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行业新闻

20161120--航空发动机造好了,还要经过这些步骤才能放心使用!

 

 

航空发动机,是一种高度复杂和精密的热力机械,为航空器提供飞行所需动力的发动机。发动机是飞机的心脏,为航空器提供飞行所需动力,其研究和发展工作的特点是技术难度大、耗资多、周期长,且发动机主要零部件的工作环境十分恶劣,常常处于高温,高压和高速转动的工作状态,倘若其中有一个零件出现问题都有可能导致发动机停车或破坏,那么我们就需要在航空发动机正式投入使用前对其进行性能、功能、强度以及可靠性的测试。



                                               
航空发动机

 


俄罗斯的AL-31FN发动机

 

发动机的试车指的就是测试发动机运行状态。慢车,即发动机稳定工作的最小功率测试,几乎不产生推力,即不能转速过低而熄火,也不能转速过高而推动飞机滑行。大车,则为最大功率测试,主要通过排气温度,确认转速是否能达到额定最大功率。在研的发动机需要经过长时间的试车,以便调整其性能,考验可靠性,耐久性以及适用性。其中,性能试验主要是检验发动机的空气流量、推力、燃油消耗率和稳定性程度,并检验部件的性能特性。适用性试验则主要用于测定航空发动机对油门和进气口气流流场条件变化的响应。耐久性试验包括低周疲劳寿命、应力断裂或蠕变寿命、振动特性,抗外来物损伤等机械强度试验。还有环境试验和飞行试验。

 


环境试验箱

 


中国飞行试验研究院

 

发动机试车主要工艺流程包括:接受发动机,试车前准备,发动机在台架上的安装,启动前的准备,假启动和内部启封,冷运转,启动,暖机,磨合运转,发动机各系统功能检查,发动机各系统功能检查,稳态与瞬时态检查,发动机其他特性检查和验证,冷机,密封性检查,停车,内部油封,发动机在台架上的拆卸,外观检查及调整部位保险、铅封等。

 


A350的遄达XWB发动机开始试车

 


AL-31F发动机1970年代初开始论证,1973年开始研制,1984-1985年通过了调试和国家鉴定试验

 


Al-31发动机试车照

 


F18发动机试车



1、检查    

 

发动机安装后,进行第一次启动前必须保证各接口是否正常连接,以及检查发动机外部是否清洁,有无油迹,以辨别停车和开车时可能出现的非正常漏液;检查试车台设备准备情况和工作现场准备情况;发动机通电检查,发动机所有涉及电气的系统均需进行停机状态下的通电检查和调整,以确定各部位与功能是否正常。其中,重点是发动机控制系统的自动装置的建检查和调整。

 


洛克希德工作人员正在安装F135发动机

 


美国发动机试车台

 

2、发动机内部启封和注油   

 

发动机内部启封是用燃油冲注发动机燃油系统,以清除油封后留下的滑油。内部启封的工作要求必须严格地遵守它的要求和规定。同时,以规定的工作滑油取代滑油系统中的油封润滑,吹干净氧气系统并检查氧气系密封性,排除液压油系统中的空气。由起动机驱动,在规定时间内,将发动机从静止状态带动运转到规定转速,仅供燃油而不点火的运转称为假开车或者假启动。假开车的目的是排除发动机燃油系统内的空气,检查系统密封性,冲洗系统内的油封油,观察启动调节器控制的启动供油情况,根据滑油压力表的显示判明滑油压力是否建立等情况。

 


我国航空发动机试车曾出现尾筒喷火险些爆炸

 

3、冷运转    

 

由启动机驱动,在规定的时间内,将发动机从静止状态带转到规定转速,不供燃油也不点火的运转称为发动机的冷运转。冷运转的目的是吹除发动机内积油和余火。当滑油箱或滑油系统排空时,通过冷运转使滑油注入发动机滑油系统。顺桨后抽回机匣内滑油,检查转子转动的杂音,测定启动机实际的带转转速。另外,冷运转也可以用于低循环寿命试车中的发动机停车后的加速冷却。

 

4、启动  

 

把发动机转子从静止状态加速到规定的慢车状态,称为启动。其中,冷启动指发动机停车至少1.5~2h后的启动,称为冷态启动或地面冷启动。热启动制发动机熄火或停车后,规定时间内的再启动或排气温度指示不低于规定值的再启动。

 

