关于加工工艺对航空发动机燃油喷嘴性能的影响探讨

王宇 郭书壹 秦杰

摘要：加工工艺是影响航空发动机燃油喷嘴性能的一个主要因素，加工工艺的优劣不仅能够影响到各项性能参数，还会影响到燃油喷嘴的运行稳定性。本文通过对加工工艺进行分析，并结合实際对燃油喷嘴性能在加工工艺下的影响提出个人观点，希望为关注燃油喷嘴性能的人群带来参考。

关键词：加工工艺;燃油喷嘴;航空发动机;性能影响

引言：燃油喷嘴SMD（雾化粒度、雾粒平均直径）将会随着供油压力的变化而改变，当供油压力增加至一定程度之后，SMD的数值下降速率将会逐渐变得稳定，此时的喷雾锥角将不会随着压力变化而发生改变。加工工艺可以通过改变喷口等方式来影响燃油喷嘴的正常运行。因此，有必要对燃油喷嘴在加工工艺下的影响进行分析。

一、喷嘴加工工艺

燃油雾化质量与浓度情况都将会影响到燃烧室的实际性能与燃烧时的稳定性，发动力推力、油耗、经济性同样会在雾化效果的影响下而发生改变。当雾化效果无法达到应有的雾化质量时，燃烧室、涡轮的使用寿命将会有所降低，而污染物的排放量则会大幅上升。大油滴在冲击到壁面时将会导致过热，影响工作效率，而喷雾锥角过大则会导致局部过热与烧蚀。在喷嘴加工期间，喷口直径、锥度等参数都会影响到喷嘴性能，因此喷嘴加工工艺的重要性毋庸置疑。

试验喷嘴属于双油路、喷口压力的雾化喷嘴，其喷嘴组成为壳体、衬套、主副喷口等，当供油量相对较低时，副油路将会代替主油路运行，当供油量较高时，则主、副油路则会一同进行工作。在运行期间，主副油路之间不会干扰、串油。

（一）试验喷嘴的技术要求

试验中主副喷嘴的主要技术要求如下：第一，喷口内部的旋流槽与中心孔尺寸对于喷嘴流量、喷雾锥角有着非常大的影响，因此试验喷嘴的尺寸、位置精度要求非常高，只有精度满足要求才能够保证试验效果。第二，主副喷口具有较高的同轴度要求，同轴度需要尽量控制在0.02左右，若有偏斜便会影响到雾锥油膜厚度，所以应该在加工期间严格注意喷口相互之间的间隙问题，只有这样才能够有效降低对喷口性能的影响。第三，为了提高喷口、旋流槽的工艺精确度，应该在研磨旋流槽时维持锐边，以此来保证工艺质量。第四，喷口内表面与端面粗糙度应该控制在0.1～0.2mm的范围，若研磨后的粗糙度过高，便会导致喷雾锥中形成油印，进而影响到喷液流动效率。第五，喷嘴应该在加工期间选择高温工作能力强且硬度较高的材质，如CrWMn等，此类材料具有抗氮、抗高温等优点，能够在恶劣的工作环境下保证工作质量不受影响[1]。

（二）喷口工艺流程分析

喷口加工流程可以分为毛坯、粗加工、检验、细加工、处理、精加工、检验等环节，其中精加工中的研磨程序属于施工期间的关键工序之一，该工序的尺寸精度极高，圆柱体圆度需要达到0.001mm。燃油喷口的主要故障可以分为切向槽深度超差、内锥角超差等，其中各种加工问题都可以采用对应的解决方案来排除，选择适合的施工方式能够有效防止加工问题的出现，当前采用七轴加工中心可以简化加工流程，减少重复装夹，提高加工效率，通过机床在线计量检测，提升零件合格率。

二、试验系统与工作特性试验

燃油喷嘴的综合试验系统包括有三维可调喷嘴试验台、计量系统、激光多普勒测速仪等，在试验期间需要重点关注不同尺寸燃油喷嘴的雾化特性，以此来掌握加工工艺所带来的影响，试验目的为：第一，确定喷嘴处于起飞、巡航等状态下的流量特性，并明确供油量与构件尺寸相互之间的关系。第二，试验测定雾化粒度SMD与压力相互之间的关系。第三，明确喷雾锥角、喷口尺寸、压力之间的关系。流量特性试验可以测定喷嘴流量随着供油系统压力所出现的变化。

（一）喷雾锥角试验

通过相机可以完成对喷雾锥角的采集，采集完成后可以利用图片识别的方式来掌握不同压力条件下的喷雾锥角数据。当主油路锥角达到92°时，供油压力的提高将会导致喷雾锥角下降，当压力从0.8MPa提高至2.2MPa时，喷雾锥角将会减小3.1°。在设计状态中，压力为2.4MPa时，锥角为90.6°，因此设计参数与实际参数之间的差距并不大，所以可以判断供油压力对于锥角的改变幅度相对较低。副油路的压力变化则基本不会影响到喷雾锥角。除此之外，当主、副喷口同时进行工作时，其喷雾锥角的幅度将会略微小于主油路单独运行时的锥角幅度。

（二）雾化粒度试验

在研究测试下要分别测试处于不同工作状态下的实验喷嘴，并对其喷雾SMD值进行分析。在分析过程中可以发现，主油路供油压力的提高将会导致SMD出现下滑的趋势，而且在一定压力范围内，通过增加压力的方式能够显著降低雾化SMD值。即在低压端的压力将会有所提高，SMD的降低会更加明显，而当压力增加至一定程度后，即便继续提高压力，SMD的下降速度将会有所减少。在副油路单独运行时，SMD将会达到10μm左右，当主、副油路同时运行之后，在压力为1.8MPa时，SMD并不会发生改变，其数值在20μm左右，这意味着雾化质量能够保持稳定[2]。

三、试验与喷嘴尺寸关系

在流量特性中，主、副油路运行时，燃油流量将与喷口半径平方成正比，而共同工作时则会受到主喷口面积所带来的影响，通过研磨喷口能够有效增加流量，当旋流槽面积提高时，能够使流量随之增加。供油压力与流量相互之间具有紧密联系，供油压力可以直接影响到流量参数。在喷雾锥角中，锥角与喷口半径之间存在正向关系，增加喷口半径可以带动锥角的增大，流量此时也会随之增长，所以应该考虑流量、锥角之间的关系。而对于雾化粒度而言，主、副喷口半径并不会严重影响到雾化力度。所以对于航空发动机燃油喷嘴而言，加工工艺所带来的影响非常明显，只有提高加工精度，才能够令燃油喷嘴在工作中发挥出应有的作用，当加工质量无法满足喷嘴要求时，喷嘴性能就将会大打折扣。

结论：总而言之，加工工艺是影响燃油喷嘴性能指标的一项关键因素，因此必须在加工期间利用优质的加工工艺、先进的加工方法来保证加工质量，以此来避免喷嘴性能指标受到影响，保证发动机的工作效率。相信随着更多人了解到加工工艺的重要性，更多人参与到加工工艺的研究，航空发动机燃油喷嘴的质量将会变得更好。

参考文献：

[1]成超乾，赵祉江，张立斌.航空发动机燃油喷嘴关键件配合精度研究[J].现代制造工程，2020（06）：69-74.

[2]刘亚军，杨文斌，高友忠.某型航空发动机燃油喷嘴性能试验器的研制与应用[J].航空维修与工程，2019（04）：72-74.