航空滑油泵防火試驗方法研究

武程

摘 ?要：文章主要介紹了航空發動機防火試驗的背景、試驗要求，通過對試驗要求進行分析，并結合已經開展過的防火試驗經驗及了解的信息，總結出三種不同的防火試驗方法。通過對不同防火試驗方法的試驗原理、試驗器結構和試驗操作要求等進行分析比較，得出三種試驗方法的優缺點，并進一步明確了航空發動機滑油泵開展防火試驗的方法選擇準則和注意事項。

關鍵詞：航空發動機;滑油泵;試驗;防火

中圖分類號：V233 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）31-0128-02

Abstract： This paper mainly introduces the background and test requirements of the aeroengine fire test. By analyzing the test requirements and combining the experience and knowledge of the fire tests that have been carried out， three different fire test methods are summarized. By analyzing and comparing the test principles， tester structure and test operation requirements of different fire test methods， the advantages and disadvantages of the three test methods are obtained， and the method selection criteria and precautions for the fire test of the aeroengine oil pump are further clarified.

Keywords： aero engine; oil pump; test; fire protection

1 概述

航空發動機零部件開展防火試驗的主要目的是避免在發動機出現意外起火的條件下，在最初的5min內，保證存儲及輸送燃油的部件及管路能夠保持基本的功能，保證著火情況不會進一步擴展和蔓延;導線及其電子元器件具備特定的功能，如將故障報告給塔臺、火情傳遞給機艙，第一時間能夠切斷電源和油路等。在后續的10分鐘內，由于火勢的蔓延，不至于將存儲及輸送滑油的油箱、管路、附件等燒穿，固定承力支架變形斷裂等問題，使得火勢進一步蔓延擴大等，給飛機駕駛員故障處置或逃生的時間。開展航空發動機零部件的防火試驗是對材料和零部件功能特性的有效驗證，對于提高航空發動機的安全性、可靠性，保證飛機的飛行安全有巨大的意義。

滑油泵作為航空發動機潤滑系統的一個重要附件，是輸送滑油的裝置，直升機主減滑油泵的功能與之類似，按照適航和相關研制標準的要求，需要開展防火設計和試驗驗證工作。

2 防火要求

航空發動機哪些部位或部件需要開展防火試驗，如何開展，在發動機相關的標準規范中均有規定，具體內容如下：（1）GJB241A-2010《航空渦輪噴氣和渦輪風扇發動機通用規范》中第4.4.1.2.5節、第4.4.2.2.5.5節。（2）GJB242A-2018《航空渦輪螺槳和渦輪軸發動機通用規范》中第3.13.2節、第4.4.1.2.5節、第4.4.2.2.5.5節。（3）HB 6167.14-2014《民用飛機機載設備環境條件和試驗方法——第14部分：防火、可燃性試驗》中第4節。以上標準均提到了航空發動機輸送可燃液體的導管、接頭和附件要開展防火試驗。通過對標準要求的分析和解讀，上述標準簡單規定了試驗的參數和時間，試驗應在設備處于工作狀態下進行，但是對于每種附件如何選擇試驗部位、如何設置試驗參數沒有明確的規定，還需要各個附件承研單位根據各自產品的結構和工作特點進行明確。

3 試驗方法介紹

航空發動機滑油泵是滑油系統附件，屬于A類設備，應采用防火試驗程序。根據標準規定的相關條件及查詢相關資料，滑油泵開展防火試驗的方法有以下三種：

3.1 第一種試驗方法

滑油泵內部的轉子、定子和泵軸等零件不裝配，僅裝配外露部分的殼體，使用外部油泵從油箱抽取滑油提供給滑油泵，并將滑油抽回油箱，在這個工作條件下進行防火試驗。開展防火試驗時，使用一個體外供油泵從油箱抽取經過加溫且滿足試驗溫度的滑油供給滑油泵，使用一個抽油泵將滑油抽回油箱。

3.2 第二種試驗方法

將滑油泵的各進出油口與油箱連接，使用電極驅動滑油泵運轉，在這個工作條件下進行防火試驗。開展防火試驗時，通過電機（或電機和變速齒輪箱的組合）作為驅動裝置驅動滑油泵，由一個或多個油箱為滑油泵供油，油箱中有加熱裝置保證滑油溫度，并通過進油管路和回油管路與滑油泵相連，實現滑油泵運轉條件下的滑油循環。

3.3 第三種試驗方法

在第二種試驗方法的基礎上，在滑油泵回油級進口和油箱之間增加油氣混合裝置，通過變量油泵給油氣混合裝置供油，滑油泵從油氣混合裝置中抽取油氣混合物。開展防火試驗時，電機（或電機和變速齒輪箱的組合）驅動滑油泵運轉，滑油泵的供油級從油箱中抽取滑油后返回油箱，通過安裝在供油級出口管路上的壓力調節閥門調節供油級出口壓力;變量油泵從油箱抽取滑油提供給油氣混合裝置，并通過變量油泵自身的調節功能和流量調節閥門共同調節提供給油氣混合裝置的滑油量;滑油泵的回油級從油氣混合裝置中抽取油氣混合物后將油氣混合物返回油箱。

對于具有多個回油級的滑油泵，可增加油氣混合裝置的數量及相關管路來實現，其試驗原理與上述一致。

4 試驗方法比較

通過對試驗要求、試驗原理和試驗方法的分析比較，每種試驗方法都有各自的優缺點，下面就每種試驗方法的優缺點進行分析。

4.1 第一種試驗方法

優點：（1）試驗器結構簡單，管路少。（2）試驗過程操作簡單，試驗過程中只需要調節滑油泵進回油管路上的兩個油泵的流量即可實現試驗目標。

缺點：（1）此種試驗方法雖然模擬了滑油泵工作狀態下滑油的流量，但與滑油泵的實際工作條件相差較大。滑油泵實際工作條件下是從多個進油口進油，從不同的回油口回油，內部通過級間殼體或殼體分開，進出口的壓力也不一樣。而此種試驗方法由于滑油泵內部的零件沒有裝配，滑油泵相當于一段管路或油箱，試驗時滑油泵內部壓力相同，與實際工作不同。

