適用于航空發動機環境適應性設計流程的研究

羅漂洋 王紹華 彭佳

摘 要：針對目前航空發動機在環境適應性設計方面重試驗輕設計的問題，提出了一套適用于航空發動機環境適應性設計的流程，將環境適應性融入設計。

關鍵詞：環境適應性;設計流程

1概述

環境適應性作為航空發動機通用質量特性之一，反應了發動機在壽命期預計可能遇到的各種環境作用下能實現其所有預定功能、性能和（或）不被破壞的能力，直接關系到發動機在作戰環境條件下的生存能力[1]。

隨著我國軍事技術的進步和加強，航空裝備在數量上不斷增加，因此，對裝備的環境適應性要求也更高。因此，提高裝備的環境適應性，是一項艱巨而又迫切的任務，作為航空發動機研制單位，應把其研究放到與可靠性同等重要的地位。

2現狀分析

目前發動機環境適應性的研究只是停留在環境試驗上。在確定試驗條件、試驗項目、試驗等級和試驗程序上沒有系統研究，更沒有將環境適應性研究納入發動機的早期研制階段，而是將重點放在發動機定型階段的鑒定試驗上，所以會引發航空發動機在交付部隊以后，發動機的耐環境能力下降，即便已經定型，在后期交付使用中也會出現一些環境適應性的相關問題。因此，有必要提出一套合理的、系統化的環境適應性設計流程，將環境適應性融入到整個設計過程。

3 影響航空發動機環境適應性的主要因素

航空發動機的環境適應性取決于其選用的材料、元器件耐環境能力和其進行結構設計、工藝設計時采取的耐環境和（或）緩環境措施是否完整和有效，決定發動機環境適應性的主要因素如圖1所示[2]。從圖1中可以看出，影響發動機的環境適應性的因素從初期的材料、元器件的選取，結構的耐環境設計以及制造過程中的工藝選取，貫穿于整個研制過程，因此在研制過程中把這些因素融入到設計中對發動機的環境適應性提高有著重要的作用。

4環境因素對發動機的影響分析

不同環境因素對發動機的影響機理是不一樣的，因此，在進行發動機設計時，需考慮不同環境因素對發動機的影響。

1）高溫環境對所有材料均有不同程度的影響，高溫會導致物體膨脹、材料和機械性能發生變化、潤滑劑黏度變低和潤滑劑流失造成連接處潤滑能力降低等;

2）低溫環境對所有材料均有不同程度的影響，與高溫影響相反，低溫可能導致物質收縮、流動性降低、凝結變硬等;

3）由于一個產品或裝備有多個零部件、各種材料構成，各部分的吸熱、導熱、散熱能力不同，各零部件之間、同一零件的各部分間形成溫差。其熱脹、冷縮的程度不同，形成強大的內應力，從而產生溫度沖擊效應，導致運動部件的卡死或松弛等;

4）振動沖擊會導致發動機設備及其內部的動態位移。這些動態位移和相應的速度、加速度可能引起或促進結構疲勞，結構和零部件的機械磨損等;

5）濕熱、鹽霧、霉菌環境主要引起發動機金屬的氧化、腐蝕等;

因此，在設計初期考慮上述環境因素對提高發動機環境適應性有重大意義。

5 發動機環境適應性設計流程

環境適應性貫穿于整個發動機的壽命周期全過程，綜上考慮，提出了一套適合發動機環境適應性設計的流程，從設計初期，從發動機的技術指標中分解出細化的環境適應性要求及設計準則，將設計要求貫徹到發動機的結零部件設計中，并通過分析評估以及環境試驗的方法確保設計有效，如圖2所示。根據圖2的設計流程開展環境適應性設計，能夠將發動機環境適應性要求在設計初期融入選材、結構設計以及工藝控制程序中，能夠較好的解決發動機研制過程中重試驗輕設計的問題。

6小結

本文提供了一個可供設計參考的發動機環境適應性設計流程，能夠較好的解決目前發動機設計將重點放在定型階段的環境鑒定試驗上而不是將環境適應性設計納入發動機的早期研制階段的問題，流程已在相關型號中應用，具有較好的操作性。

參考文獻：

[1] GJB4239-2001《裝備環境工程通用要求》;

[2] 祝耀昌，常文君，徐明，產品環境工程概論[M]，航空工業出版社，2003.

（中國航發湖南動力機械研究所，湖南 株洲 412002）