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航空发动机三防设计

/aero-engine three proofings design/
条目作者邢丕臣

邢丕臣

最后更新 2022-12-23
浏览 124
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使航空发动机具备在盐雾、湿热和霉菌环境下可靠工作能力的设计。

英文名称
aero-engine three proofings design
所属学科
航空宇航科学与技术

航空发动机在海洋环境下能否可靠地工作,很大程度上取决于它对盐雾、湿热、霉菌环境的适应能力。盐雾是由氯化物和微小液滴所组成的气溶胶体,其主要成分为氯化钠和氯化镁,其余为少量的硫酸镁硫酸钙其他杂质等,盐雾对航空发动机的主要影响是对零部件和附件的腐蚀。湿热环境一般指相对湿度大于70%以上,温度在30℃以上的环境。湿热会使非金属材料体积膨胀、强度降低,甚至起泡、破裂和老化,引起金属材料腐蚀,导致电子装置故障。湿热大气条件是各种霉菌滋生的良好环境,霉菌不仅会使一些材料分解而导致机件直接破坏,其代谢产物会使金属腐蚀,降低绝缘电阻、介电强度,影响电气性能、损害电器或电子装置。

盐雾、湿热、霉菌三者往往同时并存,相互作用和影响,对航空发动机造成腐蚀,使得发动机使用寿命缩短、效率降低、使用费用增加,甚至造成发动机空中停车和重大事故。20世纪70年代,美国在研制F404发动机的过程中,要求发动机和附件能适应海洋性气氛的工作环境。为了满足防盐雾、防霉菌、防湿热要求,通用电气公司制定和实施了一系列三防设计和控制的技术规范。

航空发动机在霉菌条件下应能安全工作,发动机附件按相关规定进行霉菌试验;航空发动机长期处于95%或更高的相对湿度条件下时,性能不能恶化和失效,发动机附件按相关规定进行湿热试验。航空发动机在盐雾条件下工作或在盐雾空气暴露下,应能安全的工作并不损害其耐久性及使用寿命,发动机附件按相关规定进行盐雾腐蚀试验,发动机整机按相关规定进行腐蚀敏感性试验,来验证发动机符合要求。

航空发动机三防设计主要包括合理的结构设计、采用综合性能优良的耐蚀材料、选用合适的防护涂层体系三个方面。

在结构设计中注意密封,选用合适密封剂和缓蚀剂,避免雨水或清洗水流从缝隙、沟槽、搭接部位流入或渗入发动机内。注重通风和排水,使污水、积水尽快排除,防止潮气滞留发动机内,侵蚀发动机零部件。尽可能采用整体件设计方法,以减少连接对表面防护层的破坏和腐蚀介质的渗漏。避免不同的材料相互接触,不可避免时应选用允许接触的金属材料或镀层。由不同金属组成的构件要设计成阳极面积大于阴极面积,关键零件应采用阴极材料制作,特别是零件面积较小时更应如此。

在满足战技性能的前提下,尽可能选用耐腐蚀的材料。发动机三防能力很大程度上取决于材料的选取,选择本身耐腐蚀、抗菌的材料,能够从根本上提高发动机的三防能力水平。针对环境、工况及可能出现的腐蚀类型选用相应的防腐蚀材料,所选材料应具有相容性和匹配性。容易产生腐蚀而又不易检查、不易维护的部位应选用耐蚀性更加优良的材料。尽量选择对腐蚀不敏感的材料热处理状态,并特别注意加工过程中可能带来的影响。

当零部件所选材料不能满足三防要求时,需要对零部件进行表面处理或采用防护涂层进行保护,提高发动机三防能力。合金钢及含铬18%以下的耐蚀钢零部件,可采用镀镉、镀镉钛、镀镍、镀铬以及离子镀铝等方法进行防护。含铬18%的不锈钢零部件,为了提高其抗蚀能力尤其是点蚀能力,需要进行钝化处理。铝合金零部件采用硫酸阳极化、铬酸阳极化、硼硫酸阳极化或涂漆进行防护。高温合金零部件采用渗铝、渗铝硅、渗铝钛等渗层进行防护,或采用热喷涂多元金属涂层进行防护。

航空发动机在设计之初就需要考虑三防设计。各国针对所处的地理区域特点,制定相应三防设计要求及规定。航空发动机三防设计发展趋势是从系统工程的角度,考虑航空发动机全寿命周期进行综合设计,贯穿于方案论证、工程设计、生产制造和使用维护全寿命期内各阶段。

  • 李金桂.腐蚀控制设计手册.北京:化学工业出版社,2006.

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