国内外航空发动机机械系统的关键技术分析

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 黑龙江 哈尔滨 150066

引言

在航空发动机的发展中，其复杂性强、精密度高，又有着很多的零部件，而且关联密切，所以设计者在制造航空发动机时，要具备专业知识，还要使用较多零部件，进而达到其技术性要求。所以对技术者要求较高，必须掌握专业技能，才能推动航空领域的进步。我国科技人员要加强重视，进行技术研究，全面掌握航空发动机机械系统关键技术，如传动系统、润滑系统、密封系统、主轴轴承等，吸取国外技术研究的优秀经验，结合我国实际情况，进行研发，提高研发单位、研发人员能力，弥补在荷载、装配、试验、方法中的不足，解决基础能力缺乏的问题，全面提高我国航空发动机技术能力，进行有效改进，促进航空领域的快速发展。

一、传动系统

在航空发动机机械系统技术中，重难点内容就是传动装置，也是关键部分，受到航空领域的广泛关注。目前，针对传动系统，国内外的发展趋势、要求，首先要保证它可以正常运作，并在此基础上，在最小领域内，控制其重量和体积，从而使其整体使用周期提高，稳定性增强，而且能使成本降低，经济得到有效提高。

目前，针对航空发动机，机械系统的传动系统，国外研究较为先进，计算分析系统已经得到完善设置，能够有效检测设备的性能、强度，计算具体部件，考虑其受力变形状况，并纳入范围，进而从静态、动态两方面，有效分析传动系统工作情况，确保结果的真实、准确，清楚模拟、得到机械系统运行状况[1]。随着时代发展，齿轮技术得到迅速进步和拓展，对研究传动系统起到很大程度的促进作用，包含声震粗糙度、震动、噪音等等，可以清晰、客观评价由于形态误差，对齿轮造成影响，从而造成的噪音问题，而且能够分析不同齿轮，其构件使用的特征，考虑寿命、疲劳实验，以此为基础，获得齿轮SN曲线，对齿轮的寿命做出具体、准确预测，增加疲劳强度，使应用效果得到有效提高。对于喷油润滑，针对齿轮磨损情况，进行试验，对不同喷油的情况下，齿轮在工作时，产生的温度变化进行分析，还要对磨损情况进行分析，从而制定最佳方案，进行喷油工作，进而使齿轮寿命得到很大提高。在试验研究中，可得出较多数据，从而在以后设计传动系统工作时，给予一定依据，不但可以使整体效果得到提高，而且能够实现一定经济效益。

当然，在研究传动系统中，和国外相比，我国还比较落后，有一定差距，其不足之处，就是附件设计、传动机匣、齿轮咬合等，而且，针对传动系统，其整体设计、技术应用等，也有一定问题，对实际情况的需求，很难进行满足。航空发动机，有着比较复杂的组成结构，附件也比较多，转速有一定差异，所以在设计传动系统时，比较困难，容易受其他因素影响。

二、润滑系统

润滑系统就是在发动机运行时，为了确保其顺利工作，在其内部，需要摩擦的表面，涂抹上一层机油，或者是油脂，把这些作为润滑剂，在构成发动机的不同金属间，形成油膜，使金属间的摩擦力有效减少，进而减小功率耗损，使磨损力度得到有效降低，增长发动机寿命。发动机内部是否润滑，直接影响着其运行状态，所以随着时间前进，润滑系统的发展，逐渐精细化。在国外的发展研究中，从上世纪之后，部分欧美国家具备先进发动机技术，如美国等，对于润滑系统的重要性提高认识，开始展开研究。在本世纪初，一些欧盟国家，主要是欧洲国家，如意大利、德国、法国、英国等等，展开合作，针对军事领域和商业领域，所需用的航空发动机，对于其润滑系统开展研究，不断创新仿真技术，研究新材料，无数次进行试验，最终在技术了有了一定突破，获得较好成果。为了增强防火功能，就创新设计了新型电驱动润滑油泵，增强润滑系统功能。

