航空发动机液压导管破裂故障分析与防控

吉时雨

摘 要：航空发动机是飞机的动力核心，其工作的稳定性直接影响着飞机运行的安全性和可靠性。如果将航空发动机看做“心脏”则航空发动机液压导管就犹如连接在心脏上的“动、静脉血管或是毛细血管”，承担着航空发动机所需要的燃油、液压、冷气等的输送工作。一旦航空发动机液压导管发生破裂将会造成极为严重的安全事故。文章将在分析航空发动机液压导管破裂原因的基础上就如何做好航空发动机液压导管破裂防控进行分析阐述。

关键词：航空发动机液压导管；破裂；原因；防控措施

中图分类号：V263.6 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）21-0116-02

Abstract： The aero-engine is the power core of the aircraft. The stability of its work directly affects the safety and reliability of aircraft operation. If an aero-engine is considered a "heart"， then its hydraulic catheter is like an "artery， vein， or capillary" which is connected to the "heart" and responsible for the transmission of fuel， hydraulic and air-conditioning needed by the aero-engine. Once the aero-engine hydraulic conduit breaks， it will cause a very serious safety accident. Based on the analysis of the causes of the rupture of the hydraulic conduit of the aero-engine， this paper analyzes and expounds prevention and control measures for the rupture of the hydraulic conduit of the aero-engine.

Keywords： aero-engine hydraulic conduit； rupture； cause； prevention and control measures

前言

航空发动机液压导管主要负责液压、燃油、润滑油、空气等介质的输送。由于航空发动机工况环境较为恶劣，导致航空发动机液压导管较易在运行过程中发生破裂，对航空发动机的安全运行造成较大的安全隐患。通过研究分析造成航空发动机液压导管破裂的原因主要有振动、腐蚀、导管材质缺陷等几个方面。为保障航空发动机液压导管的安全运行需要就航空发动机液压导管破裂原因采取针对性的措施，确保航空发动机液压导管安全运行。

1 航空发动机液压导管破裂原因分析

航空发动机液压导管破裂将会造成航空发动机液压系统产生局部甚至是全部失效，影响飞机的安全运行。研究航空发动机液压导管破裂原因并采取针对性的防控措施将是保障航空发动机安全运行的重要举措。据相关研究表明航空发动机液压导管破裂绝大多数是在长期的振动、腐蚀以及外力损伤后产生的。

1.1 航空发动机液压導管工作中所受到的弯曲振动

航空发动机工况条件较差，其工作过程中受飞机机体、外界环境以及导管中液体流动冲击等的影响导致航空发动机液压导管产生非线性振动。航空发动机液压导管在振动的作用下将产生反复的弯曲作用并在其弯曲横截面上产生非周期性的拉伸和压缩应力，航空发动机液压导管在拉伸、压缩应力的反复作用下将会导致航空发动机液压导管产生疲劳断裂。总体来说航空发动机液压导管的振动源主要来自两个方面：（1）航空发动机液压导管受周边附件、部件的影响产生联动振动，这一振动是周期性的。（2）管内流动液体流动所产生的压迫力。由于导管弯曲，在不同截面所产生力的方向是不同的，以导管折弯两端为例，分别在两端取截面并以这两截面所产生的力进行分析，这两截面在流过导管液压油压力的作用下将产生一个垂直于导管轴线的合力，在液压油的作用下将会对导管产生周期或非周期的作用力。导管内液压油受工况条件的影响并不一定的周期动作的，而是在输送流体的脉动作用下会导致液压导管内的流体产生周期性的变化。航空发动机液压导管系统将会在多种因素的作用下产生耦合振动。航空发动机液压导管在工作过程中将会受到复杂作用力的影响进而产生间隙或是持续的振动，这一振动是不可避免的且将持续影响航空发动机液压导管运行的稳定性。总体来说，如果航空发动机液压导管的振动维持在导管可承受的范围内将不会导致航空发动机液压导管出现裂纹。而一旦导致航空发动机液压导管振动的作用力过大，或是作用力的变化频率和导管的弯曲振动固有频率相重合并导致共振现象的发生，将会导致航空发动机液压导管内产生复杂的应力作用，并在这复杂应力的作用下出现疲劳裂纹。通过对航空发动机液压导管弯曲振动所产生的破裂现象进行分析后发现，因航空发动机液压导管弯曲振动所产生的疲劳裂纹多发生于导管固定和接头连接处，且裂纹多为扩展性裂纹。

1.2 航空发动机液压导管工作中所产生的径向振动

航空发动机液压导管的径向振动多产生于管内流体的脉动影响。管内流体在压力的作用下将会沿着导管流动，在这一过程中除了产生压力流动外还会沿管径方向产生径向作用力，在液压油脉动作用下将会导致航空发动机液压导管的径向变形产生脉动变化并形成航空发动机液压导管的径向振动。当作用于航空发动机液压导管的径向压力较大且产生的振动频率和振动幅度较大时将会导致航空发动机液压导管容易出现纵向的疲劳裂纹。通过对航空发动机液压导管破裂故障分析后发现，如航空发动机液压导管是圆形的，因径向振动所导致的裂纹多发生于航空发动机液压导管刚度变化较大的区域（靠近接头或是套管）。而当航空发动机液压导管是椭圆形时，航空发动机液压导管将会在导管内流体的压力作用下恢复圆形，在这一过程中航空发动机液压导管管壁曲率较大的区域将会承受较大的应力作用并在后续径向应力的作用下产生疲劳裂纹。航空发动机液压导管的径向破裂多发生在导管弯曲曲率变化较大的部分且破裂裂纹多呈现出由内向外扩展的扩展裂纹。

