技术领域
[0001] 本发明属于航空发动机技术领域，特别涉及一种去除航空发动机金属屑的滑油系统及方法。
相关背景技术
[0002] 航空发动机体内金属屑主要包括以下几种来源：零件机匣残留物、装配和使用过程中的外来物、金属正常磨损等，多余的金属屑或导致发动机异常磨损，或进入滑油系统后被磁性屑末检测器检测和滑油滤过滤，或沉入滑油箱底部污染滑油，此外，部分金属屑在出厂试验的短时间内并不会掉落，而是随着装机使用后，在多重因素作用下掉落。不论多余金属屑造成的哪种后果，都增加了发动机故障几率、外场使用维护难度、成本，因此，有必要在发动机出厂前去除体内多余金属屑。
[0003] 此外，由于发动机滑油箱与发动机其他机匣为一体设计，受发动机其他附件、管路、线路，以及滑油箱自身结构局限性的影响，直接导致滑油箱内积存有的金属屑具有很大的清理难度。
[0004] 且目前暂没有专门针对去除航空发动机体内多余金属屑的方法与构思。
具体实施方式
[0038] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039] 本发明提供一种去除航空发动机金属屑的滑油系统及方法，图1示出了本发明实施例中的去除航空发动机金属屑的滑油系统的示意图，图1中，去除航空发动机金属屑的滑油系统包括滑油箱1、供油泵2、滑油作业机组3、回油泵4，滑油系统还包括：外置滑油箱5；
[0040] 外置滑油箱5出油端、供油泵2、滑油作业机组3、回油泵4、外置滑油箱5回油端依次通过管路连通，且滑油箱1通过管路连通滑油作业机组3与回油泵4之间的管路。
[0041] 本申请的通过外设外置滑油箱5，提供了新的滑油管路，降低对滑油箱1的损耗，满足高压高流量的试验需求，且外置滑油箱5具备方便清洗和连接的功能，外置滑油箱5的摆放高度与原来的滑油箱1一致，通过回油泵4抽回的滑油从外置滑油箱5顶部流入，供油泵2从外置滑油箱的底部抽出滑油，采用外置滑油箱5进行试验，相较于发动机的滑油箱1，外置滑油箱5更便于清洗，有效降低发动机滑油箱1的脏污程度，实现对原滑油系统的维护，便于有效去掉航空发动机体内的多余金属屑，降低发动机故障几率，降低外场使用维护难度、成本。
[0042] 为了进一步提高本申请滑油系统对金属屑清理的高效性，可直接提高滑油系统内的滑油压力以及滑油循环量，提高滑油系统中发动机运作时转速的上限，在此情况下，滑油管路中的滑油流速会提高且滑油内壁参杂的空气量也会增多，进而使得滑油中会产生大量气泡，为此，设定外置滑油箱5的体积是滑油箱1的体积1.5‑2.5倍，通过扩大外置滑油箱5的体积，以满足本申请滑油系统中压力大且滑油循环量大的需求。
[0043] 具体的，外置滑油箱5内安装有消泡器，消泡器表面具有若干细小孔，在滑油通过消泡器时，消泡器将气泡打破，使得气体在受浮力作用下上升，油液在重力作用下下沉，进而实现消除气泡的作用，加快气体从滑油中分离的速度。
[0044] 同时，本申请的外置箱滑油箱1的安装高度需要低于或等于滑油箱1的高度，外置滑油箱5的出油端与回油端分别位于外置滑油箱5侧壁的底部与顶部，形成滑油高进低出的形态，避免外置滑油箱5中的滑油产生向滑油箱1流动的趋势，也提高滑油流动的稳定性。
[0045] 具体的，滑油系统还包括三通阀，滑油箱1通过第一管路连通三通阀第一端口，滑油作业机组3通过第二管路连通三通阀第二端口，三通阀第三端口通过管路连通回油泵4，第一管路、第二管路上均安装有屑末检测器6、滑油滤7，实现对滑油回油管路中滑油的金属屑检测以及金属屑过滤；
[0046] 供油泵2与滑油作业机组3之间的管路上也安装有滑油滤7，实现对滑油供油管路中的滑油进行金属屑检测以及金属屑过滤。
[0047] 需要补充说明的是，上述使用屑末检测器6为工艺磁性屑末检测器、滑油滤7为工艺滑油滤，通过使用工艺磁性屑末检测器、工艺滑油滤替代发动机原件，发动机原回油滤一般的过滤精度为20μm，而本申请的滑油滤7过滤精度不高于10μm，能够有效的过滤微小金属屑，并减少滑油滤7的损耗，对应的，使用工艺磁性屑末检测器也减少了发动机磁性屑末检测器6的损耗。
[0048] 参考图2，本发明还提出了一种基于上述去除航空发动机金属屑的滑油系统的方法，包括如下步骤：
[0049] 获取滑油作业机组3中发动机的自由涡轮的稳态转速；
[0050] 启动滑油作业机组3中的发动机，先启动发动机燃气发生器转子，调控燃气发生器的转速由零提升至慢车状态并保持稳定，在燃气发生器转速增加过程中，高温燃气吹动自由涡轮转动，启动滑油系统中发动机的自由涡轮，使自由涡轮转速开始增加并最终稳定，随后进行慢速加减速试验和快速加减速试验，进而获取发动机的燃气发生器共振转速；
