航空发动机滑油箱防虹吸设计探讨

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摘要：随着人们生活水平的不断提高，乘坐飞机出行已经成为一种极为普遍的现象，而航空发动机的相关研究也成为专家学者关注的重点。本文以航空发动机滑油箱为例，首先介绍了防虹吸设计的原理，并分析了航空发动机滑油箱防虹吸设计的要点以及维护的注意事项，希望能够为相关的工作提供一定的参考。

关键词：发动机；滑油箱；虹吸近年来，虹吸现象

对航空发动机的影响日益严重，不仅导致滑油箱中的滑油进入发动机内部，会造成一定的污染，而且还增加了飞机启动的阻力和滑油的消耗，所以如何有效防止虹吸现象，对于航空发动机的发展至关重要。

1防虹吸设计的原理

航空发动机滑油箱防虹吸设计需要达到的效果是，当发动机停车后，滑油箱中的滑油不会发生滑动，尤其是不能流入到发动机内部，从而保证了测量的滑油消耗量真实有效。在进行设计之前，我们需要了解一下虹吸原理相关的内容，如图1所示。虹吸主要是利用液面高度差产生的作用力，假设有一个倒U型导管，当导管内装满液体后，这时将导管的一端置于位于较高位置并且装满溶液的容器内，那么液体会通过导管流向位于较低位置的容器。其实发生虹吸现象的主要原因与压强有关，根据帕斯卡定律，压强的计算公式为P=ρgh，而现在h1＜h2，所以倒U形导管左边位置的压强要小于右边位置的压强，但同时B点、C点受到大气压的作用，但是具体差值可以忽略不计，所以由公式P1-ρgh1＞P2-ρgh2，可以得到A点左端的压强大于A点右端的压强，所以液体会朝下流动。分析了虹吸现象的成因后，在进行防虹吸设计时，可以在倒U型管上开孔，让空气进入管内，这样就能够保证压强大小相等，或者是设置单向活门，形成隔离效应，让液体无法有效流动[1]。

2航空发动机滑油箱防虹吸设计的要点

2.1油箱内部。正常情况下，航空发动机在停车后，供油路上的滑油会很多，这些滑油从滑油箱流出后，充满了增压泵的缝隙，并且渗入到散热器、转换活门以及轴承中，如果不进行处理，会引起不良后果。具体的设计方法是，在滑油箱内部的油滤进口管上部开一个小孔，因为油滤在滑油刚离开增压泵后过滤滑油，所以当发动机正常工作时，滑油可以向发动机各个润滑点供油，与此同时，滑油还可以由该小孔回到滑油箱内。当发动机停止工作后，空气会通过该小孔进行到进油管中，保证压强的稳定和一致，从而有效防止了虹吸现象。因为这种方法比较简单，而且效果较好，所以得到了很广泛的应用，但是在设计过程中，仍然需要考虑供油泵的能力和油泵的效率，控制好节流孔的油量，而且开孔位置一定要高于油箱的油面[2]。2.2出口管路。对于一些特殊的发动机，比如油泵的出油管路不在滑油箱的上方，那么在进行滑油防虹吸设计时，需要在供油管路上额外增设一条管路。这条管路的方向与供油管路的方向相反，并且配有节流嘴，当发动机利用增压泵进行供油时，这些滑油的流向不再单一，而是同时能够流向发动机和滑油箱，而供油结束后，这条管路也能够起到平衡气压的作用，防止虹吸。在对供油泵能力进行计算时，仍然不能忽视节流孔油量的问题，并且通过计算确定油泵效率的损失情况。2.3单向活门。为了保证航空发动机达到最佳的防虹吸效果，还要使用单向活门，在滑油箱供油泵的管路上进行科学的设置，从而保证防虹吸的质量。这种设计方法最为直观，只需要根据具体的情况，比如发动机的型号，从而设置活门的打开压力，一般在0.012MPa左右。这里需要注意供油泵气塞的问题，如果发动机启动时，供油泵中进入了空气，而单向活门的阻力较大，这时供油泵的压力小于单向活门的阻力，所以无法打开活门，解决这一问题的方法是，在单向活门中间引出一条管路[3]。这一管路具有多种功能，比如当发动机的附件机匣位于发动机底部时，可以使用该管路向轴承供油，而如果发动机的附件机匣位于发动机顶部时，该管路的出口可以高于滑油箱表面，但是需要在管内设置节流嘴，直径为1.2mm左右。至于单向活门的打开压力，要保证适度，不宜过大或者过小，与能够发生虹吸现象的压力相匹配和抵消即可。但是一定要设计放气管路，防止增压泵气塞的情况，而节流嘴的位置要高于滑油箱油面。2.4入口管路。在增压泵入口处同样可以设计防虹吸系统，该系统的增压泵入口管路由滑油箱引出，在液面上部设置2个以上的节流嘴，并且各个节流嘴之间要通过小管进行连接，同时节流嘴也要与增压泵的后部进行连接。在发动机工作过程中，滑油能够堵塞节流嘴，这样降低了节流嘴通气腔产生的增压效果，而且保证了增压泵的效率稳定。即使发动机停车后，增压泵不再供油，这时设计系统可以保证空气通过小管进入增压泵的入口管路内，从而防止了虹吸现象的发生。这一设计系统比较复杂，而且入口管路的引出工作格外重要，必须要高于油箱液面，同时节流嘴的数量要尽可能多，每个节流嘴的直径要尽可能小，避免影响增压泵的供油效率。