目前，润滑技术在我国的发展中，仍比较落后，但随着各国经济的不断融合发展，我国对润滑系统也提高了重视，从不同方面加大研究力度，开展润滑技术研究[2]。在使用超高温润滑油时，分析发动机在此种情况下的状态，进而在空气系统、轴承腔隔热方面，对造成的影响进行评估，同时，还要研究散热器技术、适滑油箱，实现发动机重量的有效减轻，使用性能得到很好提升。而且，对于整体设计，还有空气系统，也要进行一定考虑。在进行热计算时，要不断创新，做到精确计算。要充分利用现代信息技术，如计算机等，对计算方法进行优化，要对轴承腔进行试验，了解其热传递性能，还要了解在不同附件内，温度、载荷谱两者的联系。在检测润滑系统时，要不断完善体系，积极对润滑系统开展检测，排查安全隐患，从而对存在的问题，可以及时发现，从而制定措施，进行解决，降低事故发生率。同时，研究检测传感器也要加大力度，有效推进发动机PHM系统的运行。

三、密封系统

在航空发动机中，对于密封技术，有很高的要求，所以在西方国家，花费大量人力、物力、财力，研究密封技术。国外开展专门项目，对密封技术进行研究。它包括多种内容，有蓖齿密封、石墨密封、气膜密封、刷密封、反转密封等等，在此基础上，进行实验、实践探究，对其实用的效果进行测试。目前，尽管航空发动机用途不同，但与此相联系的密封技术，在实际情况中，都可以满足需求，无论是军用发动机，或者是民航发动机，都有可以起到很好的效果。新时代航空发动机的发展，针对密封技术，需求也变得更高，特别是环境相对恶劣的时候，如高速、高温、低温等等，对相关参数要求更高，而且还要保证其磨损率，做到较低磨损，甚至是无磨损，发热要进行一定控制，做到低发热，增长使用寿命，这些都是目前航空发动机面临的要求[3]。所以要加强改进密封技术，有针对性的提高性能，在材料选择、结构设计等方面进行改进，增强密封效果，保证其整体的有效性，最终实现使用周期长，密封压差高，密封速度快，使用温度高，更好满足社会和人们的需求。

在西方国家，研究密封技术时，地点大多选择的是企业、专业水平较强院校，进行实验研究，还有专门研制机构，总结分析发动机研制过程和成果。长期以来，在航空发动机机械系统中，应用较多的密封系统，就是刷式密封，这项技术在航空发动机工作中有一定优点，可以使运行效率得到整体有效提高，而且有着非常好的安全性、稳定性。在我国，对这项技术也进行了一定开展、研究，分析了承受压差、具体过盈量、跑道图层、刷丝材料等等，并开展深入研究，同时，在密封之后，也研究了刷丝大小、发热的排放等等，针对刷丝表面，也加强研究了其处理技术。通过这些研究，有效应用这种密封技术，在航空发动机工作时，实现整体性能的有效提升，而且耗油率也能进行有效降低。

四、主轴轴承

对于主轴轴承，它对机械旋转体可以进行有效支撑，使航空发动机运行时，产生的摩擦力，得到有效降低，从而有效保障发动机的顺利运行。在国外研究中，对于主轴轴承，其分析软件是非常专业的，轴承系统可以得到准确研究，而且随着时间发展，研究也在不断进行，积累了大量数据、大量资料，而且积累了非常丰富的经验，对于三维数字，有效进行仿真研究、设计。同时，设计制造主轴轴承时，二次碎硬得到广泛应用，这项技术的实施，对于在制造过程中，出现的剩余应力，可以做到合理、有效解决。在轴承表层，硬度性能也有了很好的提高，所以对于应力要求，可以实现很好满足。

目前，轴承技术在我国受到重视，逐渐开展研究，发动机设计、轴承研发，这两个部门展开合作，进行全面沟通交流，要满足实际需求，并在此基础上，针对应用要求，制定更加规范的标准。要进行大量实验，从而得到大量数据，以此为依据，对于轴承应用，设置数据库系统[4]。而且，还要研究专业技术，这也是非常重要的，在开展设计工作的过程中，要关注工作环境，减少其他零件的操作，破坏轴承。

五、结束语

目前，在航空发动机的开展中，为了满足人们需求，针对机械系统，做出很大改进，在主轴轴承、密封技术、润滑技术、传动技术等方面，进行一定优化和改善，从而在航空发动机工作中，使运行效率得到很大提高，运行更加稳定，耗油率得到一定降低，应用效果非常好。