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國(guó)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命終于達(dá)到美方發(fā)動(dòng)機(jī)一半:關(guān)鍵技術(shù)獲重大突破
2018-08-22
目前,航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向是大推重比、高可靠性和長(zhǎng)壽命,而航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承的性能和使用壽命是決定發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性的"關(guān)鍵"因素之一。在我國(guó),渦扇10太行發(fā)動(dòng)機(jī)的研制成功實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的過(guò)程中,多次出現(xiàn)由于發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承可靠性原因?qū)е聠?wèn)題發(fā)生,發(fā)動(dòng)機(jī)研究人員開(kāi)始意識(shí)到“軸承的使用壽命和可靠性”已成為制約我國(guó)高性能發(fā)動(dòng)機(jī)研制的“瓶頸”問(wèn)題 。目前還沒(méi)有公開(kāi)資料披露太行發(fā)動(dòng)機(jī)主軸壽命,但從AL-31再制造的資料可知,國(guó)內(nèi)為其生產(chǎn)的軸承給定壽命為僅為500到600小時(shí),即到發(fā)動(dòng)機(jī)首翻期就需更換軸承。而據(jù)國(guó)外資料報(bào)道,德國(guó)FAG、瑞典SKF等先進(jìn)軸承公司研制的發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承壽命已經(jīng)達(dá)到上萬(wàn)小時(shí)以上,且到壽后可以視情維修,進(jìn)一步延長(zhǎng)壽命。我國(guó)軸承與國(guó)外先進(jìn)水平差距十分巨大。
我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)Z新軍用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,所有的渦扇、渦軸、渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)必須通過(guò)潤(rùn)滑油中斷半小時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)仍然繼續(xù)正常工作的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),以適應(yīng)戰(zhàn)時(shí)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)被擊傷,發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油全部泄漏,飛機(jī)仍然安全返回的需要。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)難度要求很高,據(jù)稱,我國(guó)研制的某大涵道比渦扇按此標(biāo)準(zhǔn)在進(jìn)行滑油中斷試驗(yàn)時(shí),為了通過(guò)Z大推力下30秒無(wú)滑油潤(rùn)滑這個(gè)試驗(yàn)科目,造成此兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)損壞,影響和損失巨大。從上述資料可知,軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承是核心關(guān)重件,長(zhǎng)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(jì)中多采用噴油潤(rùn)滑模式,這會(huì)導(dǎo)致在戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)行超設(shè)計(jì)條件大機(jī)動(dòng)飛行時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)滑油潤(rùn)滑不到位,油膜建立不好等問(wèn)題,引發(fā)軸承失效的重大事故,這也是AL31發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)老大難問(wèn)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(jì)方案代價(jià)太大,能否在不改變軸承材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,通過(guò)表面工程技術(shù)提高軸承使用壽命是一個(gè)有效的技術(shù)途徑。由于金剛石是所有天然物質(zhì)中Z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(dòng)部件鍍上一層金剛石薄膜,那軸承的壽命和性能就會(huì)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(jìn)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(guó)農(nóng)機(jī)院下屬金輪公司的科研人員Z近研制出了一種能夠在200°C以下對(duì)鋼鐵表面進(jìn)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(kāi)資料披露,在以渦扇10主軸承做試驗(yàn)對(duì)象時(shí),模擬發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)50次作戰(zhàn)起飛狀態(tài),每次作戰(zhàn)起飛時(shí)間為1小時(shí)(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(yùn)行50小時(shí)后,鍍類金剛石薄膜的軸承無(wú)任何肉眼可見(jiàn)的磨損,而現(xiàn)役的未鍍膜的軸承此前從未完成8個(gè)小時(shí)的連續(xù)運(yùn)行。這也意味著我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承的壽命提高了至少6倍,達(dá)3000小時(shí),幾乎和太行發(fā)動(dòng)機(jī)同壽,達(dá)到美方同類發(fā)動(dòng)機(jī)壽命一半的水平。
在Z值得關(guān)注的無(wú)油潤(rùn)滑30分鐘運(yùn)行試驗(yàn)中,由于太行發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)定型時(shí)已通過(guò)此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn),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(shí)驗(yàn)后破壞嚴(yán)重,必須更換,而鍍膜軸承幾乎無(wú)損壞,可以繼續(xù)試驗(yàn)。值得一提的是,該鍍膜軸承的壽命還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止3000小時(shí),只是因?yàn)橐迷摦a(chǎn)品做其他試驗(yàn),而未做破壞性壽命長(zhǎng)試,但也足以滿足軸承與太行發(fā)動(dòng)機(jī)同壽的要求。
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