航空發(fā)動機的潤滑系統(tǒng)及潤滑油主要為發(fā)動機的軸承创炉、附件齒輪箱等部件提供潤滑蛋勺、散熱凹髓、清潔、防腐保護(hù)作用奶陈，同時還能夠?qū)Πl(fā)動機的振動起到阻尼作用易阳。發(fā)動機的軸承支承著壓氣機、渦輪吃粒，附件齒輪箱驅(qū)動液壓泵潦俺、燃油泵、起動發(fā)電機徐勃，都是對飛機非常重要的系統(tǒng)事示，可見潤滑油對飛機和發(fā)動機的重要性。

發(fā)展歷史

潤滑油一直是航空發(fā)動機不可或缺的組成部分益侨。

由于早期發(fā)動機對工作溫度和載荷的要求相對較低暇寸，對潤滑油主要要求的是低溫起動性能， 因此积碍，當(dāng)時的潤滑油以運動黏度低（2~9 mm2/s庸磅，活塞式發(fā)動機用潤滑油普遍為20~25 mm2/s）且易于煉制的礦物油最為普遍。

20世紀(jì)50年代蚌斑，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機迅猛發(fā)展奋完，更大推力、更高涵道比的渦扇發(fā)動機開始進(jìn)入應(yīng)用階段慰适∫遥基于礦物基礎(chǔ)油的潤滑油暴露出在較高的溫度下易揮發(fā)和熱降解的問題，因此天然有機物合成的潤滑油得到應(yīng)用留满。合成油表現(xiàn)出優(yōu)異的性能嫂藏，非常適合作為基礎(chǔ)油，但其黏度一般只有3 mm2/s喻谭，缺乏足夠的承載能力峻胞。合成油在添加了增稠劑（復(fù)合酯）之后，可在100℃下將黏度提高到約7.5 mm2/s关带，從而提供了所需的承載能力侥涵。另外，與礦物油不同宋雏，合成油必須依靠添加劑來提高抗氧化性和抗熱降解性芜飘，這對于保證發(fā)動機長期運行后的清潔度有至關(guān)重要的作用。與此同時磨总，美國軍標(biāo)MIL-L-7808（后改為MIL-PRF-7808）和英國國防部標(biāo)準(zhǔn)DERD 2487 （后改為DEF STAN 91-98）應(yīng)運而生嗦明，分別對應(yīng)3mm2/s和7.5mm2/s這兩種當(dāng)時主流的黏度要求潤滑油。其中蚪燕，3 mm2/s的黏度標(biāo)準(zhǔn)至今仍有應(yīng)用娶牌，如波音787的輔助動力裝置（APU）僅批準(zhǔn)使用3 mm2/s的潤滑油，因為3 mm2/s潤滑油具有低溫流動特性馆纳，有助于APU在低溫情況下的起動诗良。

20世紀(jì)60年代，發(fā)動機尺寸和功率輸出的不斷增加鲁驶，對潤滑油的熱穩(wěn)定性和高承載能力提出了需求鉴裹，美國針對以 “受阻酯”為基礎(chǔ)、黏度為5mm2/s的第二代潤滑油制定了美國軍標(biāo)MIL-L-23699（后改為MIL-PRF-23699）憾顿。第二代潤滑油在美國發(fā)動機中率先使用窜抽，隨后在英國、加拿大和法國得發(fā)動機中得到廣泛應(yīng)用豺研。

此后髓无，隨著發(fā)動機性能不斷提高（更低的油耗、更高的工作溫度和壓力）赔膳，維護(hù)方式不斷進(jìn)步（更長的大修間隔）掺挺，客觀造成潤滑油工作條件更加嚴(yán)苛，第二代潤滑油已無法滿足要求诸谨，取而代之的是熱穩(wěn)定性更好的 “第三代” 或 “高熱穩(wěn)定性型”（HTS）的潤滑油狰丝。

盡管美國軍標(biāo)MIL-PRF-23699自20世紀(jì)60年代以來一直被發(fā)動機和輔助動力裝置（APU）廠家所遵循，作為其批準(zhǔn)使用的前提條件颖脸，但是隨著民用發(fā)動機對推進(jìn)效率和更長的大修間隔的進(jìn)一步追求化团，其已不足以定義現(xiàn)代商用發(fā)動機所需要的潤滑油類型。因此翩赐，美國汽車工程師學(xué)會（SAE）E-34發(fā)動機潤滑油委員會應(yīng)運而生辐荷，制定了應(yīng)用于民用航空發(fā)動機得潤滑油規(guī)范，并于2000年發(fā)布了SAE AS5780燎窘。在軍標(biāo)方面摹闽，美國2014年發(fā)布的MIL-PRF-23699的G版本加入了增強酯級別（Enhanced Ester Class）要求蹄咖，反映美軍對潤滑油更好的彈性密封件兼容性和負(fù)載能力的需求（主要針對F-35飛機）。

