于海濱，賈明明

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島266041）

航空發(fā)動(dòng)機(jī)清洗技術(shù)研究

于海濱，賈明明

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島266041）

清洗技術(shù)是一項(xiàng)實(shí)用的航空發(fā)動(dòng)機(jī)外場(chǎng)使用技術(shù)。通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)清洗關(guān)鍵技術(shù)的討論以及清洗前后發(fā)動(dòng)機(jī)性能對(duì)比評(píng)估，表明發(fā)動(dòng)機(jī)清洗技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程技術(shù)，在發(fā)動(dòng)機(jī)性能恢復(fù)方面的作用明顯，且外場(chǎng)條件下無可替代。

發(fā)動(dòng)機(jī)；清洗；性能恢復(fù)

0 引言

環(huán)境對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)有著不可忽略的影響。發(fā)動(dòng)機(jī)在使用過程中，不可避免會(huì)吸入工業(yè)粉塵、昆蟲等，以及從封嚴(yán)裝置泄漏的少量滑油，它們會(huì)附著在進(jìn)氣道、壓氣機(jī)葉片上，并形成沉積物。這會(huì)使進(jìn)氣道和葉片表面變得粗糙、幾何形狀發(fā)生改變（小型發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)此尤其敏感）、空氣流量減少、氣體易分離，造成壓氣機(jī)效率下降、EGT裕度減小、喘振裕度降低，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)推力（功率）下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生超溫和喘振故障。發(fā)動(dòng)機(jī)在沿海地區(qū)使用時(shí)，由于沿海地區(qū)空氣鹽霧重、濕度大。高溫、鹽份很容易附著在進(jìn)氣道和壓氣機(jī)葉片上形成鹽漬。鹽份在高溫、高濕條件下，經(jīng)過一段時(shí)間很容易使壓氣機(jī)工作葉片和導(dǎo)向器葉片發(fā)生腐蝕。鹽份存在又是渦輪葉片產(chǎn)生熱腐蝕的必要條件。腐蝕會(huì)導(dǎo)致葉片強(qiáng)度降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)形成疲勞源，由此而產(chǎn)生裂紋，縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。去除進(jìn)氣道，特別是壓氣機(jī)上的臟物和鹽分，最有效的手段就是進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)清洗［1］。

1 清洗技術(shù)概述

航空發(fā)動(dòng)機(jī)清洗是指不從飛機(jī)上拆下發(fā)動(dòng)機(jī)的條件下，定期或視情對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施清洗或防護(hù)。其目的是通過清洗清除附著在進(jìn)氣道、壓氣機(jī)葉片上的沉積物，保護(hù)葉片，從而延緩或消除空氣中雜質(zhì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，恢復(fù)劣化了的性能，保持發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)壽命，同時(shí)預(yù)防或排除發(fā)動(dòng)機(jī)某些故障的發(fā)展。

由于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)進(jìn)行清洗和防護(hù)，不需要從飛機(jī)上拆下發(fā)動(dòng)機(jī)，不需要分解發(fā)動(dòng)機(jī)，可以直接在飛機(jī)上實(shí)施，可以大大縮短維修時(shí)間并降低維修費(fèi)用。因此，國際先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，在外場(chǎng)廣泛采用壓氣機(jī)清洗和防護(hù)技術(shù)。TB3-117、阿赫耶、CFM56，T800等發(fā)動(dòng)機(jī)，在維護(hù)規(guī)范中對(duì)清洗都有明確的規(guī)定［2］。

