最新冷笑话-元旦晚会作文

一种强制对流换热系统的设计与应用
原 博 朱 宇 牟锦辉
（中国飞行试验研究院 陕西 西安 710089）
摘 要： 针对某型航空 发动机地面工作时出现的滑油系统温度超温的问题，设计和开发了滑油喷水冷却系统解决该问题。实际应用表明： 该系统结构简单，
使用可靠，能够很好的解决上述问题，而且能够为今后类似问题的解决提供一定的借鉴 。
关键词： 滑油系统温度；超温；滑油喷水冷却系统
中图分类号：V2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2010）1110058－02
0 前言
射流冲击是一种极 其有效的强化局部传热方法，由于射流冲击在靶面
上形成很薄的流动边界层，对流换热系数比常规要高出 几倍甚至一个数量
级。国内外许多学者对冲击冷却进行了研究，取得了一些很有意义的研究
成果 。文献[1-3]试验研究了单孔射流冲击的换热特性，结果表明冲击冷却
的有效范围为4倍冲击孔直径 ，冲击间距与射流孔直径之比为2时换热效果
最好。
某型发动机是经过改进改型的涡轮螺旋桨发 动机，发动机装机后，在
一次地面开车检查试验中，当正常起动发动机到慢车转速，油门杆平缓上
推时，从现场测试监控设备和飞机仪表都可以看到，发动机进口滑油温度
和出口滑油温度不断升高并有 超温趋势，手动操作使滑油散热器风门全
开，此现象没有得到遏制，滑油温度超过限制值，操作人员拉油 门停车。
发动机技术说明书明确规定，滑油系统最佳工作范围为40℃～90℃，且只
允许短时 间超过90℃，但从测试数据来看，滑油温度实际已超过100℃，且
没有下降趋势。针对此问题作专题 检查，在接下来的几次地面试验中，此
现象复现。
1 滑油系统组成及超温原因分析
滑 油系统是向发动机各主要运转部件供给滑油，以减轻零件之间的摩
擦并带走因为摩擦而产生的大量热量， 同时还要向燃油调节器、螺旋桨调
速器，测扭机构及扭矩顺桨传感器供油，为了保证这些附件系统能够安 全
可靠的工作，滑油系统的油温、油压及供油量都必须维持在一个相当的水
平，滑油系统是发动 机的关键系统之一。该型发动机采用了独特的闭式滑
油系统，即发动机滑油散热器发动机，滑油系统滑油 在工作过程中为闭式
回路，不会回到滑油箱。辅助滑油泵内的调压活门保持主滑油泵进口油压
为 稳定油压，当滑油因被消耗而不能保持此油压时，辅助滑油泵就从滑油
箱抽油补充，以恢复此压力。图1 为滑油系统示意图。
系统滑油散热量，增加了滑油中油沫的含量，加重了系统负担，但是，与
此 相适应的滑油散热系统却未作重大更改，发动机工作时滑油系统的发热
量与系统散热量
不匹配， 导致上述故障现象的发生。
该故障现象只是在地面开车过程中发生，飞机起飞后，随着高度的增
加环境温度逐渐降低和迎面来流速度的增加，增大了滑油系统散热量，超
温现象消失，系统工作正常，这 进一步证实了故障原因为系统自身散热能
力不足。
2 解决方案及各方案的优缺点
针对 原滑油散热系统散热能力不足的问题，为提高系统的散热能力，
对该系统的基本散热原理进行分析，根据 该散热器的特点，我们可将其归
结为多排管的强制对流换热的范畴，关于该散热器的具体换热过程，我们
只做定性的分析，可以发现，滑油系统的散热量和以下因素密切相关，具
体的滑油系统散热量关 系式如下：
Q=f(P
*
，T
*
，ν，l，t，m，μ)
其中：Q为散热器散热量，P
*
为迎面来流总压，T
*
为迎面来流总 温，ν
为空气粘性系数，l散热器尺寸量，t为滑油温度，m为滑油流量，μ滑油粘
性系数。七 个参数中，认真观察此关系式，可以看到，右半部分七个参数
可以分成三个部分，其中前三项为迎面来流 相关量，中间一项为散热器尺
寸相关量，后三项为滑油相关量。所以，解决滑油系统超温的问题可以从< br>三方面展开：
2.1 更改滑油散热器尺寸
由上式可以看出，滑油散热器尺寸越大，滑油 系统散热量越大，可以
通过更改散热器尺寸达到增大系统散热量的目的，包括更改滑油散热器局
部和新研滑油散热器，此方案的优点是显而易见的，可以一劳永逸的解决
滑油散热问题，但是，该方案资 金投入量大，研制周期长，只能作为中长
期方案待定。
2.2 用合适牌号滑油替代系统现用滑 油
如果能找到合适的滑油类型来替代目前滑油系统所用滑油，替代品所
要达到的要求是：在较高 的温度条件下，其粘性仍能满足滑油系统的润滑
条件，并且安全条件可以得到保障。但该方案也存在相当 的困难，一是合
适的滑油品牌不好找，二是就是找到了符合条件的滑油，没有经过权威部
