我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)壽命提高至少6倍，達(dá)美方同類發(fā)動(dòng)機(jī)壽命一半水平

目前，航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)主軸軸承的性能和使用壽命是決定發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性的"關(guān)鍵"因素之一。在我國，渦扇10太行發(fā)動(dòng)機(jī)的研制成功實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的過程中，多次出現(xiàn)由于發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承可靠性原因?qū)е聠栴}發(fā)生，發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)研制的“瓶頸”問題 。目前還沒有公開資料披露太行發(fā)動(dòng)機(jī)主軸壽命，但從AL-31再制造的資料可知，國內(nèi)為其生產(chǎn)的軸承給定壽命為僅為500到600小時(shí)，即到發(fā)動(dòng)機(jī)首翻期就需更換軸承。而據(jù)國外資料報(bào)道，德國FAG、瑞典SKF等先進(jìn)軸承公司研制的發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承壽命已經(jīng)達(dá)到上萬小時(shí)以上，且到壽后可以視情維修，進(jìn)一步延長壽命。我國軸承與國外先進(jìn)水平差距十分巨大。

我國發(fā)動(dòng)機(jī)最新軍用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，所有的渦扇、渦軸、渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)必須通過潤滑油中斷半小時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)仍然繼續(xù)正常工作的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)戰(zhàn)時(shí)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)被擊傷，發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油全部泄漏，飛機(jī)仍然安全返回的需要。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)難度要求很高，據(jù)稱，我國研制的某大涵道比渦扇按此標(biāo)準(zhǔn)在進(jìn)行滑油中斷試驗(yàn)時(shí)，為了通過最大推力下30秒無滑油潤滑這個(gè)試驗(yàn)科目,造成此兩臺發(fā)動(dòng)機(jī)損壞，影響和損失巨大。從上述資料可知，軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承是核心關(guān)重件，長期工作在高速（14500轉(zhuǎn)/分鐘）重載荷（不小于5噸）的惡劣工況，且在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中多采用噴油潤滑模式，這會導(dǎo)致在戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)行超設(shè)計(jì)條件大機(jī)動(dòng)飛行時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)一個(gè)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(shè)計(jì)方案代價(jià)太大，能否在不改變軸承材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,通過表面工程技術(shù)提高軸承使用壽命是一個(gè)有效的技術(shù)途徑。由于金剛石是所有天然物質(zhì)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(dòng)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(jìn)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(nóng)機(jī)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(jìn)行類金剛石鍍膜的設(shè)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(yàn)對象時(shí)，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)50次作戰(zhàn)起飛狀態(tài)，每次作戰(zhàn)起飛時(shí)間為1小時(shí)（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(yùn)行50小時(shí)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(gè)小時(shí)的連續(xù)運(yùn)行。這也意味著我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承的壽命提高了至少6倍，達(dá)3000小時(shí)，幾乎和太行發(fā)動(dòng)機(jī)同壽，達(dá)到美方同類發(fā)動(dòng)機(jī)壽命一半的水平。

在最值得關(guān)注的無油潤滑30分鐘運(yùn)行試驗(yàn)中，由于太行發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)定型時(shí)已通過此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，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(shí)驗(yàn)后破壞嚴(yán)重,必須更換，而鍍膜軸承幾乎無損壞，可以繼續(xù)試驗(yàn)。值得一提的是，該鍍膜軸承的壽命還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止3000小時(shí)，只是因?yàn)橐迷摦a(chǎn)品做其他試驗(yàn)，而未做破壞性壽命長試，但也足以滿足軸承與太行發(fā)動(dòng)機(jī)同壽的要求。