工作特點

航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機潤滑油系統(tǒng)的工作過程如圖1所示付鹿。潤滑油貯存在滑油箱中澜汤，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中，滑油泵提供持續(xù)壓力舵匾，將潤滑油通過供油管路泵至各軸承腔和附件齒輪箱及其傳動裝置中俊抵。中大型航空發(fā)動機通常采用氣動封嚴(yán)來密封軸承腔，因此從軸承腔的回油管排出的通常是潤滑油和空氣的霧狀混合物坐梯。燃燒室前的轉(zhuǎn)子軸承溫度（壓氣機部分）比燃燒室之后的轉(zhuǎn)子軸承（渦輪部分）溫度低徽诲，因此潤滑油在這些軸承腔里的工作溫度差異最高可達(dá)100℃。完成潤滑任務(wù)之后的油氣混合物和從附件齒輪箱排出的潤滑油被泵至熱交換設(shè)備冷卻吵血，然后進(jìn)行油氣分離谎替，最后回到滑油箱，進(jìn)入下一個循環(huán)践瓷。潤滑油系統(tǒng)每分鐘最多可完成3次循環(huán)亭颈。發(fā)動機停車后，滑油泵停止工作叶刮，潤滑油中的熱量不能主動散發(fā)悠蹬，而是要經(jīng)過自然冷卻的過程，從而增加了氧化和炭化的可能性搓捅。

圖1 典型的航空發(fā)動機潤滑系統(tǒng)示意

由上可以看到航空發(fā)動機潤滑油的工作具有以下特點： 潤滑不同溫度的不同類型的部件（既有軸承跛拌，也有齒輪）；在管路循環(huán)中潤滑油溫度不斷變化铆性；大部分時間與熱空氣并存却痴；接觸不同類型的材質(zhì)（包括金屬和彈性密封件等）。這些特點對潤滑油熱穩(wěn)定性跨溺、抗氧化能力漩判、相容性和負(fù)載能力都有比較高的要求。

發(fā)展方向

為了使飛機能夠不間斷飛行的時間更長惩投、距離更遠(yuǎn)摘沥，發(fā)動機的推進(jìn)效率和熱效率必須提高，這就導(dǎo)致現(xiàn)在的發(fā)動機比20世紀(jì)60年代的運行溫度高得多兄存。除了在更高溫度下工作外熊镣，潤滑油在發(fā)動機大修之前一般不會徹底更換，而目前發(fā)動機在翼時間進(jìn)一步延長募书，這意味著潤滑油需要在更長的大修間隔時間內(nèi)保持正常工作绪囱。因此，避免潤滑油結(jié)焦和提高與彈性密封件的相容性的重要性就更加凸顯。

避免結(jié)焦

結(jié)焦是指發(fā)動機運行中不必要的積炭鬼吵。當(dāng)發(fā)動機潤滑油暴露于高溫環(huán)境中時扣甲，積炭就會逐漸形成。發(fā)動機在運行一段時間后而柑，常見的幾種結(jié)焦現(xiàn)象（如圖2所示）：一是薄膜狀結(jié)焦文捶，積炭層附著在光滑的金屬表面荷逞，會卷曲或脫落媒咳，此類結(jié)焦通常發(fā)生在發(fā)動機循環(huán)過程中；二是氣相結(jié)焦种远，可見于在發(fā)動機較熱部位的余油口或通風(fēng)口涩澡，這些部位通常是光滑的啞光表面，加之空氣與滑油混合比高坠敷，結(jié)焦之后表面會看起來粗糙汹涯；三是結(jié)塊或坑狀積炭，可見于潤滑油聚集的地方数屁，積炭會形成厚團塊片侧，此類結(jié)焦可能與發(fā)動機正常停車有關(guān)，停車時滑油停止流動透格，滑油無法通過熱交換器散熱微悬，熱量反而被滑油吸收造成氧化；四是動態(tài)結(jié)焦韭拙，積炭在滑油管路內(nèi)形成不規(guī)則流動區(qū)域沙诅，此類結(jié)焦是導(dǎo)致供油管和回油管的阻塞的可能機理之一。

圖2 幾種潤滑油結(jié)焦形態(tài)

