在最近落幕的第十五届中国航展上,AEF1200和177S等多款新型航空发动机吸引了众多关注。作为现代工业技术顶峰之作的航空发动机,其内部的航空轴承如同关键的“连接点”,对保障发动机的可靠性至关重要。
航空发动机运转时,转子的旋转速度可以达到每分钟数万转。任何细微的差错都可能引发巨大的离心力和摩擦力,导致发动机故障。那么,航空轴承是如何确保发动机稳定工作的呢?
航空轴承充当着转子与发动机壳体之间的桥梁角色,主要由内圈、外圈及滚动体三部分组成。其中,内圈与转子相连,外圈则固定于发动机壳体,通过滚动体实现内外圈间的平稳过渡,确保转子能够稳定地绕轴旋转。
制造高质量的航空轴承是一项极具挑战性的任务。随着航空发动机性能要求不断提升,特别是在温度、载荷、转速、寿命和可靠性等方面的要求日益严格,这使得航空轴承的设计和生产变得更加复杂。
一方面,航空轴承需要达到极其精确的标准。在高速运行中,即使是微小的尺寸偏差也可能引起振动,影响发动机性能或造成故障。滚动体形状的不规则会导致应力分布不均,增加磨损风险并缩短使用寿命。表面粗糙度高不仅会增加能量消耗,还会产生细小颗粒,降低效率并带来安全隐患。
因此,必须对航空轴承的精度进行严格控制。以F-15和F-16使用的F100发动机为例,其航空轴承的形状和尺寸精度需保持在微米级别,滚动体和滚道的圆度误差不超过1微米,表面光洁度控制在0.1到0.2微米范围内。
另一方面,极端的工作环境对材料的选择提出了极高的要求。航空轴承需承受巨大的轴向和径向载荷,并应对发动机震动和气流冲击。例如,F100发动机内部温度可高达1700摄氏度,压力达20个标准大气压。这意味着制造航空轴承的材料必须具备高强度、耐高温、抗高压及抗疲劳特性。
目前,许多先进战斗机采用的航空轴承多使用特殊合金钢或陶瓷材料。比如,英国罗罗公司选择M50钢来制造航空轴承,这种钢材经过热处理后表现出优异的高温强度和硬度。而氮化硅陶瓷以其高硬度、低摩擦系数、出色的耐腐蚀性和抗氧化性,在极端条件下展现出卓越性能。
航空轴承是高端航空制造业的重要标志之一,体现了国家在此领域的技术水平。随着新材料的应用、设计优化、制造工艺的进步以及检测技术的发展,未来的航空轴承将具备更高的承载能力、更好的适应性、更长的使用寿命和更高的可靠性。