航空發動機機械系統技術的探討

吳彥霖

摘要：航空發動機機械系統主要包括四個部分，分別是傳動技術、潤滑技術、密封技術、主軸軸承技術。航空發動機機械系統的復雜性技術在應用過程中容易出現各種故障，這是因為航空發動機內部結構非常復雜，而且在運轉過程中涉及到多個學科的相關知識，目前國內對這些具體應用技術的研究相對薄弱。研究發現，航空發動機運行過程中容易出現的問題主要集中在設計、制造、裝配以及驗證等環節，這也是后續研究應用過程中需要特別注意的地方。通過對我國現役發動機運行過程中出現的故障進行綜合性分析，發現其中發生頻率最高的就是機械系統方面的故障。導致這一情況的因素較多，主要有基礎技術相對薄弱、設計水平低、制造水平難以達到相應水平、試驗方法落后等，此外，國內對相關技術的研發程度也不夠，相應的投資力度較低，沒有做好相應的基礎工作也是一個關鍵因素。

關鍵詞：機械系統;傳動;潤滑;密封;軸承;航空發動機

1航空運輸

航空運輸作為當前人們出行選擇的最主要的方式，因其自身的優勢受到眾多青睞。航空運輸很少會受到自然條件的限制，在運輸速度上更是所有交通運輸中最快的，并且其收費的標準是根據運輸的距離決定的，因此經濟價值也相對較高。航空發動機的機械系統主要由傳動、潤滑、密封和軸承四部分構成，整個運輸系統較為復雜。國內在這一方面的研究相對薄弱，因此在機械設備的安裝、使用及維修方面出現的問題比較得多。為了進一步的解決這一問題，我們將對這四個系統進行一一的分析。

2航空發動機機械系統技術的探討

2.1傳動系統技術

傳動系統一直以來都是航空發動機機械系統研究的重點內容之一，就目前的情況來看，較為先進的航空發動機傳動系統是在高速運轉、重載工作、縮小體積質量、降低成本以及提高使用壽命為主要發展趨勢的。歐美等國對航空發動機的傳動系統有著深入的研究，并建立了比較完善的計算分析系統，該計算分析系統的出現可以實現對傳動系統強度和性能的檢測，從而將各個部件的受力情況等信息自動傳遞于該系統中，實現對傳動系統的靜態和動態分析，以此有效的模擬傳動系統的實際工作情況。現階段，國內已經建立了較為完整的航空發動機機械計算機分析系統，通過將傳動系統的受力、變形以及對相關聯部件產生的影響利用計算機技術，可以比較準確的模擬真實機械系統的運行情況。同時，國內也對傳動系統的噪聲、振動以及聲振粗糙度加大研究力度，有效解決了因機械系統設計誤差帶來的噪聲問題。

2.2潤滑系統技術

目前潤滑系統的設計有二向流動、復雜換熱、彈流潤滑等難點，自20世紀以來歐美等國聯合開展了商用、軍用航空發動機潤滑系統的研究，改進創新了潤滑系統的材料和技術。主要有航空發動機抽成腔內的流動與換熱、潤滑系統的著火與防火、電驅動潤滑泵的應用等，使潤滑系統性能得到了顯著提升。

而我國在當前階段中，對潤滑系統技術的研究還不是很多，但也取得了一定的成果。通過新設計提升通風器和滑油泵的工作效率，減小燃油附件體積，通過減少飛附機匣的傳動齒輪數量而減少機匣外廓尺寸，來達到潤滑系統的輕量化。

2.3密封系統技術

密封技術主要使用在商用、軍用航空發動機上，在二十世紀七八十年代的美國研發了多項密封技術，如刷密封、反轉氣膜密封、石墨機械密封、氣密封等。航空技術飛速發展，新一代的航空發動機面臨新的技術挑戰。需要將密封技術和潤滑技術結合起來，使用不同的密封件使配對最優化。對于高難度的項目研究，一般是航空領域的專家與其他領域的專家從航空領域開始，有成果后再移植到其他領域的同時也會借鑒其他領域的技術。汽車行業的傳動與密封性技術就是通過此方法研制的。在航空發動機的發展過程中，發現使用接觸式氣路密封技術讓發動機的效率得到了提升，同時發現使用廣推式密封亦可以提高發動機性能。在研究密封技術的過程中，結合密封和潤滑以及發動機空氣系統，讓密封設計更為合理，效果更好。

2.4主軸軸承

在軸承設計分析技術方面，歐美等國擁有成熟的軸承系統耦合分析軟件，和大量的使用經驗數據支撐，能夠進行三維數字仿真分析與設計;大量采用了與支撐結構一體化結構的專用軸承，使軸承設計與發動機結構設計融為一體，在保持軸承基本功能的同時，還能減輕發動機質量、改善轉子振動特性;通過詳細、嚴謹、科學的計算分析，對軸承的靜態、準動態、動態的分析計算形成分析模式。在常規計算中對軸承供油噴嘴的壓力、最佳供油、表面應力等進行較準確地分析評估。其計算工具經多年完善和試驗數據修正變得更為精確。通過多年的試驗數據統計和積累，不斷豐富和完善數據庫，使軸承的設計更能滿足實際需求。通過計算分析并與數據庫的數據進行對比即可估算軸承的初始壽命，并能選取正確的材料、加工參數，使軸承的實際壽命通常高于設計壽命。

結語

當前航空發動機為了滿足實際應用，需要在機械技術方面進行了大量改進和優化，通過對航空發動機傳動、潤滑、密封、主軸軸承各方面的針對性優化和完善，能夠有效提高發動機整體運行效率，實現更高的穩定性，并能夠有效降低使用過程中的油耗，達到良好的實踐應用效果。

航空發動機的機械系統包含了諸多子系統，涉及的范圍也比較的復雜。在當前的技術發展之下，面臨的既是機遇又是挑戰，我們要從實際出發用數據說話，將航空事業的發展提高到一個新的階段。綜上所述，航空發動機機械系統的設計要更加的注重基礎方面的設計，同時積極地向其他行業學習，將適合航空發展的技術不斷的應用起來，實現航空事業更好的發展。

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