飞机维修时航空发动机滑油系统污染防控措施分析

吴明阳

摘   要：航空发动机工作的稳定性和可靠性一直是研究的热点，也是关系航空事业发展堵塞的关键因素。文章系统介绍了航空发动机滑油系统的构成及特点，详细介绍了飞机维修时航空发动机滑油系统污染的影响因素，并提出了飞机维修时航空发动机滑油系统的污染防控措施。

关键词：飞机维修;航空发动机;滑油系统;污染防控

近年来，随着航空制造业的再度崛起，尤其是EICAS显示系统、全权限数字发动机控制器（Full Authority Digital Engine Control，FADEC）系统、发动机电子控制器、推进控制系统（Electronic Propulsion Control System，EPCS）等高精度电子设备在航空发动机上的应用，使得航空发动机控制系统具有良好的可靠性和安全性。为保障发动机稳定工作，发动机滑油系统为飞机提供了润滑、冷却和清洁滑油，并清除发动机轴承和变速箱上的杂质，提供滑油以减少发动机轴承处的振动（滑油阻尼）。作为发动机热管理系统的一部分，为发动机燃油提供热量，以防止燃油结冰，清除轴承机构和齿轮箱中的热油，使发动机机件得到冷却。本文详细介绍了航空发动机滑油系统工作原理和特点，就飞机维修时航空发动机滑油系统的污染防控措施进行分析。

1    航空发动机滑油系统构成及特点

航空发动机滑油系统主要由滑油存储系统、供油和回油系统、分布式润滑系统、滑油冷却系统、滑油污感应系统、滑油量EICAS指示、过滤系统等组成。油箱作为滑油存储系统是闭环循环系统的一部分，油箱向油泵和压滤器供油，将油分配给齿轮箱，并从齿轮箱接收循环过来的回油。在维修时，油箱盖和适配器允许油箱重力加注，盖子是手动操作的，在加注过程中，滑油通过滤网过滤适配器开口。适配器底部的挡板阀提供二次密封机构，以尽量减少油损失。排水口的排水功能收集并将溢出的油输送到机外排水管，油箱中的一个增压阀将油箱中的压力保持在4.0～8.0 PSI压差（PSID）（27.6～55.2 kPa），玻璃目测表可以直观地显示油箱中的油位。供油泵加压滑油，滑油随后流过供油滤进行清洁过滤后，经过两个热交换器（空气/滑油热交换器和燃油/滑油热交换器）和旁通活门。如果油冷，热交换器旁通活门打开，滑油通过最终油滤流向轴承室、变速箱以及管路。最后，热的滑油通过回油泵返回发动机滑油箱，油质感应系统检测并吸收回油中的杂质颗粒，并自动诊断磁芯片探测器性能，所有回油都经过回油滤排出回油污染，而外部齿轮箱驱动的通气装置将空气从滑油中分离，并将空气排出机外。传感器向发动机电子系统发送滑油压力和温度数据，而滑油量变送器将滑油量数据发送到主机数据集中器，发动机滑油数据显示在EICAS和发动机维护页面上，显示数据主要有油量、油温、油压、油滤压差等参数。

EICAS性能和EPCS维护页面也会显示这些数据。EICAS显示器和状态显示器显示其他相关的发动机滑油系统故障信息;压力油经过压力油滤过滤供油污染;油滤压差传感器监测油滤工作的状况;回油经过回油滤排出回油的污染;回油滤压差传感器监测回油滤的状况;所有回油都经过磁屑探测器探测金属粒子，用来检测发动机内部机件的工作状态，判断轴承和齿轮的磨损情况。

滑油从油箱流向油泵和油滤，泵不控制滑油输出压力。滑油压力随发动机转速的变化而变化，在高油温条件下，过滤后的加压油全部通过燃油/滑油热交换器和空气/滑油热交换器。燃油/滑油热交换器是滑油冷却的主要来源，空气/滑油热交换器仅在必要时工作，并且发动机电子控制器控制空气/滑油热交换器旁通阀保持燃油和滑油温度在限制范围内。冷却后的加压油随后进入轴承室和齿轮箱用于冷却和润滑，回油在回油泵的作用下返回滑油箱。回油滤用于清除从发动机轴承室和变速箱流出的回油中的污染物，由外部齿轮箱驱动的通气装置将空气从清除滑油并将空气排出机外[1]。

2    滑油及系统对航空发动机故障影响分析

2.1  滑油质对发动机故障影响分析

航空发动机滑油用于多种型号发动机零部件的润滑和冷却，包括发动机的转子轴承和附件传动机构的齿轮和轴承。而滑油性质中的润滑性、流动性、抗氧化安定性和腐蚀性、抗泡性等几个特征对发动机故障的影响较多。另外，滑油的闪点和燃点、灰分、残炭、破乳化时间、机械杂质、水分及防锈剂、橡胶适应性、水解安定性及毒性等性质，也会影响发动机的性能。

