以某型航空用空气涡轮起动机滚针轴承失效为例,运用金相分析和损伤检测等方法对其失效原因进行分析,发现轴承在运转过程中受到轴向力作用,使保持架出现轴向窜动,保持架端面与外圈端面接触摩擦,导致保持架承受过大的作用力,从而破碎。更换保持架材料和优化保持架结构,并对优化前、后的保持架进行仿真,结果表明,优化后的保持架强度远大于优化前,其运行可靠性更高。

为控制空气涡轮起动机自由运转,减少自由运转转速过高对空气涡轮起动机结构重量及安全运行带来的不利影响,开展了涡轮气动设计对空气涡轮起动机自由运转转速的影响分析,提出通过控制来流攻角降低自由运转转速的气动设计方法,识别了影响来流攻角的四个主要因素叶片构造角、反力度、载荷系数和流量系数。结果表明来流攻角对自由运转转速具有非常明显的影响,通过选择合适的气动参数,可有效提高峰值功率转速下的负攻角,增强大转速状态下的转子攻角损失,进而降低涡轮自由运转转速。进一步,整机试验结果证明,采用本文提出的设计方法,优化后的涡轮在峰值功率基本不变的前提下,峰值功率转速降低17.8%,自由运转转速可降低近20%。

针对某型航空用空气涡轮起动机在设计研发过程中出现的动密封滑油泄漏问题,对机械密封结构进行分解分析,初步判定泄漏的滑油来源于摩擦副中静环与动环的贴合端面。根据动密封的结构特点及空气涡轮起动机使用环境编制故障树,对动密封处介质温度和摩擦副温度场开展试验研究和仿真计算,对摩擦副端面进行检测分析,对动密封所需的轴向压紧力以及弹簧提供的压紧力进行校核计算,结果发现动密封滑油泄漏的主要原因是辅助胶圈在高温滑油中体积胀大从而引起摩擦阻力增加,导致弹性元件无法提供摩擦副贴合所需的足够压紧力。根据研究结果增加了该动密封波形弹簧的预紧力,并通过试验验证了改进后动密封的密封效果。

某型航空发动机空气涡轮起动机在使用后出现了静密封面滑油渗出情况。通过排查接合面尺寸及形位数据、胶圈和密封面质量等因素,开展大量验证试验,发现密封面微弧氧化后疏松层表面质量不佳是导致滑油渗出的主要原因。通过更改表面处理电参数和电解液,有效提升微弧氧化疏松层质量,解决了静密封渗油问题。