涡轴发动机的清洗技术浅析
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【摘 要】直升机所搭载的涡轴发动机在运转过程中由于长期受到旋翼下洗气流的影响，灰尘杂质非常容易进入发动机的内部气流通道并在叶片或通道内形成沉积物，容易导致发动机功率下降，喘振和超温等故障。定期或视情地对发动机进行清洗维护能够有效地提高发动机的可靠性，对延长其使用寿命也具有重要意义。因此，在日常维护中，发动机的清洗技术已经成为一项重要的维护措施。
【Abstract】During the operation of the turbo-shaft engine carried by the helicopter， due to the long-term influence of the downwash airflow of the rotor， dust impurities can easily enter the internal air-flow passage of the engine and form deposits in the blade or passage， which can easily cause faults of the engine， such as engine power drop， surge and over-temperature. Cleaning and maintenance of the engine regularly or on condition can effectively improve the reliability of the engine， and it is also of great significance for prolonging the service life of the engine. Therefore， in daily maintenance， engine cleaning technology has become an important maintenance measure.
【关键词】涡轴发动机；清洗； 维护
【Keywords】 turbo-shaft engine； cleaning； maintenance
【中图分类号】V235.1 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2019）03-0184-03
1 涡轴发动机概述
涡轴发动机（图1）是航空涡轮轴发动机的简称，属于涡轮喷气发动机的一种，其特点是输出轴功率，大多应用于直升机上，其核心机由压气机、燃烧室、涡轮（燃气涡轮和自由涡轮）三部分组成。燃气混合气在燃烧室进行充分燃烧带动涡轮使热能转变为机械能，从而驱动压气机转动以及通过传动部分带动旋翼转动。
2 清洗原因与背景
固定翼飞机通常都是飞行于已知的、空域条件良好的航线上，且必须在跑道上进行起落。而直升机大多运行于地形复杂或恶劣气象条件下的环境，故而出現了直升机的事故率显著高于固定翼飞机且飞行寿命与固定翼飞机相比明显较低的情况。而且直升机自身结构较为复杂，承受交变载荷的旋转部件较多，这一特点也使得直升机的安全裕度更低。
如果直升机的运行长期处于污尘过多的环境下，容易导致压气机转子和静子叶片上形成附着物，如果叶片表面长期覆盖附着物，叶片攻角会发生变化，从而使叶片形状发生改变，叶片开始变得粗糙，阻碍发动机内部气流的流通，结果便是导致压气机的增压比和效率降低，导致发动机轴功率降低和油耗增大。尤其是在直升机地面起飞时，吸进的灰尘量最大，而随飞行高度的升高灰尘浓度会逐渐下降，其性能会随着发动机的累计运行时间增加逐渐恶化。调查数据显示，发动机的总体性能衰减，主要来源于压气机性能的衰退。在高温、高湿度环境下运行的直升机，很有可能出现压气机叶片和涡轮叶片被腐蚀的危险情况，压气机叶片变形会导致发动机出现喘振，甚至会出现叶片断裂的情况，严重威胁到飞行器的安全，图2、图3为某型涡轴发动机压气机叶片断裂实例。
如果直升机在盐雾重或湿度大的环境下运行，潮湿的空气导致发动机实际引入的干空气量减少，导致发动机的轴功率减小，潮湿的环境还会导致发动机内金属部件的腐蚀、橡胶件的老化以及电气装置受氧化。此外，发动机叶片上的沉积物还会影响发动机内部构件的平衡系统，引起恶劣的发动机振动，严重影响发动机使用寿命。