2.2  滑油液污染对发动机故障的影响分析

滑油污染（见图1）是造成航空发动机滑油系统部件磨损的主要因素。有关维修数据统计分析表明：70%～85%的航空发动机元器件失效是油污染造成的。通过影响油质关键因素分析认为，航空发动机处于高温环境运行中，会发生氧化、聚合、缩合等一系列化学反应。再者，滑油自身因为氧化而产生漆膜和油泥;由于密封性能的降低，导致空气混入滑油中会压缩油液体积而产生气蚀;由于高温环境影响，滑油中进入的水分造成油液变质，而降低润滑性能;还有由于灰尘、碳渣、切屑、磨粒、焊渣、滑油氧化分解得到的沉积物、金属微粒等固体颗粒进入发动机，造成零部件加速老化、磨损等[2]。滑油中固体颗粒类型如表1所示。

图1  航空发动机滑油污染颗粒

表1  滑油中固体颗粒类型

颗粒类型 种类分類

黑色金属颗粒 正常机械磨损颗粒、切屑磨损颗粒、滚动疲劳磨损颗粒、滚滑磨合磨损颗粒、严重滑损颗粒

氧化物颗粒 氧化铁颗粒（白色、黑色）、暗金属氧化物颗粒、腐蚀金属颗粒

衰变产物颗粒 纤维物颗粒、积碳颗粒、油渣物颗粒、摩擦聚合物颗粒

有色金属颗粒 白色有色金属颗粒、铜合物颗粒、铅/锡合物颗粒

外界污染颗粒 细沙、灰尘、煤屑、石棉纤维、金属粉尘、滤清器材料、密封件碎屑等

由于油液中固體颗粒的淤积，造成发动机各活门卡死的故障较为常见，滑油接触的各种零部件当中，上述多种固体颗粒通过零部件接触表面缝隙时，造成磨损或堵塞，最终导致发动机运行的系统出现失效、失稳等现象，加速设备老化、损毁。严重影响发动机工作性能，甚至造成飞行事故。

2.3  其他影响分析

其他主要是水分、空气、细菌等污染。滑油中废气燃烧的蒸汽凝结、油液中容器的融水、冷却系统部件的渗漏等水分进入，使得水和油液融合反应形成乳浊液，造成油液与水中的离子生成硫酸和盐酸，从而加速滑油的衰变变质，造成润滑性能的降低。滑油里的空气主要以溶解、游离、气泡3种状态存在，航空发动机在压力降低或者温度升高时，油液中存在的气体发生分离、产生气泡，对系统产生各种有害的影响。据维修数据统计分析，滑油会滋生多种菌丝体席状物细菌，导致滑油变味，出现沉淀物并最终导致发动机材料结构遭到破坏，从而降低材料性能，造成器件堵塞，破坏滑油容器涂层，加速金属表面腐蚀，降低润滑性能等[3]。

3    航空发动机滑油系统污染防控措施

根据故障原因分析，在航空发动维修过程中，采取的措施主要有：

（1）提高发动机各关键部件的加工、装配工艺和清洗质量。制定零部件在加工、装配过程中的清洁度控制规定，提高发动机零部件清洁度水平。

（2）发动机维修后试车时，增加对滑油系统中的供、回油滤检查频次，如发现滤网外的污染物多，则排放系统滑油，进行冷转清洗。

（3）增加滑油泵组装后的试验磨合的时间，磨合试验后分解检查。滑油泵装配时，装配工序增加齿轮啮合时的齿侧间隙检查，齿侧间隙控制在0.051～0.100 mm。

（4）采取措施改善航空发动机滑油系统清洁度。

（5）进一步优化维修流程，降低维修过程导致发动滑油污染的可能性。

4    结语

航空发动滑油系统较为复杂，工况运行条件复杂，油液污染途径比较多。为增强发动机运行的稳定性和可靠性，需要进一步规范维修流程，引进新的监测技术，增强电子信息系统的监控能力和故障诊断性能，降低油污的影响。同时，对主滑油泵系统进行改进分析，利用新材料、新工艺的投入，不断改进滑油系统功能，从根本上解决系统存在的问题，保障飞行安全。

[参考文献]

[1]蔡园园.飞机维修时航空发动机滑油系统污染防控措施探析[J].科技经济导刊，2019（6）：119.

[2]孙杨慧，杨坤，侯乃先，等.航空发动机滑油系统动态故障分析[J].科技导报，2015（5）：72-77.

[3]李勇.某型航空发动机润滑系统故障诊断的研究[D].武汉：武汉理工大学，2010.

Analysis on pollution prevention and control measures of aeroengine lubricating oil system during aircraft maintenance

Wu Mingyang

（Beijing Aircraft Maintenance Engineering Co.， Ltd.， Beijing 101300， China）

Abstract：The stability and reliability of aero-engine work has always been the focus of research， and is also the key factor related to the development of aviation industry blockage. The composition and characteristics of aeroengine lube oil system are introduced， the influence factors of aeroengine lube oil system pollution during aircraft maintenance are introduced in detail， and the pollution prevention and control measures of aeroengine lube oil system during aircraft maintenance are put forward.

Key words：aircraft maintenance; aero-engine; lubricating oil system; pollution prevention and control