3航空发动机滑油箱维护的注意事项

3.1虹吸处理。当航空发动机处于非工作状态时，如果滑油箱出现虹吸情况，会导致滑油箱内的滑油量明显减少，如果没有经过调查，直接添加和补充，会导致滑油损耗严重，造成资源的浪费，而且会导致滑油在轴承以及增压泵中大量聚集，影响发动机的启动，尤其是北方地区的冬季，如果出现虹吸现象，启动发动机比较困难，耗时较长，可能影响飞机的正常起飞，造成航班延误。有鉴于此，需要做好虹吸处理工作，一般而言，目前大多数发动机滑油箱的容积在20L左右，并且顶部有5L的预留空间，便于回油和通气，这里涉及油位传感器的问题，当滑油从滑油箱留出后，传感器壳体和感应电极之间的电容量会发生相应的变化，驾驶人员以及地面控制中心都能够通过显示器实时观察油量的剩余情况。当滑油箱的油量低于5L时，系统会发出警示信号，同时红色光标会开始不停地闪动。油位传感器如图2所示。如果是由于虹吸现象引起的滑油箱油量过低，需要对防虹吸管路进行清洗，并进行通风处理，保持各接头和内壁的干净，而且还要检查滑油的质量，观察色度，测试黏度，如果滑油出现了污染或者是变质的情况，需要及时进行更换。另外，滑油箱的实际容量也要进行必要的测试，如果出现偏差，也要重新采购和安装滑油箱。3.2定期核实。在日常的维护管理过程中，要注意保证滑油的品种和类型，不能混合使用，并且在显著位置标明滑油的品牌，防止出现误加的情况。当飞机需要补充滑油时，需要在关车后半小时内完成，在添加时要检查滑油消耗情况是否正常，如果正常，则将滑油添至20L左右，这里还要注意发动机的温度会对滑油产生一定的影响，但是二者之间的油量差异不是很大，基本上保持在1.5L左右。对于安装防虹吸管路的滑油箱，要定期进行保养，并且清洗后要做好试车工作，确保防虹吸效果符合设计要求。另外，也要注意发动机内部其他部件的磨损情况，做好保养工作，提高发动机的工作效率。

4结论

综上所述，虽然我们明确了虹吸原理，但是在对航空发动机进行防虹吸设计时，还需要考虑很多问题。发动机的构造复杂，既要保证效率，还要兼顾安全，所以在具体的设计过程中，要结合具体情况，通过开孔或者是增设管路的方式，保证滑油箱中的滑油不会流入到发动机内部。

参考文献：

[1]莫凡臣.航空发动机滑油箱油量实时测量的方法研究[D].沈阳航空航天大学，2015.

[2]刘宏臣.飞机维修时航空发动机滑油系统污染防控探讨[J].经贸实践，2016（22）：244-245.

[3]屈衍静，曹丽娜，栾旭，宋冠麟，史妍妍，杨杰.某航空发动机滑油位异常下降故障分析[J].航空发动机，2018，44（01）：27-31.

作者:魏旭东 单位:中航飞机股份有限公司汉中飞机分公司