在最近落幕的第十五屆中國(guó)航展上,AEF1200和177S等多款新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)吸引了眾多關(guān)注。作為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)頂峰之作的航空發(fā)動(dòng)機(jī),其內(nèi)部的航空軸承如同關(guān)鍵的“連接點(diǎn)”,對(duì)保障發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性至關(guān)重要。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度可以達(dá)到每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)。任何細(xì)微的差錯(cuò)都可能引發(fā)巨大的離心力和摩擦力,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)故障。那么,航空軸承是如何確保發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作的呢?
航空軸承充當(dāng)著轉(zhuǎn)子與發(fā)動(dòng)機(jī)殼體之間的橋梁角色,主要由內(nèi)圈、外圈及滾動(dòng)體三部分組成。其中,內(nèi)圈與轉(zhuǎn)子相連,外圈則固定于發(fā)動(dòng)機(jī)殼體,通過滾動(dòng)體實(shí)現(xiàn)內(nèi)外圈間的平穩(wěn)過渡,確保轉(zhuǎn)子能夠穩(wěn)定地繞軸旋轉(zhuǎn)。
制造高質(zhì)量的航空軸承是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求不斷提升,特別是在溫度、載荷、轉(zhuǎn)速、壽命和可靠性等方面的要求日益嚴(yán)格,這使得航空軸承的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)變得更加復(fù)雜。
一方面,航空軸承需要達(dá)到極其精確的標(biāo)準(zhǔn)。在高速運(yùn)行中,即使是微小的尺寸偏差也可能引起振動(dòng),影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能或造成故障。滾動(dòng)體形狀的不規(guī)則會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力分布不均,增加磨損風(fēng)險(xiǎn)并縮短使用壽命。表面粗糙度高不僅會(huì)增加能量消耗,還會(huì)產(chǎn)生細(xì)小顆粒,降低效率并帶來安全隱患。
因此,必須對(duì)航空軸承的精度進(jìn)行嚴(yán)格控制。以F-15和F-16使用的F100發(fā)動(dòng)機(jī)為例,其航空軸承的形狀和尺寸精度需保持在微米級(jí)別,滾動(dòng)體和滾道的圓度誤差不超過1微米,表面光潔度控制在0.1到0.2微米范圍內(nèi)。
另一方面,極端的工作環(huán)境對(duì)材料的選擇提出了極高的要求。航空軸承需承受巨大的軸向和徑向載荷,并應(yīng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)和氣流沖擊。例如,F(xiàn)100發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部溫度可高達(dá)1700攝氏度,壓力達(dá)20個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。這意味著制造航空軸承的材料必須具備高強(qiáng)度、耐高溫、抗高壓及抗疲勞特性。
目前,許多先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)采用的航空軸承多使用特殊合金鋼或陶瓷材料。比如,英國(guó)羅羅公司選擇M50鋼來制造航空軸承,這種鋼材經(jīng)過熱處理后表現(xiàn)出優(yōu)異的高溫強(qiáng)度和硬度。而氮化硅陶瓷以其高硬度、低摩擦系數(shù)、出色的耐腐蝕性和抗氧化性,在極端條件下展現(xiàn)出卓越性能。
航空軸承是高端航空制造業(yè)的重要標(biāo)志之一,體現(xiàn)了國(guó)家在此領(lǐng)域的技術(shù)水平。隨著新材料的應(yīng)用、設(shè)計(jì)優(yōu)化、制造工藝的進(jìn)步以及檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展,未來的航空軸承將具備更高的承載能力、更好的適應(yīng)性、更長(zhǎng)的使用壽命和更高的可靠性。