國產發動機壽命終于達到美方發動機一半：關鍵技術獲重大突破
2018-08-22
目前，航空發動機的發展方向是大推重比、高可靠性和長壽命，而航空發動機主軸軸承的性能和使用壽命是決定發動機可靠性的"關鍵"因素之一。在我國，渦扇10太行發動機的研制成功實現了國產發動機從渦噴到渦扇、從中等推力到大推力的跨越，但在研制太行發動機的過程中，多次出現由于發動機主軸軸承可靠性原因導致問題發生，發動機研究人員開始意識到“軸承的使用壽命和可靠性”已成為制約我國高性能發動機研制的“瓶頸”問題 。目前還沒有公開資料披露太行發動機主軸壽命，但從AL-31再制造的資料可知，國內為其生產的軸承給定壽命為僅為500到600小時，即到發動機首翻期就需更換軸承。而據國外資料報道，德國FAG、瑞典SKF等先進軸承公司研制的發動機主軸軸承壽命已經達到上萬小時以上，且到壽后可以視情維修，進一步延長壽命。我國軸承與國外先進水平差距十分巨大。
我國發動機Z新軍用標準規定，所有的渦扇、渦軸、渦噴發動機必須通過潤滑油中斷半小時發動機仍然繼續正常工作的試驗標準，以適應戰時飛機發動機被擊傷，發動機潤滑油全部泄漏，飛機仍然安全返回的需要。這個標準難度要求很高，據稱，我國研制的某大涵道比渦扇按此標準在進行滑油中斷試驗時，為了通過Z大推力下30秒無滑油潤滑這個試驗科目,造成此兩臺發動機損壞，影響和損失巨大。從上述資料可知，軍用航空發動機主軸承是核心關重件，長期工作在高速（14500轉/分鐘）重載荷（不小于5噸）的惡劣工況，且在結構設計中多采用噴油潤滑模式，這會導致在戰斗機進行超設計條件大機動飛行時發動機滑油潤滑不到位，油膜建立不好等問題，引發軸承失效的重大事故，這也是AL31發動機一個老大難問題。
由于AL-31和太行已是定型產品，采用新型的主軸設計方案代價太大，能否在不改變軸承材料與結構設計的基礎上,通過表面工程技術提高軸承使用壽命是一個有效的技術途徑。由于金剛石是所有天然物質中Z硬的材料，并具有低的熱膨脹系數和非常低的摩擦系數，人們很自然的想到如果將軸承動部件鍍上一層金剛石薄膜，那軸承的壽命和性能就會大大提高，但是目前生產金剛石膜都需要在高溫高壓下進行，而軸承所用的鋼材回火溫度較低，在高溫下鍍膜軸承本體的性能反而大幅降低，得不償失。而中國農機院下屬金輪公司的科研人員Z近研制出了一種能夠在200°C以下對鋼鐵表面進行類金剛石鍍膜的設備，使軸承的性能大幅提高。
據公開資料披露，在以渦扇10主軸承做試驗對象時，模擬發動機連續50次作戰起飛狀態，每次作戰起飛時間為1小時（其中35分鐘巡航狀態，15分鐘加力狀態，0分鐘慢車狀態），連續運行50小時后，鍍類金剛石薄膜的軸承無任何肉眼可見的磨損，而現役的未鍍膜的軸承此前從未完成8個小時的連續運行。這也意味著我國航空發動機主軸承的壽命提高了至少6倍，達3000小時，幾乎和太行發動機同壽，達到美方同類發動機壽命一半的水平。
在Z值得關注的無油潤滑30分鐘運行試驗中，由于太行發動機設計定型時已通過此項標準，因此鍍膜軸承和未鍍膜軸承均順利完成，但現役未鍍膜軸承組件做完實驗后破壞嚴重,必須更換，而鍍膜軸承幾乎無損壞，可以繼續試驗。值得一提的是，該鍍膜軸承的壽命還遠遠不止3000小時，只是因為要用該產品做其他試驗，而未做破壞性壽命長試，但也足以滿足軸承與太行發動機同壽的要求。
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