09航空发动机的主要系统

第四章航空发动机主要系统4-1航空发动机滑油系统一、功用1、润滑减小摩擦力，减小摩擦损失2、冷却降低温度，带走热量3、清洁带走磨损的微小颗粒4、防腐5、除此之外，滑油系统还为其它系统提供工作介质、封严、并是发动机状态的载体二、滑油种类润滑油的种类有3类：矿物基的滑油（即从石油中提炼的）；有从动物、植物提炼的；有带添加剂的燃气涡轮发动机使用合成滑油，即从动物、植物、矿物基滑油提炼人工合成的优点：不易沉淀而且高温下不易蒸发缺点：1、不管溅到什么地方，都可能产生气泡和掉漆2、它不能同矿物基滑油混合，而且生产厂要求不同等级，型号的滑油不要混合3、合成滑油有填加剂，易被皮肤吸收，有高毒性，应避免长时间暴露和接触皮肤三、滑油系统的组成（根据部件划分）由滑油箱，增压泵，滑油滤，回油泵，滑油散热器，油气分离器，指示系统和磁性堵塞组成1、滑油箱滑油箱用来存放滑油（1）干槽式有独立外部油箱的滑油系统，现在燃气涡轮发动机绝大部分是干槽式，一般用铝合金钣或钢钣焊接而成，通常安装在发动机上（2）湿槽式滑油存在于发动机内集油槽或集油池中滑油箱滑油箱要求1、膨胀空间滑油箱应留有一定的膨胀空间这是因为使用过的滑油温度高，体积有一定的膨胀流动过程中会产生一些泡沫，亦使滑油体积变大膨胀空间的大小：根据美国联邦航空局(FAA)的规定为0.5加仑或滑油箱容积的10％，二者中较大的那个数字2、注油口注油口分为重力注油口和压力注油口，根据美国联邦航空局的要求在注油口的口盖上应标有“oil”字样。3、滑油量标尺在滑油箱内应有滑油标尺或观测窗口，便于了解滑油箱内的滑油量，滑油量表示现有的滑油容积油箱有传感器测量油箱滑油量，并在驾驶舱仪表上指示。4、放油孔在滑油箱底部应有放油孔。5、油气分离器油箱中装有油气分离器，将滑油回油中的气体分离滑油继续循环使用2、滑油泵滑油泵多为齿轮泵，可分为增压泵和回油泵，增压泵和回油泵作成一体。增压泵的功用是使滑油增压，回油泵是抽回滑油。一般回油泵的容积至少大于增压泵容积的两倍。回油温度高，且有泡沫，使回油滑油的容积大于供油容积。增压泵后有调压活门，保证在各种状态下滑油压力一定也就是控制供往各润滑部位的滑油压力，防止因滑油压力过高可能导致滑油系统渗漏和损坏系统中的某些部件齿轮泵3、滑油滤油滤的功用：过滤滑油中的微粒，使供应到轴承处的滑油是清洁干净的。油滤的分类：网状油滤，杯型油滤和螺纹式油滤，蓖齿型油滤四种。主滑油滤的组成由壳体，滤芯，旁路活门，单向活门和压差电门组成1、滤芯过滤滑油2、旁路活门在滑油滤进、出口之间有旁路活门当滤芯堵塞而使油滤进、出口压差达到一定数值时，旁路活门打开,滑油不通过油滤，直接供应到轴承处因为供应不清洁的滑油比不供应滑油要好得多与此同时，滑油压差电门接通，警告灯亮，表明油滤堵塞，应清洗油滤但这时不做维修，发动机仍能正常工作3、单向活门在油滤出口处，还装一个单向活门在发动机停车不工作时，在弹簧力的作用下，此活门关闭，堵住出口,防止滑油箱中的滑油在重力的作用下，流入发动机的轴承处，造成油箱缺油发动机工作时，油泵输出滑油，此活门打开滑油滤安装在增压泵之后，故又称为高压油滤4、滑油／燃油热交换器功用冷却滑油，加热燃油组成壳体，蜂巢管，旁通活门，滑油温度传感器等部件蜂巢管蜂巢管内流动燃油，外部流动滑油,进行热交换为了更好地进行热交换，设有隔板，迫使滑油上下流动旁通活门（温度控制活门）当温度较低，滑油粘度较大，或当散热器进出口压差达到50PSI时，此活门打开，滑油不流过散热器直接供油，以保证低温起动滑油温度传感器测量出口处的滑油温度热油箱滑油／燃油热交换器可以位于供油路上冷油箱滑油／燃油热交换器位于回油路上5、油气分离器功用为防止滑油箱、齿轮箱和轴承腔中的压力过高，在滑油系统中有通大气的通风口在空气通往机外之前，空气中的油滴将被油气分离器分离出来通过油气分离器，去除气泡、蒸汽，防止供油中断或破坏油膜，减少滑油消耗。