[0051] 获取发动机的燃气发生器共振转速所对应的共振频率，通过共振频率确定停留时间；
[0052] 调控滑油作业机组3中发动机的滑油喷嘴的喷射压力值至1.2Mpa以上；
[0053] 同步启动滑油作业机组3中的发动机、供油泵2、回油泵4，滑油作业机组3中发动机的自由涡轮保持稳态转速进行转动，发动机的燃气发生器保持共振转速进行转动；
[0054] 滑油依次通过管路流过外置滑油箱5、供油泵2、滑油作业机组3、回油泵4以形成管路循环，滑油作业机组3中的发动机运行停留时间后停止，完成去屑作业。
[0055] 需要说明的是，航空发动机的正常工作油压为0.4Mpa左右，而允许工作的最高滑油压力一般为1.4Mpa，而本申请直接将发动机的滑油喷嘴的喷射压力值调控至1.2Mpa以上，通过增大滑油系统的油压，进而增加了滑油系统内的滑油循环量，示例性的，将滑油循环量提高2‑3倍，进一步提高滑油携带金属屑的能力；
[0056] 通过启动发动机的燃气发生器进行共振转速，通过共振现象实现的金属屑震落作业，提高金属屑的清理效果，并限定作业时长，实现对发动机中涡轮叶片使用寿命的保护。
[0057] 其中，航空发动机的自由涡轮运行中会存在三个不同的标准稳态转速，即发动机的自由涡轮的稳态转速包括最低稳态转速、额定稳态转速、最高稳态转速；通过选择自由涡轮两端端点标准数值和一个中端平均数值，充分实现发动机多种转速的模拟，以实现全面验证效果，实现在发动机常用状态下对金属屑进行清理作业。
[0058] 在此情况下，同步启动发动机的自由涡轮与燃气发生器包括三种情况，分别是：
[0059] 自由涡轮保持最低稳态转速进行转动，燃气发生器保持共振转速进行转动；
[0060] 以及自由涡轮保持额定稳态转速进行转动，燃气发生器保持共振转速进行转动；
[0061] 以及自由涡轮保持最高稳态转速进行转动，燃气发生器保持共振转速进行转动。
[0062] 对应的，本申请中的慢速加减速试验为：以小于或等于燃气发生器转速最大值的1％作为加速度改变燃气发生器的运行状态，驱动自由涡轮从最低稳态转速加速到最高稳态转速，再从最大稳态转速减速到最低稳态转速，且该重复过程至少循环进行3次；
[0063] 燃气发生器转速最大值可直接通过发动机参数获取，通过燃气发生器转速最大值的1％作为加速度逐步改变燃气发生器的转速，在慢速加减速试验实中现全面振动扫描，以精准检测燃气发生器转子的共振转速。
[0064] 本申请中的快速加减速试验为：以小于或等于0.5s的时间作为速度改变用时，在速度改变用时内改变燃气发生器的运行状态，驱动燃气发生器在速度改变用时内从最低稳态转速加速至最大稳态转速，再驱动燃气发生器在速度改变用时内从最大稳态转速减速至最低稳态转速，且该重复过程至少循环进行3次；
[0065] 在进一步确定燃气发生器转子的共振转速的同时，在快速加减速试验中，使发动机在短时间内是实现热胀冷缩的现象，以此来增加金属屑掉落几率，加大在发动机常用状态下对金属屑进行清理作业的力度。
[0066] 需要说明的是，涡轴发动机包含两个转子，其一为燃气发生器转子，燃气发生器转子的转速在发动机慢车转动状态至最大转动状态之间可进行无级可调；其二为自由涡轮转子，设有三个常用工作转速(即三档)，分别为：最低稳态转速np1、额定转速np2、最高稳态转速np3；其中，自由涡轮是通过燃气发生器产生的高温燃气吹动而转动的。
[0067] 在燃气发生器转速改变的过程中，燃气发生器产生的高温燃气会吹动自由涡轮进行转动，带动发动机的自由涡轮进行转速延迟变动的旋转运动，同时自由涡轮也可根据自身需求进行转速调整；且在自由涡轮转动过程中，自由涡轮的转动会同步反馈影响到燃气发生器转子自身的振动水平。
[0068] 在上述的慢速加减速试验以及快速加减速试验中，使用发动机上安装的用于测量燃气发生器转子基频的振动传感器，实时、连续的测量燃气发生器转子的振动水平，对应的，获取滑油作业机组3中发动机的燃气发生器的共振转速过程中的判定条件为：
[0069] 当燃气发生器转子的振动峰值大于燃气发生器转子前5s振动平均值的1.5倍，或当燃气发生器转子的振动峰值大于燃气发生器转子振动允许极限值的0.7倍时，燃气发生器转子所对应的转速为共振转速。
[0070] 通过对转子振动水平突变和绝对值的综合评判，以上述判断条件获取振动幅度突增所对应的转子转速，并认定该转速为共振转速，便于在后期进行去屑作业，且其中，振动允许极限值为燃气发生器转子的设计振动最大值，不同规格的振动允许极限值不同。
[0071] 其中，获取获取发动机的燃气发生器共振转速所对应的共振频率计算公式为：