發(fā)動(dòng)機(jī)使用的環(huán)境不同，其壓氣機(jī)葉片沉積物各種各樣，沉積物的附著力也不盡相同，但大致可以分為鹽類和由砂塵、工業(yè)粉塵、昆蟲、油類等組成的油脂污垢兩類。它們對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)影響作用形式差別很大。鹽份主要通過發(fā)動(dòng)機(jī)冷、熱腐蝕影響發(fā)動(dòng)機(jī)壽命，而油脂污垢主要通過壓氣機(jī)效率影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能。為了清洗這兩類沉積物，多采用兩種清洗方式，即冷清洗和熱清洗。無論是冷清洗還是熱清洗，為了達(dá)到清洗效果，都是在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行的。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速既不能太高，也不能太低，一般選擇適中轉(zhuǎn)速。這樣既能保持清洗液對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)有一定的撞擊力和溫度，又不能因轉(zhuǎn)速過高而使清洗液蒸發(fā)，影響清洗效果。

（1）冷清洗，一般是指發(fā)動(dòng)機(jī)在冷轉(zhuǎn)狀態(tài)，向發(fā)動(dòng)機(jī)噴入清洗劑溶液清洗葉片上的鹽份，所以冷清洗也稱“除鹽清洗”。除鹽清洗一般不易在高溫下進(jìn)行，選在冷轉(zhuǎn)狀態(tài)較佳，因?yàn)榇藭r(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較小，溫度又不高，除鹽時(shí)不會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)的熱腐蝕。由于發(fā)動(dòng)機(jī)冷轉(zhuǎn)狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間較短，一般為幾十秒鐘，要有效清除葉片上的鹽份，對(duì)清洗劑的性能要求很高。

（2）熱清洗，一般是指發(fā)動(dòng)機(jī)在慢車狀態(tài)時(shí)，向發(fā)動(dòng)機(jī)噴入蒸餾水或合適的清洗劑來清除葉片上的油脂污垢，從而還原發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，故熱清洗又叫“恢復(fù)性能清洗”。油脂污垢在葉片上附著力較強(qiáng)而冷轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)速較低，一般很難進(jìn)行有效清除。發(fā)動(dòng)機(jī)在慢車狀態(tài)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高，工作時(shí)間又較長，此時(shí)向發(fā)動(dòng)機(jī)氣流通道噴入蒸餾水或清洗劑，利用液滴與葉片的沖擊力可以基本消除葉片上的污垢，恢復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。但是在進(jìn)行熱清洗時(shí)，會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、溫度下降，其下降量因具體的發(fā)動(dòng)機(jī)而異。轉(zhuǎn)速的下降量一般為10%～20%，溫度的下降量一般為2～30℃。如果清洗時(shí)使用清洗劑，由于清洗劑一般為易燃有機(jī)化合物，當(dāng)噴入的清洗劑過多或使用不當(dāng)時(shí)，容易引起瞬時(shí)超溫或燒壞發(fā)動(dòng)機(jī)。這時(shí)利用清洗劑進(jìn)行熱清洗的弊端。

隨著化工技術(shù)發(fā)展，新型高效防護(hù)型清洗劑不斷涌現(xiàn)，使得恢復(fù)性能清洗完全可以在冷轉(zhuǎn)狀態(tài)實(shí)施。20世紀(jì)80年代開始研制投入使用的發(fā)動(dòng)機(jī)，無論是除鹽清洗還是恢復(fù)性能清洗，基本都是在冷轉(zhuǎn)狀態(tài)下進(jìn)行的，因而增加了清洗工作的安全性。

2 清洗關(guān)鍵技術(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)清洗技術(shù)研究內(nèi)容比較廣泛，從整體而言共有3項(xiàng)內(nèi)容，即清洗劑、維護(hù)規(guī)范和清洗設(shè)備。其中，前兩項(xiàng)是決定發(fā)動(dòng)機(jī)清洗技術(shù)成功與否的關(guān)鍵。

2.1 清洗劑

清洗劑是清洗技術(shù)的核心環(huán)節(jié)。清洗劑通常是有機(jī)化合物，含有表面活性劑、有機(jī)溶劑、研磨劑和增白劑等成分，一般分為水基型和溶劑型兩種。清洗劑選擇的好壞直接決定著清洗效果的優(yōu)劣。選擇或研制清洗劑應(yīng)根據(jù)清洗的目的（是除鹽還是恢復(fù)性能）、外界溫度高低、發(fā)動(dòng)機(jī)氣流通道所用材料，以及清洗類型作綜合考慮。

