摘要：在航空发动机中，发动机管路处于较高的压力下，在发动机工作时，由于内外环境以及空间的局限性，会导致发动机软管破坏失效。为了提高发动机管路使用的可靠性，采用部分软管连接方式，来替代局部的硬管段可以提高发动机软管的可靠性。目前，不同的软管在现代工业中为重要管路连接件，在现代工业生产中有广泛的应用，具有良好的柔软性、耐腐蚀、耐高温、抗疲劳等特性，能够很好地满足整体系统正常运行的要求。

关键词：发动机；金属波纹管；非金属聚四氟乙烯软管

0 引言

在复杂的发动机系统中，管路是最常用的部件，但是常常由于空间位置的受限，造成安装工作难以执行：①已经成型的管路难以安装；②勉强能够装上的管路往往由于安装位置错位导致管路冷校正，局部受力明显，管路内应力高，这些残留在管路系统中的安装应力，毫无疑问是极大的隐患。一般情况下，发动机燃烧室内的温度可以达到1400℃~1700℃，装在燃烧室外部的管路系统由于热胀冷缩，温度的变化，极有可能引起管路的变形或者管接头的变形，导致漏油、应力集中等现象，存在安全隐患。

此外，发动机运行过程中产生的振动，也会对管路的薄弱环节或应力集中的部位造成损伤或损坏，使得管路在发动机运行过程中失效，最终导致发动机的可靠性降低，使用寿命的减少。软管我们定义为一根不可拆卸的管路，且有一段采用柔性连接，柔性部位可采用金属或非金属材料，具有满足管路安装及补偿管路伸缩功效的管道连接件。

1 航空发动机管路现状

现在航空发动机的液压油管路系统，通常高压区间在21MPa~28MPa之间，由于液压泵的运行，会产生一定的脉冲，使管内压力波动，这些会对发动机导管的使用寿命产生很大的影响。同时由于发动机管路是一个封闭循环系统，导管在使用过程中，因安装会热胀冷缩，会造成应力集中，最终导致导管破裂。导管在沿发动机管线布置时，存在弯曲的地方，液压油在管内流动时，压力脉动会引起导管的弯曲振动，使导管随液压油产生弯曲振动，特别是油压与导管的固有频率产生共振，振动的幅度更为剧烈。其中液压泵会引起液压油的振动，特别是液压泵出口位置的流量脉动，在遇到管路阻抗之后，就转化为压力脉动，特别是打开和关闭液压控制阀时，液压撞击产生的瞬间压力会是原来压力的好几倍，从而引起更大的脉动；同时液压撞击时，油液压力会发生高频振荡，导管会受到高频重复的载荷作用。这些都使发动机导管产生振动，引起疲劳，最终导致破损。另外在发动机导管的维修过程中，操作不当使导管产生压伤、变形和磨损，这些安全隐患会使导管在振动的作用下破裂。

1.1 发动机导管的固定支架安装不合理

由于空间小，拆装非常困难，在安装时安装不到位就会导致导管产生形变，产生了内应力，会严重地影响导管的使用寿命。同时在导管的固定支架安装过程中，过松或过紧都会影响导管。当过松时，导管将会与固定的卡子产生摩擦；定过紧时，将会使导管受压产生形变，这些都是质量隐患。

1.2 发动机导管三维空间不到位

导管在弯曲时，未按照要求操作，弯制的导管变形，扁平率不满足使用要求等加工引起的安全隐患。特别在现实复杂的管路系统中，经常出现三维空间位置的限制，硬管管路件出现安装干涉，需要对硬管局部位置进行冷校正，存在安装引起的安全隐患。在使用过程中，硬管在高强度的振动环境中，这些安全隐患最终导致硬管破裂，出现泄漏问题。

1.3 发动机导管因各种原因污染，受到腐蚀

一般导管的腐蚀主要分为内表面和外表面两种情况，其中外表面的腐蚀多为导管表面的保护层受到破坏，包括一些水分、油类、尘土等外界杂质污染导管的表面，导致表面产生腐蚀现象。而导管内表面腐蚀，很大原因是由于在液压油长期使用后，液压油受到腐蚀性介质污染，在液压油流过导管时，对导管内表面产生腐蚀。

另一方面，液压油是在导管内一直做高压、高速的循环运动，一旦油液有颗粒状物质污染，在流动过程中，就将会对内壁产生磨损，甚至划伤内壁出现安全隐患，最终就会在振动作用下出现局部的破裂现象。综上所述，针对发动机导管存在的一些问题，有必要对其进行更加深入地研究，在不影响发动机正常使用的条件下，用部分金属或者非金属软管连接方式，来替代局部管路中的硬管段，对导管进行改善，最终解决管路系统存在这些问题，使导管泄露、破裂的故障发生的概率大大降低。

