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國產(chǎn)發(fā)動機壽命終于達到美方發(fā)動機一半:關(guān)鍵技術(shù)獲重大突破

2018/8/22 13:46:22 次瀏覽 分類:新聞資訊

目前,航空發(fā)動機的發(fā)展方向是大推重比、高可靠性和長壽命,而航空發(fā)動機主軸軸承的性能和使用壽命是決定發(fā)動機可靠性的"關(guān)鍵"因素之一。在我國,渦扇10太行發(fā)動機的研制成功實現(xiàn)了國產(chǎn)發(fā)動機從渦噴到渦扇、從中等推力到大推力的跨越,但在研制太行發(fā)動機的過程中,多次出現(xiàn)由于發(fā)動機主軸軸承可靠性原因?qū)е聠栴}發(fā)生,發(fā)動機研究人員開始意識到“軸承的使用壽命和可靠性”已成為制約我國高性能發(fā)動機研制的“瓶頸”問題 。目前還沒有公開資料披露太行發(fā)動機主軸壽命,但從AL-31再制造的資料可知,國內(nèi)為其生產(chǎn)的軸承給定壽命為僅為500到600小時,即到發(fā)動機首翻期就需更換軸承。而據(jù)國外資料報道,德國FAG、瑞典SKF等先進軸承公司研制的發(fā)動機主軸軸承壽命已經(jīng)達到上萬小時以上,且到壽后可以視情維修,進一步延長壽命。我國軸承與國外先進水平差距十分巨大。
我國發(fā)動機軍用標準規(guī)定,所有的渦扇、渦軸、渦噴發(fā)動機必須通過潤滑油中斷半小時發(fā)動機仍然繼續(xù)正常工作的試驗標準,以適應(yīng)戰(zhàn)時飛機發(fā)動機被擊傷,發(fā)動機潤滑油全部泄漏,飛機仍然返回的需要。這個標準難度要求很高,據(jù)稱,我國研制的某大涵道比渦扇按此標準在進行滑油中斷試驗時,為了通過大推力下30秒無滑油潤滑這個試驗科目,造成此兩臺發(fā)動機損壞,影響和損失巨大。從上述資料可知,軍用航空發(fā)動機主軸承是核心關(guān)重件,長期工作在高速(14500轉(zhuǎn)/分鐘)重載荷(不小于5噸)的惡劣工況,且在結(jié)構(gòu)設(shè)計中多采用噴油潤滑模式,這會導致在戰(zhàn)斗機進行超設(shè)計條件大機動飛行時發(fā)動機滑油潤滑不到位,油膜建立不好等問題,引發(fā)軸承失效的重大事故,這也是AL31發(fā)動機一個老大難問題。
由于AL-31和太行已是定型產(chǎn)品,采用新型的主軸設(shè)計方案代價太大,能否在不改變軸承材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上,通過表面工程技術(shù)提高軸承使用壽命是一個有效的技術(shù)途徑。由于金剛石是所有天然物質(zhì)中硬的材料,并具有低的熱膨脹系數(shù)和非常低的摩擦系數(shù),人們很自然的想到如果將軸承動部件鍍上一層金剛石薄膜,那軸承的壽命和性能就會大大提高,但是目前生產(chǎn)金剛石膜都需要在高溫高壓下進行,而軸承所用的鋼材回火溫度較低,在高溫下鍍膜軸承本體的性能反而大幅降低,得不償失。而中國農(nóng)機院下屬金輪公司的科研人員近研制出了一種能夠在200°C以下對鋼鐵表面進行類金剛石鍍膜的設(shè)備,使軸承的性能大幅提高。
據(jù)公開資料披露,在以渦扇10主軸承做試驗對象時,模擬發(fā)動機連續(xù)50次作戰(zhàn)起飛狀態(tài),每次作戰(zhàn)起飛時間為1小時(其中35分鐘巡航狀態(tài),15分鐘加力狀態(tài),0分鐘慢車狀態(tài)),連續(xù)運行50小時后,鍍類金剛石薄膜的軸承無任何肉眼可見的磨損,而現(xiàn)役的未鍍膜的軸承此前從未完成8個小時的連續(xù)運行。這也意味著我國航空發(fā)動機主軸承的壽命提高了至少6倍,達3000小時,幾乎和太行發(fā)動機同壽,達到美方同類發(fā)動機壽命一半的水平。
在值得關(guān)注的無油潤滑30分鐘運行試驗中,由于太行發(fā)動機設(shè)計定型時已通過此項標準,因此鍍膜軸承和未鍍膜軸承均順利完成,但現(xiàn)役未鍍膜軸承組件做完實驗后破壞嚴重,必須更換,而鍍膜軸承幾乎無損壞,可以繼續(xù)試驗。值得一提的是,該鍍膜軸承的壽命還遠遠不止3000小時,只是因為要用該產(chǎn)品做其他試驗,而未做破壞性壽命長試,但也足以滿足軸承與太行發(fā)動機同壽的要求。
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