[0072]
[0073] HZ表述共振转速所对应的共振频率；H表示常数比，为60；N表示发动机燃气发生器转子的共振转速；P表示发动机燃气发生器转速在燃烧室喷嘴的备频数。
[0074] 示例性的，燃气发生器转速在燃烧室喷嘴的10备频下产生共振时，燃气发生器转速为47000r/min时，共振频率为：
[0075]
[0076] 其中，在获取共振转速所对应的共振频率的基础上，停留时间的计算公式为：
[0077]
[0078] T表示发动机所要运行的停留时间；V表示发动机涡轮叶片的高循环疲劳寿命；HZ7
表述共振转速所对应的共振频率；且常规发动机中涡轮叶片的高循环疲劳寿命为10次。
[0079] 满足在不损伤发动机的前提下，实现高频振动转速下最大限度的工作，以在长时间振动下增加金属屑掉落几率，提高去屑效率。
[0080] 为了确保上述燃气发生器保持共振转速进行转动作业进行的精准性，考虑到不同航空发动的规格区别以及实际操作过程中的误差，在发动机的燃气发生器保持共振转速进行转动时，燃气发生器转速的稳态波动量为±0.1％。
[0081] 结合上述限定，对去除航空发动机金属屑的方法进行说明：
[0082] 首先，获取滑油作业机组3中发动机自由涡轮的稳态转速，包括：最低稳态转速np1、额定稳态转速np2、最高稳态转速np3；
[0083] 启动发动机进行慢速加减速试验和快速加减速试验；
[0084] 在此过程中，当燃气发生器转子的振动峰值大于燃气发生器转子前5s振动平均值的1.5倍，或当燃气发生器转子的振动峰值大于燃气发生器转子振动允许极限值的0.7倍时，燃气发生器转子所对应的转速为共振转速，需要说明的是，目前常规航空发动机在试验过程中，常规会获取一到五个共振转速，本实施例在此以4个共振转速进行说明，分别是：ng1、ng2、ng3、ng4；
[0085] 且本申请中考虑到航空发动机转速稳态的控制精度，以及不同发动机的制造差异性对转速的影响，燃气发生器转速的稳态波动量一般为±0.5％，为保证发动机在共振转速附近停留，本申请燃气发生器转速的稳态波动量为±0.1％。
[0086] 对应获取共振转速下对应的共振频率分别为，HZ1、HZ2、HZ3、HZ4；
[0087] 根据共振频率的计算公式为：
[0088]
[0089] 根据停留时间的计算公式为：
[0090]
[0091] T表示发动机所要运行的停留时间，V表示发动机中涡轮叶片的高循环疲劳寿命，7
HZ表述共振转速所对应的共振频率，其中，本实施例中涡轮叶片的高循环疲劳寿命为10次；
[0092] 获得停留时间分别为：T1、T2、T3、T4；
[0093] 同步滑油作业机组3中启动发动机、供油泵2和回油泵4，依次进行如下操作：
[0094] 调控滑油作业机组3中发动机的滑油喷嘴的喷射压力值为1.2Mpa；
[0095] 启动发动机自由涡轮保持最低稳态转速ng1进行转动，发动机燃气发生器保持ng1的转速进行转动，维持T1时长；再单独调整发动机燃气发生器保持ng1‑1％的转速进行转动，维持T1时长；再单独调整发动机燃气发生器保持ng1+1％的转速进行转动，维持T1时长；
[0096] 启动发动机自由涡轮保持最低稳态转速np2进行转动，发动机燃气发生器保持ng2的转速进行转动，维持T2时长；再单独调整发动机燃气发生器保持ng2‑1％的转速进行转动，维持T2时长；再单独调整发动机燃气发生器保持ng2+1％的转速进行转动，维持T2时长；
[0097] 启动发动机自由涡轮保持最低稳态转速np3进行转动，发动机燃气发生器保持ng3的转速进行转动，维持T3时长；再单独调整发动机燃气发生器保持ng3‑1％的转速进行转动，维持T3时长；再单独调整发动机燃气发生器保持ng3+1％的转速进行转动，维持T3时长；
[0098] 停止发动机、供油泵2和回油泵4的运行，完成去屑作业。
[0099] 本发明提出了一种基于上述去除航空发动机金属屑的滑油系统的去除航空发动机金属屑的方法，将航空发动机正常工作油压提高至1.2Mpa以上，从而增加滑油喷嘴的喷射压力，加强去除金属屑的能力，并使发动机在共振转速所对应的状态下停留设定时间，保障发动机使用寿命的同时，将金属屑震落；
[0100] 此外，结合发动机常用转速区间，进行不同频率的振动作业，以及在短时间内改变发动机燃气温度实现金属的热胀冷缩效应，保障共振转速数据精准的同时，进一步去掉航空发动机体内多余金属屑，有效实现对发动机金属屑的清理作业，降低发动机故障几率。
[0101] 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
