王茹雪 韓冰 李偉 郭桃都
摘? 要:某航空發(fā)動機送達外場后,使用前發(fā)現(xiàn)氧氣單向閥堵頭內(nèi)含有大量液體。為查找問題產(chǎn)生的原因,對發(fā)動機補氧系統(tǒng)各部件進行了分解、檢查,復查相關的分解、裝配、試車等環(huán)節(jié),并對類似交付狀態(tài)的發(fā)動機進行相關的分解、復查,同時從發(fā)動機自身結構、補氧系統(tǒng)工作原理進行了系統(tǒng)的分析。最終確認了補氧系統(tǒng)存在少量積液是冷凝水,不影響發(fā)動機的飛行安全,可正常使用。
關鍵詞:航空發(fā)動機;補氧系統(tǒng);冷凝水
中圖分類號: V232? ? ? ? ? 文獻標志碼:A
某型號航空發(fā)動機送達外場后,外場發(fā)現(xiàn)氧氣單向閥堵頭內(nèi)有大量液體殘留。對該問題展開理論探究與實驗分析,探究積液的成分、產(chǎn)生原因以及積液形成、存在是否對發(fā)動機試飛存在影響。
1 航空發(fā)動機補氧系統(tǒng)作用
航空發(fā)動機在常溫常壓下點火起動均無問題。但當飛機處于巡航狀態(tài)的高度甚至更高的高度時,所處外界環(huán)境的空氣溫度和壓力很低,導致燃油霧化差,同時又因高空氧氣稀薄,導致發(fā)動機難以自主完成高空再點火工作。此時需要補氧系統(tǒng)提供額外的氧氣,幫助航空發(fā)動機在高空完成高空再點火工作。
該型號發(fā)動機的補氧系統(tǒng)為一個獨立的系統(tǒng),由管路,氧氣單向閥和一個氧氣單向閥堵頭組成。該航空發(fā)動機積水的氧氣單向閥堵頭即屬于補氧系統(tǒng)。
2 補氧系統(tǒng)結構及裝配過程復查分析
將該航空發(fā)動機補氧系統(tǒng)進行全面分解,搜集積液送理化所分析,經(jīng)過對搜集積液的pH、氣味和液面是否有漂浮物等方面進行判別,搜集液體成分為水(H2O);對補氧系統(tǒng)所有零組件進行外觀檢查及磁力探傷檢查,無問題。
對補氧系統(tǒng)零組件的檢查說明,零組件無導致氧氣單向閥堵頭積水的損壞,因此,對補氧系統(tǒng)各零組件的生產(chǎn)裝配過程進行復查。
氧氣單向閥在單件入廠驗收時,需進行密封性檢查,試驗介質(zhì)是水或煤油。但裝配前,無用水或煤氣對氧氣單向閥進行密封性的檢查要求,而需對氧氣單向閥進行目視檢查,檢查氧氣單向閥是否有損傷及多余物,并對氧氣單向閥表面進行汽油擦洗,故發(fā)動機裝配前,氧氣單向閥存在積水的可能性較小。
發(fā)動機每次裝配前均需對補氧系統(tǒng)管路進行沖洗,首先,用航空汽油清洗管路外表面;其次,在不大于一定壓力下清洗管路內(nèi)腔;再次,用酒精清洗管路內(nèi)腔;最后,用潔凈的氮氣吹干管路內(nèi)腔,因此,裝配前存留積水的可能性較小。
接頭與氧氣單向閥堵頭在裝配前均需進行目視檢查,檢查氧氣單向閥堵頭是否有損傷及多余物,裝配前存在積水的可能性較小,基于此,初步判定該臺航空發(fā)動機的氧氣單向閥的積水并不是因為裝配過程不符合要求導致的,即我們認為,人為操作失誤導致氧氣單向閥堵頭的積水形成的可能性較小。
3 合格發(fā)動機復查情況分析
為明確積水原因,拆分同時期裝配的多臺發(fā)動機檢查補氧系統(tǒng)是否存在積水。拆分了約20臺份發(fā)動機的補氧系統(tǒng)后,檢查發(fā)現(xiàn),未經(jīng)過試車的發(fā)動機氧氣單向閥堵頭與管路內(nèi)均無積水;但大部分已試車的發(fā)動機的氧氣單向閥堵頭內(nèi)含有少量的不等量的積水;部分試車后發(fā)動機的補養(yǎng)系統(tǒng)的管路內(nèi)亦留存有少量的不等量的積水。初步判斷補氧系統(tǒng)內(nèi)的積液情況為成批性問題,鞏固之前的結論,航空發(fā)動機的積水并非由于裝配過程不符合要求導致的,很大可能為裝配工藝或設計結構導致批量的發(fā)動機補氧系統(tǒng)管路內(nèi)存在積水。