1.3 腐蚀和外力作用导致的航空发动机液压导管破裂

航空发动机液压导管工况条件恶劣，航空发动机液压导管外壁极易沾染水、油、尘土等的杂质，这些杂质附着在航空发动机液压导管管壁外侧并破化管壁保护层造成航空发动机液压导管外侧管壁的腐蚀，造成航空发动机液压导管强度下降，从而导致航空发动机液压导管在内外压力的作用下而产生破裂。航空发动机液压导管内部腐蚀主要来自于油液中所混有的空气，空气的存在将导致航空发动机液压导管内部发生腐蚀并影响航空发动机液压导管的强度。除腐蚀所造成的影响外，航空发动机液压导管在机械外力作用下所产生的机械损伤都将会导致航空发动机液压导管强度的降低。航空发动机液压导管工作过程中将会受到管内流体的强挤压作用，如航空发动机液压导管产生腐蚀与机械损伤将会导致航空发动机液压导管的强度下降，其所能够承受的重复载荷的能力也大幅下降，容易在使用过程中产生疲劳裂纹。

2 做好航空发动机液压导管破裂的防控

通过对航空发动机液压导管破裂的原因进行分析造成航空发动机液压导管破裂的原因主要集中在振动、腐蚀和机械外力作用。为保障航空发动机液压导管的安全运行需要就上述三个原因采取针对性的防控措施。

2.1 做好弯曲振动在航空发动机液压导管上的防控

航空发动机液压导管的弯曲振动主要来自于自身激励和周边附件的附加振动。在弯曲振动的防控中首先需要最大限度的降低航空发动机内各部件的振动，降低其对航空发动机液压导管的影响，同时降低液压管路内的脉动压力。降低系统内的脉动压力可以通过在系统中加装蓄能器和缓冲瓶加以实现，为降低振动力的影响可以将液压泵出口和供压管路中的硬导管更换为软连接，依靠软连接吸收一部分的振动力。为降低附加力在航空发动机液压导管的影响，需要将导管用固定夹子进行固定，固定的位置要牢固且加装一部分的减震装置。对于因设计完成而无法随意进行改变的硬导管则需要注意固定夹子对导管振动频率所造成的影响。因固定夹子所带来的振动频率的改变将会增大共振发生的几率。固定夹子與导管之间加装橡胶弹垫，可以有效的减少周边附件所产生振动的传导，降低航空发动机液压导管所产生的振动。加装于航空发动机液压导管上的橡胶垫需要进行合理的调节，避免固定过紧而影响减震效果。

2.2 减少径向振动对航空发动机液压导管的影响

航空发动机液压系统工作过程中将会产生严重的脉动和液压撞击现象，从而导致航空发动机液压导管承受复杂多变的耦合振动。为提高航空发动机液压导管的可靠性，安装于航空发动机液压系统的导管在上机前需要进行大静压和动压试验。对于航空发动机液压导管圆度较差的区段，需要对其进行修复将其椭圆度控制在规定值范围内，避免出现导管压扁或是压坑现象影响导管的承压强度。

2.3 减少腐蚀与机械外力对航空发动机液压导管的影响

对于航空发动机液压系统所使用的硬导管其弯曲时应控制其弯曲半径，对于直径小于20mm的硬导管其弯曲半径应超过航空发动机液压导管外径的两倍以上。而对于直径超过20mm的导管其弯曲半径至少要达到航空发动机液压导管外径的3倍以上。在航空发动机液压导管弯制的过程中应确保硬导管具有良好的圆度，避免弯曲过急，导管接头处于弯曲部位之间的距离至少要达到25mm以上且进入弯头部分的导管应保持笔直。在航空发动机液压导管安装过程中，要注意控制安装的牢固度和松紧度，避免损伤航空发动机液压导管。这是由于航空发动机液压导管工作中将会发生振动，如果航空发动机液压导管与其他附件之间的距离控制不当将容易导致航空发动机液压导管在振动时与其他附件产生摩擦进而造成机械损伤，而将航空发动机液压导管固定过紧则容易造成航空发动机液压导管固定出产生振动变形，破坏航空发动机液压导管内的应力结构。在航空发动机液压导管安装间隙方面国家相关规程中有着明确的规定，各系统间导管之间的间隙需要控制在2mm以上，高压导管磨伤深度应控制在0.2mm以内，低压导管磨伤深度应控制在0.5mm以内。做好航空发动机液压导管的清洁，避免有害杂质粘附在导管表面造成航空发动机液压导管外壁腐蚀，对于航空发动机液压导管内部需要尽力排空系统中所含有的空气，确保导管光洁、干净。避免航空发动机液压导管出现腐蚀。

3 结束语

航空发动机液压导管是飞机重要的组件，同时航空发动机液压导管运行的安全性与可靠性也与飞机安全运行有着密切的联系。航空发动机液压导管破裂将会导致航空发动机液压系统局部或是全部失效从而影响飞机的正常运行。本文在分析航空发动机液压导管破裂原因的基础上对如何采取针对性的措施做好航空发动机液压导管破裂的防控，保障航空发动机液压导管的安全运行。航空发动机液压导管的安全性受诸多因素的影响，需要从航空发动机液压导管的设计、选材、安装等多方入手做好航空发动机液压导管破裂的防控。

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