航空发动机磨损故障的探究

中图分类号：V233 文献标识码：A 文章编号：1008-925X(2011)06-0101-01

摘要:航空发动机磨损类故障直接威胁着整个航空事业的安全与运行。磨损是航空发动机的主要故障之一：由机匣相磨，外物损伤引起的气路磨损故障，它是导致航空安全事故发生的始作俑者；因滑油零部件失效引起的磨损故障。产生原因主要是磨料磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损、黏着磨损。目前，发动机滑油零部件磨损故障监测与诊断技术主要采用滑油分析法，即分析滑油中所涵盖的磨损物的含量，成份以及种类，从而推断出相关零部件的磨损状况。

关键词:航空发动机；磨损；故障；探究

众所周知，发动机是飞机的重要组成部分，对飞机的研制和性能起着决定性的作用，而航空发动机磨损类故障更直接威胁着整个航空事业的安全与运行。因此，航空发动机磨损故障诊断研究变得极为关键。

1 航空发动机磨损故障产生的原因

磨损是航空发动机的主要故障之一，中国民航曾因磨损故障发生过几起安全事故。据中国民航总局的统计资料，机械故障引起的重大飞行事故占37.9%，而发动机系统的故障又占所有机械故障的60%。在发动机各类故障中，磨损是主要故障。中国民航仅因轴承、齿轮和密封件等元件的不正常磨损导致发动机停车或提前换发的事故就发生过多起。经研究发现，航空发动机中主要存在以下两种磨损故障：

1.1 由机匣相磨，外物损伤引起的气路磨损故障，它是导致航空安全事故发生的始作俑者。其产生原因大致可分为三方面：一方面，因发动机叶片引起的机匣相磨。机匣相磨发生时不会马上影响发动机正常的安全运转，但它会加大叶片振动频率，致使叶片裂纹扩大，从而造成叶片折断。如1978年斯贝MK202型发动机就因高压压气机叶片的机匣相磨故障造成叶片排气边缘脱落。另一方面，受发动机中的夹杂物撞击引起的外物损伤，诱发发动机的性能不断恶化，甚至致使异常停车发生。虽然它本身不会立即产生整机安全危害，但是可能会使叶片严重扭曲或者断裂。最后，是气路烧蚀故障，这种故障常发生在涡轮导向器、高压压气机叶片部位。如若未能得到及时发现与处理，也会引起叶片掉块，甚至会让其他叶片也受到伤害。

1.2 因滑油零部件失效引起的磨损故障。产生原因主要是磨料磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损、黏着磨损。它普遍存在于发动机的转子轴承、齿轮等零部件部位。如某市在一段时间内曾有多台发动机先后发生燃气发生器轴承部位严重磨损故障，发动机液压泵正齿轮也多次出现齿面压陷与磨损脱落故障，某涡喷发动机曾多次在使用过程中出现过离心活门进油接头磨损松动故障。然而，这些故障多发部位基本上都具备良好的条件。一旦磨损故障发生，事必会影响航空发动机整个系统工作的进行，同时磨损脱落物会随着滑油流经其他零件，从而促使其他零部件的磨损进一步恶化，导致大量的零部件报废，最终发生异常停车事故。

综上所述，发动机磨损故障对发动机的正常运行有着不容忽视的作用。由于气路高温密闭的工作环境，使得航空发动机磨损故障监测诊断工作变得难上加难。

2 航空发动机磨损故障诊断研究

国内外科研工作者经过不断地研究和长期地探索，在发动机油零部件的磨损故障方面取得了丰硕的成果，形成了一套较为完善的监测与诊断技术体系。但是，限于气路高温密闭的工作环境，气路磨损故障还未能找到非常有效的办法。目前，发动机滑油零部件磨损故障监测与诊断技术主要采用滑油分析法，即分析滑油中所涵盖的磨损物的含量，成份以及种类，从而推断出相关零部件的磨损状况。

现阶段被广泛应用的现代航空发动机能够通过信号式油滤或磁性螺堵对滑油中的磨损物含量进行在线监测，当超过一定的指标时便发出报警信号，待发动机停止运转后便会继续进行检查。对发动机滑油零部件磨损故障最为有效的监测与诊断手段便是滑油离线监测技术，它通过磨粒显微、磨粒计数进行滑油采样和离线分析。

例如，南京航空航天大学发动机故障诊断研究所就在此领域取得一定的成效，研究出DMAS系列的智能化铁谱分析系统，直接有效地解决了发动机滑油零部件磨损故障的监测与诊断问题。此外，滑油离线监测技术还能对发动机进行振动监测和性能分析。然而，在发动机气路磨损故障监测与诊断技术研究方面一直还未能找到行之有效的方法，仍然沿用传统的气路参数建模结合性能分析法这种手段来监测和诊断气路磨损故障，它在一定程度上能够监测和诊断磨损问题，但是其监测效率并不理想，诊断效果也不尽人意。我国能够直接用于监测和诊断磨损故障的技术研究少之又之，几乎没有。但是在国外，尤其是美国，已经研究开发多年了，而且有大量的研究成果，实用系统推出，比如美国史密斯工业公司研究的EEMS系统（Engine Electronic Monitoring System）等。美国使用的联合战斗机（JSF）计划中专门设置了PHM（Prognosties and Health Management）项目其采用的就是换代系统IDMS（Ingested Debris Monitoring Syste）和EDMS（Engine Distress Monitoring System）系统,EEMS，IDMS，EDMS, 这三种检测系统，他们的设计原理大同小异，都是检测发动机气路气流中微粒携带的电荷量大小和变化的趋势，再结合转速等发动机的性能参照参数，来判断发动机气路的磨损情况。但目前技术尚不成熟，只能得出大概判断结果，不能精确判断具体情况，虚警率很高。

3 总结

航空发动机的磨损故障不仅会引起其他故障发生，而且也会直接造成安全事故。所以，发动机故障诊断技术是当今乃至未来整个航空系统至关重要的环节。

因此发展发动机故障诊断技术意义深远，且目前看来，依然存在了很大的发展空间，比如向智能化发展，无需人工操作即可自行完成诊断过程，精确的给出诊断结果及相关修复方案供选择。现在，很多新兴的理论与方法纷纷在发动机故障诊断领域找到了用武之地，这必将促使发动机故障诊断技术更加完善。