（1）合理選擇清洗劑。不同的清洗目的，不同的沉積物，就需要不同類型特點(diǎn)的清洗劑。

選擇清洗劑類型時(shí)，也會(huì)受到外界溫度的影響。當(dāng)外界溫度較低（在0～5℃或以下）時(shí)，一般的清洗劑就容易結(jié)冰，所以在低溫的情況下應(yīng)該選擇冰點(diǎn)較低的清洗劑。歐美國家的發(fā)動(dòng)機(jī)一般采取清洗劑加防冰劑的方式防冰，不同的溫度段，其配比不同。前蘇聯(lián)發(fā)動(dòng)機(jī)在低溫條件下在采用改變清洗劑配比的同時(shí)，還采取對(duì)清洗液進(jìn)行加溫（50～70℃）進(jìn)行防冰清洗。

（2）清洗劑的選擇與研制還要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)氣流通道內(nèi)的材料性能。清洗劑首先要達(dá)到清洗目的，其次還要求在清洗過程中不能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣流通道內(nèi)的金屬、非金屬材料產(chǎn)生腐蝕。任何一種清洗劑都必須經(jīng)過特定發(fā)動(dòng)機(jī)考驗(yàn)，對(duì)其技術(shù)要求相當(dāng)苛刻，因此清洗劑應(yīng)是在嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)條件下研制出來的。為此，美國軍標(biāo)準(zhǔn)MIL-C-85704B《航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)馔ǖ狼逑磩┸娪靡?guī)范》中，對(duì)清洗劑的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)達(dá)23項(xiàng)之多，其中腐蝕性能8項(xiàng)，使用性能8項(xiàng)，理化性能7項(xiàng)?！兑?guī)范》對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)都做出了詳細(xì)的規(guī)范要求。一個(gè)產(chǎn)品同時(shí)達(dá)到如此多的技術(shù)要求，其要求之高、要求之全面可想而知。

2.2 維護(hù)規(guī)范

維護(hù)規(guī)范是實(shí)施航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)清洗和防護(hù)技術(shù)的綱領(lǐng)性文件，是特定機(jī)型在理論分析研究與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上總結(jié)出來的，它對(duì)清洗的時(shí)機(jī)或周期，對(duì)使用清洗劑的型號(hào)及配比、清洗液的多少，清洗時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)及實(shí)施程序都作了明確的規(guī)定。表1列出了某型發(fā)動(dòng)機(jī)的清洗周期。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施清洗的程序設(shè)定為：冷轉(zhuǎn)→清洗→蒸餾水沖洗→干燥→噴防護(hù)劑。只有嚴(yán)格按照維護(hù)規(guī)范進(jìn)行操作，才能達(dá)到清洗目的。

表1 某型發(fā)動(dòng)機(jī)清洗周期

2.3 清洗設(shè)備

清洗設(shè)備是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施清洗的裝置，因機(jī)型而異。岸基飛機(jī)使用的發(fā)動(dòng)機(jī)一般采用清洗車；艦載機(jī)上的發(fā)動(dòng)機(jī)一般采用手提式或背包式清洗設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般由盛清洗劑溶液的容器、壓力源（氣源或電動(dòng)泵）、噴槍、控制板等組成。盛清洗劑溶液的容器體積因發(fā)動(dòng)機(jī)和選擇清洗劑而異，一般為6～40 L。無論是空壓機(jī)、蓄氣瓶，還是電動(dòng)泵作為壓力源，都不會(huì)超過0.98×105Pa，壓力的高低取決于噴槍在清洗發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)的流量。目前，無論實(shí)施什么樣的清洗目的，都用一個(gè)清洗設(shè)備，它們之間靠一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。為了適應(yīng)低溫環(huán)境下清洗，前蘇聯(lián)的清洗設(shè)備還具有電加熱裝置。