滑油继续循环使用，空气通到机外离心式油气分离器四、滑油系统的分类按循环性质分为调压活门式系统和全流式系统。1、调压活门式供油路中的滑油压力限制到给定的设计值来控制向轴承腔供应的滑油流量滑油压力由调压活门控制当超过设计值时，它允许滑油从增压泵出口回油。在所有发动机正常工作转速下，它都提供恒定的供油压力2、全流式在整个发动机转速范围内达到要求的滑油流量，它不用调压活门，可有释压活门滑油压力由增压泵转速、滑油喷嘴尺寸、轴承腔压力决定由于滑油压力随工作状态变化而改变，保证发动机各个状态下滑油压力和流量要求，特别是高功率状态的要求调压活门式滑油系统全流式滑油系统五、滑油指标与要求航空发动机所使用的滑油要求1、粘度:粘度是流体反抗切向力的能力。在滑油系统中用60cm3的滑油在一定的温度下,流过一个已精确标定的小孔所需要的以秒为单位的时间这实际上是测量滑油的流动阻力，因为流动阻力越大，则流过小孔所需的时间越长。同种滑油粘性系数的高低主要受滑油温度的影响温度高，则粘度低。温度低，则粘度高好的滑油要求其粘性随温度的变化愈小愈好（原因）航空发动机所选用的滑油要求在金属部件表面能形成一定厚度，又能保持适当油膜强度的粘性系数最低的滑油。可保证润滑，又可以保证冷却，而且流动性好。2、闪点使滑油蒸汽产生闪燃的温度称为闪点要求滑油的闪点高于滑油工作的最高温度防止可能的火灾，滑油消耗量过大及保证很好的润滑。3、燃点有足够的可燃滑油蒸汽供给燃烧的最低温度称为燃点要求滑油的燃点高于滑油工作的最高温度4、良好的流动性滑油的流动性与滑油的粘性系数有关滑油具有适当的粘性，且随温度的变化较小，以减少流动损失。除了上述要求外,滑油还要有较好的抗氧化性和抗泡沫性起泡沫会使金属表面的油膜不连续，增大摩擦和摩损，降低输出功率，冷却效果差，且降低高空性能。不腐蚀金属，毒性小等滑油系统的常见故障1、滑油污染故障污染物:燃油,水分,灰尘,碳渣,金属屑,酸性物质等当滑油在使用中受到污染时,应更换滑油。对滑油系统的检查项目:检查滑油滤,检查磁堵,滑油取样进行光谱和铁谱分析2、滑油压力故障⑴滑油压力过高滑油压力过高容易引起滑油泄漏,造成滑油消耗量过大;还导致系统中的薄壁结构部件(如散热器)损坏。造成滑油压力过高的原因有:传感器有故障,滑油泵有故障,释压活门卡在关位等。⑵滑油压力过低滑油压力过低会造成滑油流量太少对润滑和冷却不利,使轴承处过热;若滑油压力低于允许最小值,应停车。造成滑油压力过低的原因有:传感器有故障,滑油泵有故障,释压活门卡在开位,漏油。3、滑油温度故障（1）滑油温度过高:滑油温度过高则粘度系数降低,在金属部件表面不能形成一定厚度的油膜,使润滑,冷却效果不良,而且会加大摩损,使功率下降。造成滑油温度过高的原因有:传感器有故障,释压活门卡在开位,漏油。（2）滑油温度过低:滑油温度过低则粘度变高,流动性不好,也造成润滑,冷却不良,阻力变大,功率下降,起动困难。滑油压力降低,而滑油温度升高,可能的原因是滑油量少,可能是由于释压活门卡在开位或不密封,有滑油泄漏造成的4、滑油系统机械故障由于机械加工制造过程中出现瑕疵，装配出现误差，滑油污染造成磨损，工作异常振动造成损伤。在对发动机的滑油系统进行维修时要特别注意以下几点：发动机所使用的滑油会伤害人的皮肤，当手上沾有滑油时，要急时用水冲洗掉；放滑油时，由于滑油温度较高，不油使滑油溅到身上，以免发生烫伤；加滑油时，要加规定牌号的滑油，不要加错，不同牌号的滑油不得混合使用。4-2航空发动机空气系统25民用飞机常采用涡扇发动机，流经发动机的空气系统分3级1、核心机空气系统：供应燃烧室燃烧提供推力，一些部件的冷却和封严。2、风扇空气系统：经外涵道喷出，推力的主要来源。3、内部空气系统：维持客舱气压、发动机部件的冷却与封严、发动机内部空气系统。一、空气系统冷却功用：保障发动机正常运行，降低部件温度，使之可以在超过其材料限制的温度下工作；控制温度分布均匀，避免温度梯度，防止出现因温度不匀产生的热应力；控制热膨胀，改善发动机效率。