滑油对发动机可靠性影响的指标

　　1滑油的性能指标
　　航空发动机的发展对滑油的性能指标提出了越来越高的要求，使用实践表明对于航空燃气涡轮发动机用滑油，影响发动机可靠性的主要性能指标是热氧化安定性、腐蚀性、润滑性和低温性。
　　热氧化安定性和腐蚀性说明滑油的抗老化性能，是代表耐用性性能的主要指标，引起热氧化安定性变化的主要因素是温度、氧气和时间。滑油在使用过程中，在金属表面接触和摩擦的条件下，在温度、氧气和金属催化的作用下会发生复杂的摩擦化学反应，滑油氧化分解，逐渐生成一些醛、酮、酸类和胶质、沥青质等物质。最终的结果是，滑油的酸值增大、颜色加深、粘度增大、沉积物增多、易挥发的组分增多，密度升高。实践证明在使用过程中滑油的热氧化安定性指标最先超出允许的极限，是限制滑油在发动机内继续使用的关键性指标。
　　润滑性说明滑油的使用性能，其不但与自身的性能指标密切相关，而且与被润滑机件的结构和工作特点有关,引起润滑性变化的主要因素是发动机转速、温度和时间。发动机上的所有轴承都采用滚动轴承，其润滑特点是厚油膜润滑和边界润滑的混合润滑。虽然轴承的润滑情况受滑油粘度的影响较小，但试验证明轴承的使用寿命随滑油粘度（以mm2/s数的0.2倍的比例）的增加而延长。发动机附件主要采用直齿轮和少量伞齿轮传动,其润滑特点是弹性流体润滑。理论分析表明滑油膜的厚度与入口侧温度下滑油常压粘度2成正比，而与负荷联系极小。滑油的粘度随温度的升高而迅速下降，如某型号发动机使用的滑油的粘度在－40℃时为869.0mm2/s，而100℃时下降到3.3mm2/s。
　　低温性主要是考核低温（－50℃）条件下滑油对发动机起动过程的影响。
　　以上分析表明滑油工作温度无论是对滑油本身还是发动机润滑部位都有至关重要的影响。
　　2影响滑油温度的因素
　　某型发动机的滑油系统是具有两个燃滑油换热器的两级冷却循环滑油系统，分别由主燃油总管和加力燃油总管的燃油对滑油进行冷却。发动机的五个主要润滑点分别为高低压转子的前中后三个支点内的主轴承和两个附件机匣内的齿轮和轴承（润滑量的比例约为7.7:44.8:21.9:12.4:13.2）。在飞行中随着发动机进口大气条件（压力、温度）和工作状态的变化，系统中滑油的温度也是变化的。
　　所谓的滑油温度toil是指回油总管中未经过冷却的滑油温度，亦即各个润滑点滑油工作温度的平均温度，实测表明其低于温度最高的后支点回油温度20℃左右。影响滑油温度toil的主要因素有发动机的工作状态（转速n1,n2和涡轮后排气温度T4*），发动机的进口空气温度T1*和压力P1*，以及发动机的滑油流量w0、燃油流量（主燃油流量Wb和加力燃油流量Waf）和温度tfuel,这些因素可以用下式的四个函数表述:
　　其中的f1(n1,n2)、f2(P1*，T1*，T4*)项表述了导致滑油温度上升的主要因素：一方面[f1(n1,n2)项]各个润滑点（轴承和齿轮）的工作转速、负荷和滑油循环量都随发动机转速的增加而增加，使得滑油温度变化（不一定增加）；另一方面[f2(P1*，T1*，T4*)项]流经发动机的空气（燃气）通过发动机结构向各个润滑点传热导致滑油温度增加。而g1(W0,Wb,tfuel)、g2(W0,Waf,tfuel)项表述了导致滑油温度降低的主要因素：这是两个结构完全相同的间壁式换热器。如果发动机处在非加力状态则g2(W0,Waf,tfuel)项为零。事实上要建立以上公式的精确对应关系是非常困难的。
　　根据统计，在地面常规试车条件下该型发动机稳定的滑油温度在120至140℃之间。而飞行中发动机进口空气压力、温度的变化可以引起滑油温度在相当大的范围内变化。地面加温加压模拟试验实测该型发动机在最大状态，P1*=1.36kgf/cm2、T1*=154℃和tfuel=90℃时滑油回油温度和进油温度分别高达161.9℃和123.7℃；而在加力状态，P1*=1.38kgf/cm2、T1*=180℃和tfuel=10℃时滑油回油温度和进油温度分别仅达137.0℃和88.0℃；相比之下在巡航状态，P1*=0.33kgf/cm2、T1*=52℃和tfuel=80℃时滑油回油温度和进油温度分别就已经达132.1℃和114.3℃。据此可以确定在飞行中正常的滑油温度的变化幅度应该比地面变化幅度要大25℃左右，即在95至165℃之间。
　　以下这些技术指标也可以间接说明这点：该型发动机交付状态的技术标准规定滑油温度不大于170℃；其原主滑油的工作温度上限为200℃，备份滑油为175℃；在飞行中规定滑油温度不大于200℃，当滑油温度大于210±6℃时飞机监控报警。
　　较高的滑油温度达到160至165℃的飞行状态有两个。第一个是飞机较长时间使用全加力保持大马赫数飞行后的减速过程，这时飞机仍然以大马赫数飞行，但发动机已经降低到巡航甚至慢车状态，在上中g2(W0，Waf，tfuel)项为零、g1(W0,Wb，tfuel)项中的W0和Wb显著减小而tfuel可能增加数十度，实测数据表明从全加力状态降低到巡航状态燃滑油换热器的换热量将下降55％到80％。对于滑油系统工作（如轴承和齿轮转速）而言最大状态和加力状态是基本相同的，亦即上式中的f1(n1,n2)、f2(P1*，T1*，T4*)项的数值基本相同，但参与冷却的燃油流量Wfuel相差达3倍以上，因此g1(W0,Wb，tfuel)、g2(W0，Waf，tfuel)项的数值相差很大。第二个是飞机高空长时间亚音速巡航（时间大于1小时）后，开始下降期间出现，由于燃料系统控制规律的限制，这时g1(W0,Wb，tfuel)项中的Wb较小，实际换热量不能满足需要，滑油温度将逐渐升高达到较高的数值，这一点在实际飞行中出现过报警信号可以得到证实。