目前仍有飛機運營商認(rèn)為祥扒，結(jié)焦是發(fā)動機潤滑油在高溫環(huán)境工作的正巢菀牵現(xiàn)象。但如果對潤滑油結(jié)焦的現(xiàn)象不采取預(yù)防措施鼻蟆，會造成額外的發(fā)動機維護(hù)成本以及潛在的安全影響振害。例如，結(jié)焦會堵塞滑油油濾和潤滑油系統(tǒng)回油管匀油、排氣管和供油管缘缚，從而造成潤滑油流量和壓力不足，或迫使?jié)櫥瓦M(jìn)入不應(yīng)該進(jìn)入的發(fā)動機區(qū)域钧唐，更甚者會導(dǎo)致軸承故障忙灼，或可能發(fā)生發(fā)動機起火。實際上钝侠，使用熱穩(wěn)定性更強的潤滑油可以改善結(jié)焦?fàn)顩r该园、有效減少或避免發(fā)動機大修時清潔積炭或更換污染的發(fā)動機部件的額外工作，是提高發(fā)動機維護(hù)效率帅韧、降低維護(hù)成本和提升安全的有效途徑之一里初。例如啃勉，普惠加拿大公司生產(chǎn)的PT6A-66D發(fā)動機，在使用了1種高熱穩(wěn)定性型潤滑油的情況下双妨，發(fā)動機制造商允許的發(fā)動機大修間隔（TBO）從3000h延長到3500h（增加17%）淮阐。

提高與彈性密封件的相容性

發(fā)動機及其部件里常用的密封件的材料為氟橡膠A/B/E，為了使密封有效刁品，密封件會吸收一部分潤滑油使其膨脹泣特，從而起到密封作用。根據(jù)經(jīng)驗凡宅，最佳的潤滑油吸收量應(yīng)使密封件產(chǎn)生12%～20%的膨脹谆威。如果潤滑油與密封件之間的相容性不理想，則會造成密封件劣化钓闲，導(dǎo)致密封件過度膨脹或收縮開裂婉饼，進(jìn)而造成潤滑油滲漏或其他外來物污染潤滑油系統(tǒng)。

通常發(fā)動機潤滑油主要采用以醇和脂肪酸為基本原料的合成多元醇酯作為基礎(chǔ)油拉盘，而非礦物的基礎(chǔ)油序敷，與礦物基礎(chǔ)油相比，酯對彈性密封件更具攻擊性当糯。潤滑油的其他成分主要是提供所需性能要求的添加劑成分赋昔，包括保持發(fā)動機清潔的分散劑、減少金屬和金屬接觸磨損的表面活性添加劑（包含耐磨成分）殊青、緩蝕劑手索，以及有助于保護(hù)基礎(chǔ)油免受熱降解和結(jié)焦的抗氧化劑，但部分高熱穩(wěn)定性型潤滑油中的抗氧化劑會導(dǎo)致彈性密封件劣化酣婶，造成故障性漏油唱枝。例如，CFM國際公司的CFM56和GE公司的CF34發(fā)動機均曾出現(xiàn)過使用添加不當(dāng)抗氧化劑的高熱穩(wěn)定性型潤滑油導(dǎo)致彈性密封件劣化的情況比驻，迫使航空公司進(jìn)行額外的定期檢查或不得不改裝相應(yīng)的密封件來避免漏油该溯。

如何在保持高熱穩(wěn)定性的同時，使?jié)櫥团c彈性密封件更相容别惦，從而節(jié)省成本和提高安全裕度狈茉，是目前航空發(fā)動機潤滑油發(fā)展的重要方向。

結(jié)束語

經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展和積累掸掸，以美國軍標(biāo)MIL-PRF-23699G和SAE AS5780D為代表的高熱穩(wěn)定性規(guī)范和高性能等級規(guī)范氯庆，以應(yīng)對潤滑油結(jié)焦和提高彈性密封件相容性。通過提高發(fā)動機潤滑油的以上兩種能力扰付，發(fā)動機能夠更加安全堤撵、高效地運行，避免不必要的維護(hù)，降低運營成本实昨，因此洞豁，用戶轉(zhuǎn)向高熱穩(wěn)定性型或高性能等級的潤滑油無疑是未來的必然趨勢。

（陳捷荒给，殼牌公司航空潤滑事業(yè)部掐抢，亞太及中東地區(qū)OEM和行業(yè)經(jīng)理，從事航空潤滑產(chǎn)品研究及業(yè)務(wù)發(fā)展與合作交流）

原文刊載于《航空動力》2021年 第6期

責(zé)任編輯：沙紹智

美術(shù)編輯：陳健

（陳捷 航空動力 期刊）

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