因此，在直升机的使用维护过程中定期或视情地对发动机进行清洗已经成为一项重要的维护举措，对发动机尤其是压气机（图4）的清洗能有效去除内部叶片上的沉积物，提高发动机的使用效率，降低部件的腐蚀程度，保证了涡轴发动机的安全可靠性。
3 清洗的方式和要求
选择哪种清洗剂是进行发动机清洗工作的关键点，清洗剂的成分主要是有机化合物，分为溶剂型、水基型两类。选择或研制清洗剂时应根据外界温度（OAT）的高低、清洗工作目的、发动机内部气流通道所用的材料类型等来进行综合考虑。在清洗过程中使用的清洗剂首先要确保能达到清洗目的，还要保证不会对发动机内部气流通道内的金属或非金属材料造成腐蚀。例如，钛合金材料的机件所使用的清洗剂不能包含三氯乙烷等氯化物。
涡轴发动机的清洗防护，通常是在发动机冷转状态下进行的。综合各方面因素，日常维护时对涡轴发动机的清洗要求如下：
①有效性。不论是发动机的防腐、除盐，还是恢复性能，成效一定要明显。②安全性。在实施清洗操作时一定要注意安全可靠，不能因清洗工作而造成对涡轴发动机的损坏或产生维修故障。③经济性。所需成本低，工作量不能过大，操作简单。④规范性。必须有一套关于清洗过程的严格规范，且在实施中严格按照标准执行。
对涡轴发动机的清洗是消除发动机内部沉积物的有效措施，无论是对于恢复发动机的性能，还是发现和预防发动机故障都能起到决定性的作用。发动机内沉积物通常分为灰尘油脂和盐类沉积物，清洗的方式通常分为冷清洗和热清洗两种[2]。 冷清洗是在发动机处于冷转时，向发动机内喷入按比例调好的清洗剂和蒸馏水混合液，达到除盐效果，故而冷清洗又叫“除盐清洗”，因为这项清洗操作是发生在发动机冷转状态期间的，故不会造成发动机的热腐蚀。
热清洗是在发动机处于慢车状态时向发动机内喷入清洗剂，从而清除掉叶片上的沉积物，达到降低腐蚀，恢复发动机性能的作用。热清洗相比冷清洗优点在于发动机转速高，能够更加有效地去除沉积物，达到清洗目的；缺点在于其清洗剂多为易燃化合物，若操作不当容易出现超温，导致发动机烧坏[1]。
以某型采用涡轴发动机为例，该型发动机使用的是单元体设计模式，其清洗环节主要分为：
洗涤过程：将放气活门置于关闭位，断开相关的管路，并将断开的部分用堵头堵上，拆下燃烧室余油活门作为冲洗液的出口。准备好清洗剂和蒸馏水的混合清洗液，从压气机进口喷入，3s后按住启动电门来带动压气机转动，确保点火电路断路器是拔出的（即不点火）。在9～11s内喷入1L事先调配好比例的清洗液，确保N1转速不高于10%，按需要重复这项清洗循环。
冲洗过程：确保点火电路断路器是拔出的，将清洗液换成干净蒸馏水向压气机内喷入，在喷入的3s后按住起动电门，大约5～10s内喷入0.5～1 L的蒸馏水，并重复循环。
干燥运转过程：恢复管路连接和余油活门，取下放气活门的堵头将放气活门置于开位。在慢车转速下运转发动机5min來尽可能除掉残余的水分。
对该型发动机清洗前后的飞行试验数据进行搜集，参数数据包括N1转速（燃气发生器），N2转速（自由涡轮），压气机增压比和涡轮膨胀比，将这些参数数据代入到已建立好的部件级性能模型方程中进行计算，得出发动机在某稳态工作时的工作参数，由此得出清洗前后发动机的性能比对。
参数变化情况体现该涡轴发动机在有效清洗后的油耗率和涡轮前总温降低，轴功率及扭矩有所提高。
4 结语
根据分析得出对涡轴发动机进行清洗后，其总体性能得到提高。随着发动机清洗技术的不断提高，发动机可从飞行器上拆下直接进行简单、便捷的清洗维护工作。当前，航空发动机公司在发动机的设计研发之初，就已将发动机的清洗维护工作纳入其设计考虑范围之内，发动机使用单元体的设计构型，有专门设计的清洗接头，使用指定配比的清洗液对发动机进行清洗维护。不论是发动机的除盐清洗，还是性能清洗，都在发动机冷转状态期间进行操作，使清洗维护工作更加安全可靠，经济性也更好。目前，涡轴发动机清洗技术已经成为外场直升机维护最为重要的有效措施之一。
【参考文献】
【1】杨帆.某型航空发动机滑油系统试验台计算机控制系统设计与实现[D].西安：西北工业大学，2009.
【2】李博.航空发动机燃滑油散热器热动力性能研究[D].沈阳：东北大学，2008.
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