隨著對(duì)清洗技術(shù)認(rèn)識(shí)的增加，先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)公司在設(shè)計(jì)時(shí)已對(duì)清洗問題作了考慮，如T800在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道上設(shè)計(jì)專為發(fā)動(dòng)機(jī)外場(chǎng)清洗用的清洗環(huán)。

3 清洗效果評(píng)估

3.1 評(píng)估方法

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)清洗實(shí)際效果的評(píng)定，只能對(duì)恢復(fù)性能清洗做出準(zhǔn)確評(píng)判。它實(shí)際是對(duì)選擇的清洗劑、維護(hù)規(guī)定所規(guī)定內(nèi)容及清洗設(shè)備的綜合驗(yàn)證，一般外場(chǎng)采用對(duì)比法進(jìn)行評(píng)估，有4個(gè)步驟。

（1）清洗前，先進(jìn)行常規(guī)試車，并進(jìn)行有關(guān)性能數(shù)據(jù)。

（2）按維護(hù)規(guī)范實(shí)施清洗。

（3）在同樣條件下再進(jìn)行試車，并記錄有關(guān)性能數(shù)據(jù)。

（4）對(duì)所錄取的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

通過數(shù)據(jù)對(duì)比，很容易得出經(jīng)過清洗原發(fā)動(dòng)機(jī)性能恢復(fù)效果大小。對(duì)除鹽清洗，因?yàn)樗绊懙桨l(fā)動(dòng)機(jī)的壽命，所以很難在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行效果評(píng)定。

3.2 評(píng)估結(jié)果

經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，清洗對(duì)恢復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)性能非常有效，尤其對(duì)航線分布在沿海地區(qū)或多沙塵地區(qū)的發(fā)動(dòng)機(jī)，效果更顯著，且成本低。通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道、壓氣機(jī)葉片及整個(gè)核心機(jī)氣路用一定壓力的水（或清洗劑）清洗，一般可降低排氣溫度5～20℃，個(gè)別發(fā)動(dòng)機(jī)可達(dá)40℃，發(fā)動(dòng)機(jī)功率一般可提高清洗前的2%～5%，個(gè)別可提高更多。某型發(fā)動(dòng)機(jī)廠內(nèi)長期試車中采用清洗程序后，性能效果見表2

從表2中可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度（起飛狀態(tài)）下降20～50℃，功率（起飛狀態(tài)）恢復(fù)明顯，大約能夠提高發(fā)動(dòng)機(jī)在清洗前功率的4%～7%，清洗的效果比較可觀。

表2 發(fā)動(dòng)機(jī)清洗前后參數(shù)對(duì)比

4 結(jié)束語

航空發(fā)動(dòng)機(jī)清洗技術(shù)雖然不屬于發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，但是在發(fā)動(dòng)機(jī)性能恢復(fù)中的作用無可替代。清洗投入經(jīng)費(fèi)較小，可以延緩或保持發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命，延長了發(fā)動(dòng)機(jī)推力（功率）下降時(shí)間。國外在上世紀(jì)70年代就已經(jīng)開始研究發(fā)動(dòng)機(jī)清洗技術(shù)。我們?cè)谶@方面還相對(duì)落后。發(fā)動(dòng)機(jī)清洗技術(shù)看似簡(jiǎn)單，實(shí)則是一個(gè)系統(tǒng)工程，從清洗劑研制、到清洗規(guī)范、到清洗設(shè)備，必須系統(tǒng)考慮，這樣才能使發(fā)動(dòng)機(jī)清洗技術(shù)真正在實(shí)用中發(fā)揮作用。

［1］李本威，王秀霞，胡國才，等.渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)清洗技術(shù)研究［J］.航空發(fā)動(dòng)機(jī)，2000，（1）:12-16.

［2］孫護(hù)國，于海濱，霍武軍，等.渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)清洗技術(shù)及其發(fā)展［D］.第十六屆全國直升機(jī)年會(huì)論文，2000.

〔編輯 王永洲〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.11.50