启动过程中的数据,是判断启动过程是否正常和检查启动失败原因的依据。在启动过程中必须记录的数据有:从启动开始到点火的时间和转速;点火的持续时间;从启动开始到启动机脱开的时间和转速;从启动开始到稳定的慢车状态的时间和对应的转速;启动最高排气温度;滑油压力开始指示的时间和慢车状态的压力值;启动燃油压力和主燃油系统的副油路压力;启动机的工作参数和点火系统的工作参数;其他启动过程中规定需记录的数据。

 


F/A-22的F119发动机试车

 

F-135发动机正在实验



5、磨合运转   

 

装配后的发动机在台架初次试车时,应首先按规定的程序使其机械和热力负荷由低逐步到高,然后由高逐步到低运转。磨合运转程序的制定,一般应在结构传动和传热分析的基础上,使配合磨量渐进地磨合,以达到各种良好的运行状态。磨合运转程序,随发动机结构设计特点及主要磨合目标部位的不同而有区别。一般情况下,采用转速递增、递减台阶程序。当转子和静子间隙很小时,更要特别注意。有些发动机的试车经验证明,在初始磨合时,可采用进两步退一步的运转方式。

 



6、试车发动机加温和冷却运转   

 

除特殊要求外,一般试车的发动机在启动到慢车运转后,均需在一个规定的中等转速下,进行一定时间的运转,使发动机较为缓和地从冷态过渡到热态,为进一步达到高负荷运转进行预热,以减少发动机的循环应力峰值,这种运转称为发动机加温。规定的加温发动机转速,通常是温度负荷适中且连续工作时间不受限制的转速,一般在0.7~0.9倍最大连续转速范围内确定。



发动机连续在大功率状态下工作的时间接近或达到极限值后,在规定的中等转速运转一定的时间来冷却发动机,称为冷却运转。规定的发动机冷却运转转速,通常是热负荷较低且连续工作时间不受限制的转速,一般在0.7~0.9最大连续转速范围内确定。发动机加温运转和冷却运转又称“暖机”和“冷机”,规定的暖机和冷机转速可以相同,也可以不同,一般冷机转速(功率)低于暖机转速(功率)。

 


罗尔斯·罗伊斯遄达1000-TEN试车成功

 


美国f119航空发动机试车

 


试车台上的SSME发动机

 

7、发动机控制系统工作检查和调整    

 

发动机控制系统取决于发动机的功能要求和调节规律,在试车过程中,还要检查和调整控制系统的有关功能应符合型号规范要求、

 

8、发动机性能验证   

 

  • (1)涡喷、涡扇发动机性能状态

  •  

    涡喷、涡扇发动机性能状态,一般包括最大推力状态、最小加力推力状态、中间推力状态、最大连续推力状态、最大反推力状态和慢车状态。最大推力状态(军用发动机的全加力状态)是指在工作包线内规定的任一点上,发动机能在限定时间内持续工作的一种推力最大的工作状态,该状态是在油门杆置于最大推力位置时获得的。最小加力推力状态是指在工作包线内规定的任一点上,发动机能在限定时间内通过加力燃烧持续工作的一种推力最小的工作状态,该状态是将油门杆放在最小加力推力位置获得的。中间推力状态是指在工作包线内规定的任一点上,发动机至少能持续工作30min的一种推力最大状态,该状态是将油门杆放在中间推力位置获得的。

     


    美国涡扇发动机试车台

     


    美国涡扇发动机试车台

     

    最大连续推力状态是指在工作包线内规定的任一点上,发动机能持续不断工作的一种推力最大的工作状态,该状态是将油门杆置于最大连续推力位置获得的。最大反推力状态是指在反推力工作包线规定的任一点上,发动机能持续工作的一种反推力最大的工作状态,该状态是将油门杆置于最大反推力位置获得的。

     

    慢车状态是指油门杆放在慢车位置时,运转所获得的工作状态。慢车状态持续运转的时间,应不超过其规定值。

     

  • (2)涡桨、涡轴发动机性能状态

  •  

    涡桨、涡轴发动机性能状态主要包括最大功率状态、中间功率状态、最大连续功率状态、最大反桨功率状态、慢车状态、空载状态、最大试车功率、中间试车功率、最大连续试车功率及2.5min功率。

     

    最大功率状态是指发动机至少能在规范所规定的时间内,持续工作的一种功率最大的工作状态。中间功率状态是指发动机至少能持续工作30min的一种功率最大的工作状态。最大连续功率状态是指发动机能持续工作的一种最大功率的工作状态。最大反桨功率状态是指发动机至少能在规范所规定的时间内,持续工作的一种功率最大的反桨工作状态。

     