发动机需要冷却的主要区域：燃烧室、涡轮、轴承等配件。26燃烧室冷却：原因：燃气温度太高（1800~2000OC）不适于进入涡轮导向器叶片。涡轮冷却：原因:材料的耐温极限；涡轮盘温度分布不均匀；通过冷却进行间隙控制。意义：在超过材料限制的温度下工作；防止热应力疲劳及不可控的膨胀率和收缩率；控制涡轮间隙，提高发动机性能；延长涡轮导向叶片和涡轮叶片及盘、轴的寿命。271、高压涡轮导向器和叶片冷却：有单通道、多通道内部对流冷却、冲击冷却、外部气膜冷却、发散冷却等方法。2、涡轮盘和轴承冷却：采用双层壁结构轴承座，引入压气机空气，进入其中的空腔进行循环冷却。冷却空气还提供轴承滑油腔的封严和增压，阻止内部滑油腔的滑油向外泄漏。3、附件冷却：发电机、点火导线；28空气系统控制涡轮间隙控制压气机气流控制可调放气活门VBV可调静子叶片VSV高压涡轮间隙HPTACC低压涡轮间隙LPTACC过度放气活门TBV二、空气系统控制291、压气机稳定性控制不稳定工作:失速：在压气机转速保持不变的情况下，由于某种原因进入压气机的空气流量减少，造成叶轮进口攻角过大，在叶背处发生气流分离的现象叫失速。喘振：由叶片失速引起的，发生在压气机轴线方向上的低频率高振幅的气流振荡现象叫喘振。30防喘措施：中间级放气；压气机静子叶片可调；采用多转子。喘振的探测：依据压气机出口压力的下降率或转子的减速率来判断。一旦探测出发生喘振，自动打开放气活门，可调静子叶片向关的方向上调节，瞬时减少供油，提供高能高值点火，使发动机从喘振状态恢复过来。常出现喘振的阶段：启动、加速、减速和反推。31放气活门防喘工作原理：探测到喘振时，放气活门打开放气，增大放气活门之前各级的气流轴向速度，气流攻角减小，起到防止喘振的作用。脱离喘振区后，放气活门关闭。放气活门还有防止后边各级压气机进入涡轮状态的功能．放气活门关闭过早或过晚均不利：关闭过早，发动机没有脱离喘振范围，仍可能喘振；关闭过晚，放掉空气，造成浪费。321、目前民用航空发动机上大多采用可调放气活门(VBV)和可调静子叶片(VSV)：控制部件作动部件反馈部件作动部件反馈部件控制部件33VBV工作原理：活门开度根据发动机工作状态参数计算后，决定开、关和开度大小。大气温度高，放气关闭时对应的发动机转速增大。活门实际位置通过反馈钢索传回控制器与要求位置比较。3435VSV工作原理：可调静子叶片（VSV）通常是将高压压气机的进口导向叶片和前几级静子叶片做成可调的。在压气机不同的工作状态及外界条件下，通过改变工作叶轮进口处绝对速度的切向分量大小，从而改变相对速度的方向，减小攻角，防止喘振。转速低时，叶片关小；转速高时，叶片开大。叶片实际位置通过反馈钢索传回控制器与要求位置比较，或传感器传回控制器与要求位置比较。为保证防喘装置工作可靠，VBV和VSV反馈钢索必须定期或结合故障进行检查和调整，如行程检查、阻力检查和校装。3637382、间隙控制系统目的：保持涡轮叶片叶尖和机匣之间的间隙为最佳，减少漏气损失，提高发动机性能。方法：在发动机不同的工作状态下，通过引入风扇或压气机不同级的空气，进入涡轮机匣进行冷却，以达到控制涡轮机匣的膨胀量，与叶片在此发动机工作状态下的伸长量相一致。39403、引气防冰结冰条件和位置:当飞机穿越含有过冷水珠的云层或在有冻雾的地面工作时，发动机的进气道前缘，压气机前缘整流罩、第一级导流叶片都有可能结冰。危害（为什麽要防冰）:结冰会破坏进气道的气动外形，减小进气面积，使空气流量减少，功率下降，性能变差，进一步引致发动机故障。结冰会破坏转子的平衡，引起发动机振动过大。脱落下来的冰块还可能被吸入发动机，打坏发动机部件。41发动机对其防冰系统的要求：防冰系统必须在该飞机的使用要求内有效地防止冰的生成；工作可靠；易维护；重量轻；工作时不会引起发动机严重的性能损失。防冰方法：热空气加温防冰