门严格 论证，是否能用于飞行试验也是个问题。
2.3 加装滑油冷却喷水系统
由于射流冲击冷却突出 的散热能力[4]，考虑采用射流冲击冷却的方
式增大原滑油散热系统散热量，其基本原理为：改变原有 的空气强制对流
换热方式为强制对流换热和射流冲击冷却相结合的换热方式。根据以上原
理，设 计研制了滑油散热喷水冷却系统，原理图见图2，鉴于水的价格比较
低廉，同时射流冲击效果要优于空气 ，该系统射流冲击介质采用纯净水，
以进一步提高系统散热量。
喷水系统实物图见图3。喷水系统增压泵采用航空用柱塞泵，正常工作时泵后压力为：
59kPa～78kPa，流量17. 8Lmin；连接管路采用8mm航空用不锈钢管。
滑油系统超温故障只发生在飞机地面开车、地面滑行 、起飞、降落等
几种典型工作状态。发动机地面开车前，由后舱操作人员打开水路阀门，
1.发 动机本体 2.回油泵 3.风冷式滑油散热器
4.滑油箱 5.辅助滑油泵 6.主滑油泵
图1 某型发动机滑油系统简图
某型发动机经改进改型后，为了提高发动机的输 出轴功率，在结构上
作了较大变动，这样，改变了发动机原有滑油系统的结构，增加了发动机
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滑油冷却喷水系统处于待机状态，地面工作过程中飞行员注意观察座舱内
滑 油温度表，一旦发现滑油温度有超温的趋势，即按压座舱内喷水系统电
门，喷水系统开始工作，飞机起飞 滑油温度正常以后，后舱操作人员首先
关闭水路阀门，再打开高压空气路阀门，利用高压空气吹除水路中 余水，
防止系统高空低温条件下结冰，保证系统功能正常。
务人员工作量；
4）水泵在 使用过程中由于侵蚀、温度太低时易结冰等因素容易损
坏；
5）滑油冷却喷水系统操作部分分两 部分，一部分（即水泵按钮）在
前舱，一部分（即气阀和水阀）在后舱，必须保持前后舱通讯畅通；6）喷水系统只在起飞降落和地面工作时使用，而起飞降落时飞行员
对飞机的操作量最大，加装喷水 系统后，进一步加大了飞行员操作系统的
复杂性，不利于飞行安全。
3 喷水系统的应用
滑油冷却喷水系统经改装实施后，使用效果明显，在起飞和着陆过程
中能够很好的降低滑油温度，使滑 油温度能够保持在限制值以下，达到了
预想目的，满足了任务需要。图4为地面开车时滑油喷水系统打开 时的工作
情况曲线，从图中可以看出，喷水系统打开后，滑油温度降低很快，在温
度曲线上形成 一个低谷，说明了喷水系统降温效果明显。
1.水箱 2.水泵开关（位于飞行员座舱）
3.喷嘴 4.油散热器 5.阀门 6.水泵 7.气瓶
图2 滑油喷水系统原理图

图4 地面开车时喷水系统工作情况
4 结论
实践结果表明，滑油喷水冷却系统在实际使用中能够很好 的发挥作
用，降温效果明显，能够暂时满足实际需要。但是，正如上文所说的，由
于该方案存在 着诸多缺点和不方便之处，只能作为工作中解决问题的暂定
方案，并不适合长期使用，所以，研制一套新 的滑油散热系统才是最终解
决该问题的关键。
1.气瓶 2.通气嘴 3.水箱
图3 喷水系统机舱内部分
喷水系统优点非常明显：
1）投资少，见效快；< br>2）原理简单，易实施；
3）短期内即可完成加改装，对试验进度影响不大。
但是，该方 案也存在许多缺点：
1）加装喷水系统，飞机上必须放置水箱，这样，不但占用了机内空
间，而 且增加了飞机重量；
2）若喷水系统用水为纯水，增加了成本，若改用自来水，则可能对
滑油散 热器造成一定量的侵蚀，长期使用下来，也有可能形成水垢，堵塞
换热通道，反而降低了换热效率；3）水箱用水需定期添加，气瓶气压也需维持在一定水平，增加了机
参考文献：
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[4 ]王磊、张靖周、杨卫华，密集型阵列冲击射流换热特性实验，航空动
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作者简介：
原博（1980-），男，陕西蒲城人，飞行试验工程师，研 究方向：飞机发
动机工作特性飞行试验。
（上接第56页）
传感器值求其平均，当成一 次测量值。
致谢：
本系统设计过程中，一些资料来源于北京交通大学，在此表示感谢
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参考文献：
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