    慢车状态是指慢车可以维持发动机工作的最小状态,并可用发动机功率杆进行调整。空载状态是指发动机以指定的功率吸收装置,在高度3000m以下,工作在零输出扭矩时,为维持所规定的设计输出轴转速而规定的一种工作状态。

    最大试车功率是发动机在飞行前,规定试车和定型试车中的一种工作状态。最大试车功率状态应在燃烧室最高允许出口温度加上系统误差极限值下运转,它应能保证在型号规范对

     

    最大功率规定的最少时间内持续工作。中间试车功率是发动机在飞行前,规定试车和定型试车中的一种工作状态。中间试车功率状态应在规定的燃烧室出口温度下运转,燃烧室出口温度等于规定的中间功率状态的最高测试温度,加上系统误差极限值,再加上最高允许燃烧室出口温度与规定的最大功率状态的最高测试温度之差。它应能保证发动机至少持续工作30min。

     

    最大连续试车功率是发动机在飞行前,规定试车和定型试车中的一种工作状态。最大试车功率状态应在规定的燃烧室出口温度下运转,燃烧室出口温度等于规定的最大连续功率状态的最高测试温度,加上系统误差极限值,再加上最高燃烧室出口温度与规定的最大功率状态的最高测试温度之差。它应能保证发动机持续工作。

     

    2.5min功率,也称为应急功率。它是发动机的一种工作状态,在该状态下发动机至少能在2.5min内持续工作的一种最大功率状态。

     

9、接通加力过程的检查  

 

型号规范或试车规程中详细规定了对接通加力的要求,规定了加力接通条件、操作方法、加力接通过程时间的限制,以及对发动机转速、压力温度等参数波动的限制。要求加力燃烧室应能够在不影响主机稳定工作的情况下,可靠地点火燃烧。为了满足这些要求,加力控制系统需对加力燃烧室进口条件、加力点火、加力供油、加力喷口面积及主机工作状态,实施准确的协调控制。

 


试车中的F100发动机

 


一台普拉特·惠特尼F100涡扇发动机正在美国佐治亚州的罗宾斯空军基地试车

 

10、推力瞬变和功率变换检查    



  • (1)涡喷、涡扇发动机的推力瞬变

  •  

    在任何状态下,以任何顺序和速率移动油门杆时,应不存在超出瞬态极限的超转和超温,也不引起主燃烧室、加力燃烧室、风扇或压气机不稳定工作。在标准大气条件下,无飞机引气、功率分出及发动机防冰引气,但有其他发动机系统放气和引气(如加速放气,冷却引气等)的条件下,油门杆以不大于0.5s的时间移动时,完成95%推力变化所需的时间要求。

     


    正在试车的F100大推力涡扇发动机

     

  • (2)涡桨、涡轴发动机的功率变换

  •  

    在选择功率杆位置或任何状态以任何顺序向输出轴加载或卸载时,发动机应不存在超出瞬态极限的超温、超转,也不引起燃烧室和压气机不稳定工作。在标准大气条件下,无飞机系统引气、功率分出及发动机防冰引气,但有其他发动机系统放气和引气(如加速放气,冷却引气)的条件下,功率杆以不大于0.5s的时间移动时,完成95%功率变化所需要的时间要求。

    发动机在加速和减速过程中,工作应平稳、无喘振和放炮现象,涡轮后温度不超过规范规定值。

     


    一台在地面试车的离子发动机

     


    英国RB199正在试车

     

11、滑油系统的工作检查 

 

首先要进行发动机的滑油压力检查,其值应在规定范围内,以及进行滑油消耗量测试,测试滑油消耗量的规定运转,附件机匣和滑油箱油量的计算。

 

12、发动机密封性检查  

 

在规定的开车和停放状态,检查发动机附件、管路、安装边及接头等可见部位是否存在不允许的气体和液体的泄漏或超出规定的泄漏。检查发动机密封性的状态时,根据泄漏部位、泄漏情况、故障的易辨性以及检查手段的分辨能力,观察部位可达性等条件,确定试车中检查密封性的状态。

 

13、飞机引气和功率分出    

 

按飞机要求条件(温度、压力、流量、化学成分等),从发动机适当截面,引出空气或燃气,称为飞机引气。按飞机要求条件,从发动机传动轴,提取部分功率供飞机及附件使用,称为功率分出。

 

试车中的引气和功率分出检验主要是检验规定的运转中,引气和功率分出对于发动机特性和持久性的影响,例如在持久试车、低循环疲劳试车以及验收试车的一些运转中,均规定了引气和功率分出的加载量。

 

14、停车    

 

RT,就是停车!