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国产发动机寿命终于达到美方发动机一半:关键技术获重大突破

2018-8-22 13:46:22 次浏览 分类:新闻资讯

目前,航空发动机的发展方向是大推重比、高可靠性和长寿命,而航空发动机主轴轴承的性能和使用寿命是决定发动机可靠性的"关键"因素之一。在我国,涡扇10太行发动机的研制成功实现了国产发动机从涡喷到涡扇、从中等推力到大推力的跨越,但在研制太行发动机的过程中,多次出现由于发动机主轴轴承可靠性原因导致问题发生,发动机研究人员开始意识到“轴承的使用寿命和可靠性”已成为制约我国高性能发动机研制的“瓶颈”问题 。目前还没有公开资料披露太行发动机主轴寿命,但从AL-31再制造的资料可知,国内为其生产的轴承给定寿命为仅为500到600小时,即到发动机首翻期就需更换轴承。而据国外资料报道,德国FAG、瑞典SKF等先进轴承公司研制的发动机主轴轴承寿命已经达到上万小时以上,且到寿后可以视情维修,进一步延长寿命。我国轴承与国外先进水平差距十分巨大。
我国发动机最新军用标准规定,所有的涡扇、涡轴、涡喷发动机必须通过润滑油中断半小时发动机仍然继续正常工作的试验标准,以适应战时飞机发动机被击伤,发动机润滑油全部泄漏,飞机仍然安全返回的需要。这个标准难度要求很高,据称,我国研制的某大涵道比涡扇按此标准在进行滑油中断试验时,为了通过最大推力下30秒无滑油润滑这个试验科目,造成此两台发动机损坏,影响和损失巨大。从上述资料可知,军用航空发动机主轴承是核心关重件,长期工作在高速(14500转/分钟)重载荷(不小于5吨)的恶劣工况,且在结构设计中多采用喷油润滑模式,这会导致在战斗机进行超设计条件大机动飞行时发动机滑油润滑不到位,油膜建立不好等问题,引发轴承失效的重大事故,这也是AL31发动机一个老大难问题。
由于AL-31和太行已是定型产品,采用新型的主轴设计方案代价太大,能否在不改变轴承材料与结构设计的基础上,通过表面工程技术提高轴承使用寿命是一个有效的技术途径。由于金刚石是所有天然物质中最硬的材料,并具有低的热膨胀系数和非常低的摩擦系数,人们很自然的想到如果将轴承动部件镀上一层金刚石薄膜,那轴承的寿命和性能就会大大提高,但是目前生产金刚石膜都需要在高温高压下进行,而轴承所用的钢材回火温度较低,在高温下镀膜轴承本体的性能反而大幅降低,得不偿失。而中国农机院下属金轮公司的科研人员最近研制出了一种能够在200°C以下对钢铁表面进行类金刚石镀膜的设备,使轴承的性能大幅提高。
据公开资料披露,在以涡扇10主轴承做试验对象时,模拟发动机连续50次作战起飞状态,每次作战起飞时间为1小时(其中35分钟巡航状态,15分钟加力状态,0分钟慢车状态),连续运行50小时后,镀类金刚石薄膜的轴承无任何肉眼可见的磨损,而现役的未镀膜的轴承此前从未完成8个小时的连续运行。这也意味着我国航空发动机主轴承的寿命提高了至少6倍,达3000小时,几乎和太行发动机同寿,达到美方同类发动机寿命一半的水平。
在最值得关注的无油润滑30分钟运行试验中,由于太行发动机设计定型时已通过此项标准,因此镀膜轴承和未镀膜轴承均顺利完成,但现役未镀膜轴承组件做完实验后破坏严重,必须更换,而镀膜轴承几乎无损坏,可以继续试验。值得一提的是,该镀膜轴承的寿命还远远不止3000小时,只是因为要用该产品做其他试验,而未做破坏性寿命长试,但也足以满足轴承与太行发动机同寿的要求。
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