舰载发动机起飞增推技术和附件环境适应性研究

马会宁

（中航工业西安航空动力控制有限公司，西安710077）

0 引言

随着性能的不断提高，航空发动机对控制系统的要求也在不断提高，特别是舰载飞机要求其发动机在爬升、追击、摆脱敌机以及突发的紧急情况下快速且可靠起动、适应舰载环境的特殊要求（防霉菌、防湿热、防盐雾”及抗电磁兼容性）等，这也就对发动机控制系统提出了更高的要求。因而，对舰载发动机附件的起飞增推技术和附件环境适应性进行研究非常必要。

本文以某原型机为对象，对舰载发动机起飞增推、附件的“三防：防霉菌、防湿热、防盐雾”及防电磁兼容性进行了研究和试验验证。

1 关键技术研究

1.1 起飞增推研究

（1）增加特殊功率状态要求。当舰载发动机附件进入特殊功率状态后，最大机械液压限制转速相对最大状态提高△n2=0.6%。油门-转速特性如图1所示。

图1 油门-转速特性

图2 n2换算转速-α2控制规律

（2）改进α2控制规律，如图2所示。其特点是：在≤298K以下时，对应一定的 α2；在≥313 K以上时，对应增大的 α2。＝298～313 K，α2在 n2r=60%以上、同一n2r条件下随温度升高而均匀增大。

（3）改进自动加速供油控制规律，如图3所示。

（4）增加特殊功率状态功能，相应增大加力供油量。

（5）改变喷口控制规律，如图4、5所示。

（6）改变πT调节规律，如图6所示。

图3 n2换算转速-油气比控制规律

图4 喷口随油门杆变化的控制规律

图5 喷口随温度变化的控制规律

图6 πT调节规律

1.2 环境适应性研究

为了掌握原型发动机附件满足舰载发动机特殊环境（防霉菌、防湿热、防盐雾及电磁兼容性）要求的程度，对原型发动机附件暴露于大气中的零组件的材料和表面处理进行了复查、统计及分析，并进行了改进设计。

1.2.1 防霉菌、防湿热、防盐雾研究

原型发动机附件现用的材料为钛合金、铜合金、铝合金、结构钢和不锈钢等。

（1）钛合金

选用的钛合金有2种：TC4、TC6，主要用于加工螺套、堵盖、调整钉座等零件。钛合金是最理想的耐蚀材料，但为了防止接触腐蚀，对钛合金零件进行阳极化防腐处理，处理方法见表1。

表1 钛合金零件阳极化防腐处理

（2）铜合金

选用的铜合金有2种：QBe2、QAL10-4-4，主要用于加工螺套、衬套类零件。铜合金的耐腐蚀性能优良，对水、海水、多种盐溶液、有机物（包括有机酸）均有良好的耐腐蚀性能。对铜合金零件不做表面处理。

（3）铝合金

选用的铝合金有6种 ：ZL101、ZL105、2A11、2A12、2A50、2A70，主要用于加工壳体、帽盖、调整钉座等。由于种类较多，其防蚀性也有差异。铝合金零件表面经铬酸阳极化处理后可以提高耐腐蚀性，处理方法见表2。

表2 铝合金零件的防腐处理

（4）结构钢

选用的结构钢有6种，45/A、12Cr2Ni4A、18Cr2Ni4 WA、30CrMnSiA、38CrA、65Mn，主要用于加工垫圈、螺钉、花键轴等。其一般耐蚀性比较差，在空气、水和各种潮湿环境下会发生腐蚀，必须对结构钢零件表面做防腐蚀处理，处理方法见表3。

（5）不锈钢

选用的不锈钢有6种，即1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9、2Cr18Ni9、ZG1Cr18Ni9Ti、2Cr13、ZGCr18Ni9Nb，主要用于加工油门轴、定位销钉、管接头、调整钉、刻度盘调整钉座、端齿垫圈、弹簧座、螺桩、支架操作杆等。根据铬含量和镍含量的不同，不锈钢可分为奥氏体、铁素体、马氏体和双相不锈钢。最适于海洋环境的是奥氏体不锈钢，又被称为海洋级不锈钢。不锈钢零件的防腐处理方法见表4。

表3 结构钢零件的防腐处理

表4 不锈钢零件的防腐处理

用马氏体不锈钢1Cr11Ni2W2MoV加工的连接销，属于重要承重件，对材料的强度要求极高。为做到既防腐又耐磨，在该零件表面增加TiALN涂覆处理。

此外，壳体是接触大气面积最多的附件，其防腐非常关键。壳体材料主要有ZL101和ZL105，其中ZL101的耐蚀性较好，但ZL105由于含铜，耐蚀性稍差。通常采用微弧氧化；铬酸阳极化+涂漆方法提高铝壳体耐蚀性。

微弧氧化的处理方法比较简单，但可以有效提高壳体的防腐能力。不过，微弧氧化后硬度较高，对于需补充加工的复杂壳体，增加了其加工难度；如需保护加工部位，对于复杂壳体，工装的制造难度也很大。

表5 现行防腐处理方法

参照研制经验，对铝合金壳体材料进行铬酸阳极化处理后，再使用专用耐腐蚀保护漆进行涂覆（见表5），以提高附件的耐腐蚀能力。该方法在外部形状简单、型面较少的壳体上操作比较简单。

1.2.2 电磁兼容性研究

舰载发动机附件为机械-液压产品，但其上有消喘、转速重调、起动、减速、小加力、特殊状态等电磁阀和温包故障、压力信号器12个电子元件。为了满足海洋环境，要求电子产品按GJB 151A-1997要求和GJB 152A-1997测量方法执行。试验量值按GJB 151A-1997有关条款中海军飞机要求，试验项目为CE102、CE107、RE102。

对暴露在空气中的所有2次配套件均重新研制，增加“三防”要求和电器产品的电磁兼容要求。为满足“三防”和电磁兼容要求，附件中的接插件、电磁阀和信号器的接插件按美军标（MIL-DTL-38999K系列Ⅳ）电连接器标准选型筛选。

2 结束语

通过建模和工程化设计，某型舰载发动机附件首批产品已通过发动机匹配试验和高空台试验验证。结果表明：采取的措施，满足了主机的防霉菌、防湿热、防盐雾、防电磁兼容性要求,基本达到了主机的起飞增推、改善加速性的要求。

[1]李金桂.腐蚀控制设计手册[M].北京：化学工业出版社，2006.

[2]中国航空材料手册编辑委员会.中国航空材料手册 [M].北京:中国标准出版社,2001.