2 软管的性能特点

现代航空发动机主要采用金属软管和非金属聚四氟乙烯软管两种不同系统中的软管种类。金属软管是以波纹管为核心元件的管路配件，能在管道与管道、管道与设备之间起补偿作用，具有质量轻、柔性好、承压高、耐高低温等优点。非金属聚四氟乙烯软管主要是聚四氟乙烯为核心元件的管路配件，具有体积小、耐腐蚀、抗疲劳等优点，广泛应用于船舶、矿山、冶金、石油、工程机械等领域。

金属软管由于耐高温，但相比聚四氟乙烯软管耐疲劳性能差的特点，我们多应用于航空发动机中的引气系统，特别是外部机匣连接的部位，解决由于外部机匣和连接管路因热胀冷缩量级不同，引气的管路泄露问题。由于非金属聚四氟乙烯软管抗疲劳性能好，管内部液压油脉冲冲击次数可达25万次以上，因此非金属聚四氟乙烯软管多应用于航空发动机燃油和滑油等液压油管路系统，解决液压油管路系统热补偿问题。

这些软管能够充分吸收管路系统中的安装应力、变形应力、内应力等各种应力，补偿管道的位置移动和吸收管路系统的振动，可防止因不均匀地基沉降而造成配套系统的变形、泄露，对于配管系统因热胀冷缩造成的变化有良好的吸收作用，是现代管路系统不可缺少的重要配件。软管可以在满足自身最小弯曲半径下随意弯曲，所以，它能满足绝大部分管路的安装要求，对发动机系统的运行有着一定的保护作用。在一些特殊严苛条件下（振动、沙尘、冲击、加速度、酸性大气等），用软管补偿发动机管路，不仅能够吸收振动，还可以提高系统抗疲劳破坏的能力，耐腐蚀，甚至达到降低噪音之效果等，更好地提高航空发动机的性能和使用寿命。

2.1 软管的使用寿命

金属软管的寿命主要根据其核心元件波纹管的使用寿命来决定，波纹管的寿命取决于软管所应用的内外部环境以及压力等状况共同决定。波纹管为金属薄壁管状形态，因此，金属软管不会像橡胶管那样因老化而在某些条件下产生断裂或爆炸，但在其薄壁的特性，当疲劳应力超过波纹管疲劳极限时，就有可能出现裂纹，造成泄漏。为了防止这类事故的发生，必须保证在运动条件下，其最小弯曲半径不得小于额定值。在额定弯曲半径、额定工作压力的条件下，金属软管的疲劳寿命应大于10000次。非金属聚四氟乙烯软管的材料是已知稳定性最好的高分子材料之一，具有塑料中最小的摩擦系数（0.04），具有塑料中最佳的老化寿命，广泛应用于航空航天等高尖端领域。

2.2 软管的耐腐蚀性能

金属波纹管可以选择不同类型的不锈钢或者高温合金材料制造，应用于不同介质不同环境的工作场合，不过对于输送易燃、易爆、剧腐、剧毒介质的金属软管，即使未发生损坏，使用2~3年以后，必须更换或降级使用。非金属聚四氟乙烯软管能耐王水和绝大多数有机溶剂，性能相当稳定。

2.3 软管的承压能力

金属波纹管的承压能力取决于波纹管外部编制的不锈钢网套决定，目前在只编织单层网的情况下，最大能够承受35MPa的压力，根据压力不同，也可以编织多曾钢丝网套，以增强波纹管的抗压能力，非金属聚四氟乙烯软管目前管坯通径为DN（6~12），工作压力在15Mpa，工作介质为：空气、氮气等。已经对DN（8、10）一层网进行爆破试验，压力分别为：60Mpa（8一层）、50Mpa（10一层）。

2.4 软管在热胀冷缩情况下的补偿位移能力

金属波纹管的补偿能力取决于单位长度内波纹管的波数多少，一般情况下，波数越多，补偿能力越好。非金属聚四氟乙烯软管由于内部的聚四氟乙烯也是做成波纹形状，因此也具备一定的补偿能力，波纹数量越多，补偿量越大。

2.5 软管的温度承受能力

金属波纹管由于其材料为奥氏体不锈钢，因此金属波纹管的温度承受范围为-196℃~420℃，能够满足发动机上温度变化的要求。非金属聚四氟乙烯软管外部包有不锈钢丝增强层或高强度“KEVLAR”纤维增强层，能够在-50℃~232℃内正常使用，是飞机液压系统的重要附件。

3 结语

软管的使用寿命、软管的耐腐蚀性能、软管的承压能力、软管在热胀冷缩情况下的补偿位移能力、软管的温度承受能力都能满足发动机运行的需要，比单纯的硬管连接更好的延长发动机使用寿命，在不改变发动机管路结构的前提下，采用部分软管连接方式，来替代局部的硬管段，对单纯的硬管连接存在的不合理之处进行优化，最终彻底解决管路系统存在的泄露、破裂等质量问题。

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