目前,航空發(fā)動機的發(fā)展方向是大推重比、高可靠性和長壽命,,而航空發(fā)動機主軸軸承的性能和使用壽命是決定發(fā)動機可靠性的"關鍵"因素之一,。在我國,,渦扇10太行發(fā)動機的研制成功實現(xiàn)了國產(chǎn)發(fā)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(fā)動機的過程中,,多次出現(xiàn)由于發(fā)動機主軸軸承可靠性原因導致問題發(fā)生,,發(fā)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(fā)動機研制的“瓶頸”問題 。目前還沒有公開資料披露太行發(fā)動機主軸壽命,,但從AL-31再制造的資料可知,,國內為其生產(chǎn)的軸承給定壽命為僅為500到600小時,,即到發(fā)動機首翻期就需更換軸承。而據(jù)國外資料報道,,德國FAG,、瑞典SKF等先進軸承公司研制的發(fā)動機主軸軸承壽命已經(jīng)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(fā)動機最新軍用標準規(guī)定,,所有的渦扇,、渦軸、渦噴發(fā)動機必須通過潤滑油中斷半小時發(fā)動機仍然繼續(xù)正常工作的試驗標準,,以適應戰(zhàn)時飛機發(fā)動機被擊傷,,發(fā)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(jù)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,,為了通過最大推力下30秒無滑油潤滑這個試驗科目,造成此兩臺發(fā)動機損壞,,影響和損失巨大。從上述資料可知,,軍用航空發(fā)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(zhàn)斗機進行超設計條件大機動飛行時發(fā)動機滑油潤滑不到位,油膜建立不好等問題,,引發(fā)軸承失效的重大事故,,這也是AL31發(fā)動機一個老大難問題。
由于AL-31和太行已是定型產(chǎn)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最硬的材料,,并具有低的熱膨脹系數(shù)和非常低的摩擦系數(shù),,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(chǎn)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最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(jù)公開資料披露,,在以渦扇10主軸承做試驗對象時,,模擬發(fā)動機連續(xù)50次作戰(zhàn)起飛狀態(tài),每次作戰(zhàn)起飛時間為1小時(其中35分鐘巡航狀態(tài),,15分鐘加力狀態(tài),,0分鐘慢車狀態(tài)),連續(xù)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(xiàn)役的未鍍膜的軸承此前從未完成8個小時的連續(xù)運行。這也意味著我國航空發(fā)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(fā)動機同壽,達到美方同類發(fā)動機壽命一半的水平,。
在最值得關注的無油潤滑30分鐘運行試驗中,,由于太行發(fā)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(xiàn)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(xù)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(chǎn)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(fā)動機同壽的要求。