董德偉，劉寧致

(1.中國(guó)航發(fā)湖南動(dòng)力機(jī)械研究所，湖南 株洲412002；2.空裝駐株洲地區(qū)軍事代表室，湖南 株洲412002)

在航空技術(shù)飛速發(fā)展的今天，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)占據(jù)了航空動(dòng)力的主導(dǎo)地位。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)在航空器上的大量應(yīng)用，給航空器帶來(lái)了飛速的發(fā)展，航空器已經(jīng)從小型表演觀賞型發(fā)展為大型通用型，亦經(jīng)歷了從慢速到超音速的過(guò)程。隨著軍民用航空器的大量使用，航空器事故頻發(fā)也越來(lái)越受到人們的關(guān)注，在導(dǎo)致航空器事故的諸多因素中，發(fā)動(dòng)機(jī)故障是關(guān)鍵原因之一，另?yè)?jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，發(fā)動(dòng)機(jī)故障占距了20% ～30%［1］。燃燒室作為發(fā)動(dòng)機(jī)的主要構(gòu)成部分，充分了解并及時(shí)發(fā)現(xiàn)燃燒室故障，對(duì)于保障發(fā)動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行有著關(guān)鍵的意義。

1 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室介紹

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室由機(jī)匣、火焰筒、燃油噴嘴、旋流杯、點(diǎn)火裝置等組成。由壓氣機(jī)擴(kuò)壓段出來(lái)的高壓空氣分成兩股：一股(約占1/4～2/5)進(jìn)入火焰筒前部，與噴嘴噴出來(lái)的燃油混合形成油氣混合氣，經(jīng)點(diǎn)火裝置點(diǎn)火后燃燒。另一股(占3/4～3/5)從火焰筒與外機(jī)匣間流過(guò)，對(duì)火焰筒壁面進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)入火焰筒與高溫燃?xì)鈸交?，使燃?xì)鉁囟冉档?，達(dá)到渦輪所要求的溫度。通常要求燃燒室具有燃燒穩(wěn)定、燃燒效率高、點(diǎn)火邊界寬、流動(dòng)阻力小以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、安全可靠和壽命長(zhǎng)等特性［2］。

燃燒室按氣流在燃燒室中流動(dòng)的方向可分為以下三種：

直流式：氣流在燃燒室中沿軸向流動(dòng)。多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)采用這種燃燒室。

折流式：氣流由壓氣機(jī)流出后，折成兩路流入火焰筒。一般與甩油盤(pán)配合使用。

回流式：壓氣機(jī)出口的空氣由燃燒室的后端流入火焰筒頭部。一般用于采用離心式壓氣機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)中。

本文所討論的燃燒室類(lèi)型屬于回流式燃燒室，該燃燒室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1 所示。

2 故障分析

燃燒室作為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)承受熱負(fù)荷最大的部件，常見(jiàn)的故障現(xiàn)象有火焰筒變形、裂紋、掉塊，燃油噴嘴噴口有積炭、腐蝕，旋流杯裂紋、燒蝕等。故障產(chǎn)生的原因可以歸納為以下幾點(diǎn)：

2.1 受高溫?zé)釕?yīng)力引起的故障

由于燃燒室承受的熱負(fù)荷大，溫度高，同時(shí)局部受熱不均，會(huì)引起很大的熱應(yīng)力，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間工作而產(chǎn)生變形、裂紋、掉塊等。這類(lèi)故障多發(fā)生在火焰筒頭部、筒體、排氣彎管等部位。

2.2 受機(jī)械振動(dòng)引起的故障

受機(jī)械振動(dòng)引起的故障。多發(fā)生在燃燒室內(nèi)、外部的聯(lián)接部位。

2.3 積炭和腐蝕引起的故障

在局部高溫及富油的條件下容易生成積炭。在燃燒區(qū)內(nèi)，高溫燃?xì)馊菀滓鸶g。積炭及腐蝕對(duì)噴嘴影響最大，它們破壞了噴嘴表面，特別是破壞了燃油出口的結(jié)構(gòu)形狀，使燃油霧化受阻。

