清洗又叫“除鹽清洗”，因為這項清洗操作是發生在發動機冷轉狀態期間的，故不會造成發動機的熱腐蝕。

熱清洗是在發動機處于慢車狀態時向發動機內噴入清洗劑，從而清除掉葉片上的沉積物，達到降低腐蝕，恢復發動機性能的作用。熱清洗相比冷清洗優點在于發動機轉速高，能夠更加有效地去除沉積物，達到清洗目的；缺點在于其清洗劑多為易燃化合物，若操作不當容易出現超溫，導致發動機燒壞[1]。

以某型采用渦軸發動機為例，該型發動機使用的是單元體設計模式，其清洗環節主要分為：

洗滌過程：將放氣活門置于關閉位，斷開相關的管路，并將斷開的部分用堵頭堵上，拆下燃燒室余油活門作為沖洗液的出口。準備好清洗劑和蒸餾水的混合清洗液，從壓氣機進口噴入，3s后按住啟動電門來帶動壓氣機轉動，確保點火電路斷路器是拔出的（即不點火）。在9~11s內噴入1L事先調配好比例的清洗液，確保N1轉速不高于10%，按需要重復這項清洗循環。

沖洗過程：確保點火電路斷路器是拔出的，將清洗液換成干凈蒸餾水向壓氣機內噴入，在噴入的3s后按住起動電門，大約5~10s內噴入0.5~1 L的蒸餾水，并重復循環。

干燥運轉過程：恢復管路連接和余油活門，取下放氣活門的堵頭將放氣活門置于開位。在慢車轉速下運轉發動機5min來盡可能除掉殘余的水分。

對該型發動機清洗前后的飛行試驗數據進行搜集，參數數據包括N1轉速（燃氣發生器），N2轉速（自由渦輪），壓氣機增壓比和渦輪膨脹比，將這些參數數據代入到已建立好的部件級性能模型方程中進行計算，得出發動機在某穩態工作時的工作參數，由此得出清洗前后發動機的性能比對。

參數變化情況體現該渦軸發動機在有效清洗后的油耗率和渦輪前總溫降低，軸功率及扭矩有所提高。

4 結語

根據分析得出對渦軸發動機進行清洗后，其總體性能得到提高。隨著發動機清洗技術的不斷提高，發動機可從飛行器上拆下直接進行簡單、便捷的清洗維護工作。當前，航空發動機公司在發動機的設計研發之初，就已將發動機的清洗維護工作納入其設計考慮范圍之內，發動機使用單元體的設計構型，有專門設計的清洗接頭，使用指定配比的清洗液對發動機進行清洗維護。不論是發動機的除鹽清洗，還是性能清洗，都在發動機冷轉狀態期間進行操作，使清洗維護工作更加安全可靠，經濟性也更好。目前，渦軸發動機清洗技術已經成為外場直升機維護最為重要的有效措施之一。