對10臺份的補氧系統(tǒng)重新進行廠內(nèi)密封實驗,對管路、氧氣單向閥堵頭、接頭的密封實驗顯示均無液體滲漏現(xiàn)象。對氧氣單向閥進行密封實驗時,發(fā)現(xiàn):將氧氣單向閥正反兩個方向通空氣,接頭涂肥皂液,檢查氮氣單向閥的密封性時,部分氧氣單向閥的反向密封性不好。對氧氣單向閥與導管組件組合進行液體滲漏試驗,將管路及氧氣單向閥組裝后管路內(nèi)灌油,氧氣單向閥倒置,檢查密封性,部分氧氣單向閥堵頭存在輕微的液體滲漏現(xiàn)象。
復查相應技術文件要求,文件規(guī)定:發(fā)動機工作中在不補氧狀態(tài)下管路中基本沒有氣流流動;用空氣檢查閥門的氣密性,允許接頭有輕微泄漏量。將檢查結果與設計文件相比對,我們認為,航空發(fā)動機的氧氣單向閥存在反向的輕微密封性不好的狀態(tài),該輕微密封性不好符合技術文件要求,但該輕微密封性不好可能導致發(fā)動機補氧系統(tǒng)內(nèi)積水。
4 積液產(chǎn)生的理論性分析
通過對發(fā)動機結構、裝配時的季節(jié)溫度、空氣濕度以及裝配后的試車過程的分析,最終確定積水原因如下:
(1) 發(fā)動機在地面工作時,內(nèi)涵道中可以達到相當高的壓力、溫度,在該壓力、溫度下,水均以水蒸氣的形態(tài)存在于內(nèi)涵道中。補氧管路與內(nèi)涵道是相通的,即管路內(nèi)氣壓相同,但管路布置在外涵外側(補氧管路為U型結構,下方的管路溫度要明顯偏低,僅略高于大氣溫度,這時管路內(nèi)的空氣密度相對降低??諝庵械娘柡蜐穸入S溫度的降低而降低,原管路內(nèi)高壓空氣中水蒸氣存在飽和后凝結的情況,所以管路內(nèi)有少量的凝結水應是正?,F(xiàn)象。
(2)? 最近為夏季,氣候多雨,發(fā)動機在試車時,外部空氣濕度較大,有時空氣的相對濕度甚至超過80%。氧氣單向閥進口端存在符合要求的輕微密封性不好的狀態(tài),導致氧氣單向閥進口端與大氣相通,于是內(nèi)涵道的氣體可逆流到補氧系統(tǒng)中,同時氧氣單向閥的輕微密封性不好會使管路內(nèi)空氣有微量流動,再加上多次試車作用,最終導致凝結水主要集中在氧氣單向閥堵頭處。
5 積液影響分析
經(jīng)對補氧系統(tǒng)材料、結構,發(fā)動機試飛流程,補氧系統(tǒng)工作環(huán)境等內(nèi)容討論分析后,得到以下幾點結論:
氧氣單向閥內(nèi)部材料均具有一定的防腐性能,積水不會腐蝕氧氣單向閥內(nèi)部材料(技術條件中允許采用水進行強度打壓試驗)。
地面起動時補氧系統(tǒng)不工作;試飛時,飛機的發(fā)動機機艙相對封閉,發(fā)動機工作后機艙內(nèi)溫度會隨之升高,據(jù)測量,溫度大約為幾十攝氏度,最大可超過100℃。補氧系統(tǒng)在高空中才會使用,這時的機艙溫度可視為補氧系統(tǒng)的環(huán)境溫度,因此氧氣單向閥內(nèi)水分基本已蒸發(fā)完畢,在高空低溫環(huán)境下,已蒸發(fā)的水分會凝華均部在補氧系統(tǒng)管路中,不會對發(fā)動機工作產(chǎn)生影響。
在裝機狀態(tài)下,由于飛行架次停車后,發(fā)動機機艙溫度相對較高,基本不會存在冷凝水累積問題,所以出現(xiàn)的積水水量不會大,至多為毫升量級,另外由于氧氣單向閥在發(fā)動機下方,積水部位明確,執(zhí)行功能單一,因此不會對發(fā)動機的其他部件及功能造成影響。
在臺架裝配狀態(tài)下,氧氣單向閥進口端連接的是工藝堵頭,在裝機狀態(tài)下進口端連接的是氧氣管路,密封性提高。
根據(jù)上述分析,認為補氧系統(tǒng)內(nèi)存在凝結水是正?,F(xiàn)象,不同臺份發(fā)動機由于使用環(huán)境和條件的差異,凝水量會有所不同,但對發(fā)動機使用不會造成影響。
結語
通過對外場發(fā)現(xiàn)氧氣單向閥堵頭內(nèi)含有較大量積液的問題的探究分析,判定該型號發(fā)動機補氧系統(tǒng)內(nèi)的少量積水為冷凝水,不影響發(fā)動機的飛行安全,可正常使用。
參考文獻
[1]王柏森,張弛,林宇震,等.多級旋流預燃區(qū)補氧對常壓點火特性的影響 [J].航空動力學報,2014(5):1086-1090.