2.4 燃燒過(guò)程組織不善引起的故障

燃油與空氣不匹配或者分布不均勻，會(huì)引起燃燒室出口溫度場(chǎng)及全臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)鉁囟葓?chǎng)不均勻，從而導(dǎo)致局部扇形區(qū)內(nèi)產(chǎn)生裂紋或燒傷。

3 內(nèi)窺鏡檢查的作用

燃燒室作為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的主要部件，由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，無(wú)法用肉眼直接對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，亦無(wú)法采用其它技術(shù)手段對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。通過(guò)引入內(nèi)窺鏡檢查技術(shù)，可以在不分解發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下對(duì)燃燒室各部件進(jìn)行100%檢查。能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)工作后出現(xiàn)的各種問(wèn)題，并能夠及時(shí)對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行評(píng)估。

內(nèi)窺鏡檢查技術(shù)(VT)屬于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)手段之一，用于解決人眼無(wú)法直接觀察到的場(chǎng)所的檢查和觀察［3］。隨著內(nèi)窺鏡檢查技術(shù)的發(fā)展，該項(xiàng)技術(shù)在各個(gè)行業(yè)得到了大量的應(yīng)用，尤其在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域上應(yīng)用特別廣泛，已經(jīng)成為發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)、維護(hù)、檢修的必備手段之一。內(nèi)窺鏡檢查技術(shù)隨著科技發(fā)展的進(jìn)步，其功能性得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。目前的內(nèi)窺鏡檢查手段能夠?qū)Ρ挥^察部位進(jìn)行拍照、錄像、測(cè)量以及通過(guò)內(nèi)置軟件進(jìn)行圖片后處理，例如對(duì)同一部位不同時(shí)間段的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比等。

通過(guò)內(nèi)窺鏡檢查技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室而言，僅需要分解一個(gè)點(diǎn)火裝置或一個(gè)特設(shè)的窺視孔將內(nèi)窺鏡的插入管插入即可進(jìn)入燃燒室內(nèi)部，通過(guò)控制插入管前端的鏡頭，就能夠在不需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)分解即可對(duì)燃燒室實(shí)現(xiàn)檢查工作。內(nèi)窺鏡檢查技術(shù)的應(yīng)用，不但能得到用肉眼都無(wú)法看到的清晰照片，還能隨時(shí)了解燃燒室內(nèi)部的問(wèn)題或問(wèn)題的擴(kuò)展情況。對(duì)于保障發(fā)動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行有著不可估量的作用。

4 典型故障

該型號(hào)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)研制過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)歷經(jīng)了各種科研試車(chē)的考驗(yàn)。特別是其燃燒室部件還單獨(dú)進(jìn)行了各種科研試驗(yàn)。充分暴露并發(fā)現(xiàn)了該燃燒室的故障問(wèn)題，通過(guò)長(zhǎng)期的試驗(yàn)、跟蹤、總結(jié)，該燃燒室的故障問(wèn)題可以歸納為以下幾類(lèi)：高溫?zé)釕?yīng)力引起的變形(圖2)及裂紋類(lèi)故障、機(jī)械振動(dòng)引起的裂紋類(lèi)故障、腐蝕類(lèi)故障、積炭類(lèi)故障。

各類(lèi)具有代表性的故障圖例如圖2～圖8 所示：

圖3 燃燒室大彎管裂紋

圖4 燃燒室大彎管裂紋兩個(gè)階段的對(duì)比圖

圖5 燃燒室火焰筒掉快現(xiàn)象

圖6 燃燒室大彎管與燃?xì)鉁u輪連接處開(kāi)裂機(jī)械振動(dòng)

圖7 燃燒室內(nèi)腐蝕圖例

圖8 燃燒室渦流器積碳

5 結(jié)論

通過(guò)引進(jìn)內(nèi)窺鏡檢查技術(shù)對(duì)該燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室檢查，能夠觀察到燃燒室內(nèi)部各個(gè)部位；能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部出現(xiàn)的各種故障情況；能夠及時(shí)對(duì)發(fā)現(xiàn)的故障情況進(jìn)行分析；能夠及時(shí)了解燃燒室的工作狀態(tài)水平。為了保障燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的安全試車(chē)，內(nèi)窺鏡檢查技術(shù)在該燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室是完全可行的。