中國(guó)航發(fā)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司 中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院 中國(guó)航發(fā)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司 中國(guó)航發(fā)動(dòng)力股份有限公司 中國(guó)航發(fā)南方工業(yè)有限公司 中國(guó)航發(fā)哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司 中國(guó)航發(fā)動(dòng)力控制股份有限公司 中國(guó)航發(fā)航空科技股份有限公司 北京航空材料研究院股份有限公司
??在萊特兄弟“飛行者一號(hào)”的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)上,承載人類(lèi)首次動(dòng)力飛行的鋼制鉚釘和簡(jiǎn)易螺栓不過(guò)數(shù)十顆。而今天,一臺(tái)現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)上就要裝用數(shù)萬(wàn)顆精密緊固件,涵蓋鉚釘類(lèi)、螺栓螺釘類(lèi)、螺母類(lèi)、單面緊固件類(lèi)、特種緊固件類(lèi)、管路件連接件類(lèi)等許多種。
??這些平均重量不到10克的緊固件,如同航空發(fā)動(dòng)機(jī)的“鋼鐵關(guān)節(jié)”,將壓氣機(jī)、渦輪、燃燒室等核心部件連接成可靠整體。為了滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部嚴(yán)苛環(huán)境和特殊結(jié)構(gòu)的使用要求,一些航空發(fā)動(dòng)機(jī)的“關(guān)節(jié)”以其特殊的結(jié)構(gòu)和材料,練就了一身絕技,讓我們一起走進(jìn)這些微型構(gòu)件——
??高溫熔爐中的“耐熱戰(zhàn)士”
??在發(fā)動(dòng)機(jī)最熾熱的燃燒室與渦輪區(qū)域,溫度超過(guò)1600℃,相當(dāng)于巖漿噴發(fā)時(shí)的溫度,普通鋼材在這里和酷暑中的冰淇淋相差無(wú)幾。
??為了適應(yīng)環(huán)境,有的螺栓采用了特種高溫合金,用鎳、鈷、鉬等元素注入“耐熱基因”;有的螺栓表面鍍著特殊的陶瓷涂層,就像給鋼鐵披上了“隔熱斗篷”;還有一些螺栓內(nèi)部暗藏微型通道,引入冷卻氣流降溫,如同給螺栓裝上了“空調(diào)系統(tǒng)”。這些螺栓的螺紋大多采用鋸齒狀設(shè)計(jì),確保在高溫炙烤的環(huán)境下仍能保持強(qiáng)度和緊固性。
??旋轉(zhuǎn)風(fēng)暴里的“平衡大師”
??在發(fā)動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)、風(fēng)扇區(qū)域,一些連接點(diǎn)承受的離心力相當(dāng)于葉片自重的幾萬(wàn)倍,這里的螺栓既肩負(fù)相當(dāng)懸掛數(shù)輛小汽車(chē)的重?fù)?dān),又經(jīng)受著高頻氣流的拉扯。為了減少旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的慣性負(fù)荷,此處的螺栓大多采用輕量化設(shè)計(jì)。
??選用高強(qiáng)度、低重量的鈦合金材料或復(fù)合材料作為基體,讓緊固件可以輕松承受巨大的載荷和復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)。在強(qiáng)度允許的情況下,一些螺栓會(huì)通過(guò)加工減重槽和空心設(shè)計(jì)的方式進(jìn)一步減重。
??為了在旋轉(zhuǎn)風(fēng)暴的反復(fù)拉伸中保持不裂不斷,有的螺栓根部會(huì)采用圓角設(shè)計(jì)圓滑過(guò)渡,有的表面經(jīng)過(guò)噴丸強(qiáng)化處理形成壓力層,有的還采用了特殊的漸開(kāi)線螺紋,如同給每個(gè)螺栓裝上隱形彈簧,既確保緊固又留有微小的彈性空間,即使在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)境下也能保持穩(wěn)定。
高頻振動(dòng)下的“防松專(zhuān)家”
??在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道、機(jī)匣等區(qū)域,由于輪盤(pán)旋轉(zhuǎn)和高溫高壓氣體等因素的影響,螺栓需長(zhǎng)期承受上千赫茲的高頻振動(dòng)和沖擊,傳統(tǒng)螺栓在長(zhǎng)期振動(dòng)中容易松動(dòng)甚至脫落。
??螺栓擰緊順序是有明確要求的,不能繞圈一個(gè)一個(gè)擰,必須按對(duì)角線十字交叉擰緊。每顆螺栓更是要嚴(yán)格按規(guī)定的力矩?cái)Q緊,有的還需要擰緊后再松開(kāi)幾圈,最后再按規(guī)定的力矩?cái)Q緊。這主要是釋放應(yīng)力,確保航空發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)不會(huì)有零件松動(dòng)。
??不僅如此,為了防止螺紋副在振動(dòng)中相對(duì)滑動(dòng),提高緊固件的疲勞壽命,一些螺栓借助了彈性元件的力量,在嵌入金屬環(huán)或碟形彈簧后,當(dāng)螺栓擰緊時(shí),彈性元件被壓縮變形,產(chǎn)生持續(xù)的反彈力。這種反彈力像“橡皮筋”一樣,始終將螺紋副壓緊?;蚴峭ㄟ^(guò)加強(qiáng)配合,采用機(jī)械鎖扣設(shè)計(jì),在螺栓或螺母的螺紋上加工出局部變形,擰緊時(shí)變形部分與配合螺紋咬合,形成機(jī)械鎖扣,使其有效應(yīng)對(duì)劇烈振動(dòng)。
??當(dāng)“戰(zhàn)鷹”劃破云層、翱翔藍(lán)天時(shí),請(qǐng)不要忘記——在轟鳴的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部,有這樣一群小而堅(jiān)固的“關(guān)節(jié)”,它們沉默低調(diào),卻用毫米級(jí)的精密配合在高溫、高轉(zhuǎn)速、高振動(dòng)的極端環(huán)境中編織起一張無(wú)形的安全之網(wǎng),護(hù)航每一次平穩(wěn)起飛與安全降落。