（2）防火試驗薄弱點的選擇受限制。

由于與滑油泵實際工作狀態不一致，在選擇滑油泵防火試驗薄弱點的時候需要避開一些沒有滑油流過的部位，否則會出現由于熱量無法帶走導致燒毀的問題，而這個問題可能在滑油泵實際工作中不會出現。

4.2 第二種試驗方法

優點：（1）滑油泵處于運轉狀態，能夠按照滑油泵工作轉速進行調整。（2）滑油泵結構完整，試驗件結構狀態與實際工作狀態一致。（3）滑油泵處于工作狀態，能夠根據實際需求調整滑油泵進出口的壓力。

缺點：（1）試驗系統相對復雜。要根據滑油泵的進出口數量設置相應的管路、壓力、流量和溫度傳感器。如果滑油泵包含供油泵和回油泵，供回油溫度不一致，還要設置供油油箱和回油油箱，用于調節保證供油泵和回油泵的滑油溫度。（2）試驗過程需要監控和調節的參數較多，試驗操作的難度與第一種方法相比更加復雜和困難。防火試驗過程中除了要監控火焰的熱流量外，還要監控滑油泵的轉速和進出口處的滑油溫度、壓力及流量參數，特別是試驗轉入后10min的時候，需要同步調節滑油泵的轉速和出口壓力，否則就會出現轉速降低快，壓力調節慢導致壓力低于規定壓力而欠考核的情況，或者轉速調節慢，壓力調節快導致壓力過高，試驗失敗的風險。（3）滑油泵工作狀態與在發動機上的實際工作狀態有差別。此種試驗方法，即滑油泵供回油級均從油箱抽取滑油，而滑油泵在發動機上的實際工作狀態是回油級從發動機各軸承腔、發附機匣、飛附機匣等部位抽取的是油氣混合物。

4.3第三種試驗方法

優點：滑油泵試驗工況更加符合滑油泵在發動機上的實際工況。此種試驗方法在滑油泵回油級進口管路上設置一個油氣混合裝置，模擬發動機各軸承腔、發附機匣和飛附機匣的工況，與發動機實際工況基本一致，防火試驗結果更能真實反應滑油泵真實的防火能力。

缺點：（1）試驗器結構復雜。三種試驗方法中這種試驗器的系統最復雜，在每個滑油泵的回油級入口管路上均需配置油氣混合裝置，為了保證回油級的入口溫度，還需要在油氣混合裝置與滑油泵回油級連接的管路上配置加熱裝置。（2）試驗過程需要監控和調節的參數多，試驗操作的難度最高。防火試驗過程中需要監控的參數包括燃燒器熱流量，滑油泵轉速，進出口流量、壓力、溫度，油氣混合裝置進油量等參數。試驗時，需要同時調節滑油泵的轉速和供回油級出口處的壓力，還需保證油氣混合裝置中噴油嘴流量與滑油泵轉速的匹配性，由于回油級進口的油氣混合物溫度是動態加熱，在調節噴嘴流量的同時還要調節油氣混合裝置與滑油泵回油級連接的管路上加熱裝置的功率，保證回油級進口溫度在規定的范圍內。如果不能保證上述調節參數的匹配性，試驗就有可能出現過考核或欠考核的情況。

在三種試驗方法中此種試驗方法需要監控的參數最多，需要同時調節的參數也最多，對試驗人員的操作能力要求也最高。

5 試驗方法選擇

上述對三種不同的航空滑油泵防火試驗方法進行了介紹，并對三種試驗方法的優缺點進行了分析，選擇何種試驗方法進行試驗，則需要根據試驗的目的和試驗能力進行選擇。如果開展防火試驗的目的僅僅是為了驗證選擇的材料或者材料表面涂層的防火能力，可以選擇第一種試驗方法開展試驗，對于試驗器能力需求比較低，比較容易實現試驗功能。如果驗證或考核滑油泵的防火能力，需要模擬滑油泵在發動機的實際工作狀態，可以選擇第三種試驗方法開展試驗。但是，目前國內具備開展防火試驗能力的單位多數只是有燃燒器和試驗艙，不具備滑油泵運轉試驗的條件，如果實現滑油泵運轉的功能需要對試驗器進行改造，改造的成本和難度也依次增加。而具備滑油泵運轉試驗條件的試驗單位也不具備開展油氣混合狀態下的滑油泵防火試驗能力。因此，考慮到試驗成本及對試驗器改造的難度，目前已經開展或完成的滑油泵防火試驗均是按第二種方法開展的試驗。

6 結束語

由于國內對于航空發動機滑油泵的防火試驗研究還處于起步階段，相關標準僅僅提出了產品防火的通用需求，對于滑油泵如何開展防火試驗并沒有詳細的試驗方法。國內各發動機研究所和滑油泵的研制單位對于滑油泵如何開展防火試驗均沒有明確的統一的試驗要求。目前，了解到的國內通過了防火試驗的滑油泵，采取的是本文介紹的第二種試驗方法。

本文通過對航空發動機滑油泵的防火要求的整理分析，結合了解到的滑油泵防火試驗方法和已經開展的滑油泵防火試驗情況，分析總結出三種不同的試驗方法，并進一步對試驗方法的試驗原理和優缺點進行分析，得出航空發動機滑油泵防火試驗方法選擇的準則，給后續的滑油泵產品開展防火試驗提供參考。

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