6.1　燃烧室故障分析

6.1.1　燃烧室结构分析

燃烧室零件通常为薄壁件。燃烧室前端为扩压段，作用是降低进入燃烧室的气流速度，经扩压段后形成两股气流通道，对燃烧室表面进行冷却。燃烧区域组织空气与燃油燃烧，燃油喷嘴雾化或汽化燃油，加速油气混合，点火器点燃混合气，从而把进入燃烧室的空气加温到涡轮前允许的温度，使得高温、高压燃气进入涡轮膨胀做功。

6.1.2　燃烧室工作分析

燃烧室在高温、高压负荷下工作，是发动机中承受热负荷最大的部件，在发动机的热力循环中，燃烧室完成加热过程，高速气流和油气混合燃烧。承受着由气体力、惯性力产生的静荷载和振动负荷，受到热应力、热腐蚀的作用，工作条件十分恶劣。

为防止故障的发生，广泛采用耐高温、耐腐蚀的涂料，涂敷在燃烧室的内、外壳体的内壁上，提高了燃烧室内、外壳体的抗高温和抗腐能力。同时还提高了燃烧室内外壳体的抗热疲劳性能和使用寿命。

6.1.3　燃烧室的故障

燃烧室的故障主要受工作条件、燃烧过程的组织及零部件的技术状态影响，可划分为受高温热应力引起的故障、机械振动引起的故障、积炭、热腐蚀、燃烧过程组织不完善引起的故障等。常见的故障有裂纹、变形、翘曲、过热、烧伤、烧蚀、烧穿、积炭和磨损。

1.高温引起的故障

高温引起的故障通常发生在火焰筒头部、筒身、燃气导管及后安装边等部位，如火焰筒的裂纹、烧蚀、掉块、变形，主要由气流和火焰的紊流脉动产生高温热应力导致。高温导致机械性能下降，温差引发热应力和热变形，甚至高温蠕变。由高温蠕变导致残余拉应力，拉压应力交替变化加速了零件的热疲劳，使与火接触的壁面产生裂纹。在局部高温、富油的条件下缺氧容易产生细微炭粒和黑烟雾，在主燃烧区高温燃气易导致腐蚀。积炭和腐蚀破坏了燃油出口的结构形状，改变了燃油雾化特性，拖长火焰，甚至烧坏叶片和其他零部件。

燃烧室外套、火焰筒各段焊接处以及联焰的焊缝和远离焊点的不同部位，均易产生裂纹，以疲劳裂纹和焊缝裂纹居多。积炭把火焰筒壁的金属表面和冷空气隔离，并使壁面形成局部过热，引起局部热应力，使火焰筒壁面产生翘曲和破裂。燃烧室工作时，由于温差大，气膜冷却孔的孔边及各段的连接处也易产生裂纹。

2.机械振动引起的故障

机械振动引起的故障主要有联焰管锁扣裂纹、火焰筒进气孔镶套松动和磨损。高温部件在设计时，留有热胀冷缩间隙，振动及燃气脉动易使活动零件产生磨损。

3.喷嘴引起的故障

喷嘴引起的故障主要有三种：一是喷嘴喷射角过大，引起火焰筒前段过热。喷嘴孔内含有杂质或发生锈蚀、积炭等现象可能引发喷射角过大；二是燃油锥体偏斜，喷嘴或喷嘴内部零件装配位置不正确，引起燃油锥体的偏斜，导致燃油锥体的中心线和燃烧室的中心线不在规定的范围内，偏斜严重则会导致火焰筒受热不均匀，产生较大的热应力；三是燃油雾化不良。喷嘴内部表面的杂质引发燃油雾化不良，严重时会出现由颗粒较大、密集的油珠构成的油柱，在油柱区域燃气温度显著升高，当油柱直接喷到筒壁时，局部过热现象会更加严重，容易烧伤、烧蚀火焰筒壁，烧毁导向器叶片、工作叶片及加力装置。此外，油门调节速度过快和装配了错误孔径的喷嘴也会导致局部过热。

4.燃烧过程组织不完善引起的故障

燃烧过程组织不完善引起的故障主要是燃烧室出口温度场及全台发动机的燃气温度场不均匀，影响发动机整机性能。故障的产生原因是压力和速度脉动、燃油流量脉动、雾化质量、燃油与空气速度不匹配、油气分布不均匀等。

5.熄火故障

燃烧室熄火时，可能导致飞机发生抖动、飞机发出不正常的声音、转速和排气温度突然下降、油门操纵失控、飞机失去推力和飞行速度不断减小等。

引起发动机熄火的原因主要有压气机失速、喘振、贫油和富油等。发动机在高空工作时供油量减少，喷嘴前油压低。当喷孔有杂质、锈蚀或积炭引发雾化不良时，会使高空稳定燃烧的范围变小引发熄火。低空大速度飞行时，收油门不规范引起发动机喘振导致熄火。飞机进入其他飞机的尾流区域，因进口温度突然升高，使空气流量突然减小，可能导致发动机进入喘振状态，同时由于废气内氧气减少，瞬间供油量不变，燃烧室将超出保持稳定燃烧范围的富油极限，造成发动机熄火停车。

6.燃油质量引起的故障

燃油品质问题易造成燃油流量分布不均。燃油不干净或过滤不良，喷嘴油路堵塞，使实际流量比设计平均流量减少过多。喷雾锥角偏斜过大时，超出了工艺允许误差，使部分喷嘴喷油量过小；启动点火时，引发不能顺利点火和点火滞后故障；停车时，由于部分喷嘴喷油量比正常值小，可造成提前熄火。部分喷嘴与其余喷嘴工作不同步，使部分燃油没有在火焰筒中充分燃烧，随高速燃气流向火焰筒后方的涡轮部件，与高温燃气再次燃烧，导致高压涡轮导向器叶片过热等故障。

7.超温引起的故障

燃烧室部件的以下几种故障，容易引起启动超温，特别是短时间内的多次试车启动，更应严加预防和避免启动超温烧坏涡轮部件。

燃烧室漏油系统工作不正常，产生积油，启动时可能出现如图2-6-1所示的冒白烟现象。启动时积油燃烧，火焰传至喷管尾及其后方，导致喷火故障，如图2-6-2所示。点火电嘴工作异常，不能及时点火。发动机启动后，积油燃烧使火焰拉长到尾喷管；发动机启动时间过长时，须检查启动系统的工作特性。发动机多次启动不成功后，须检查，放掉积油。

图2-6-1　发动机冒白烟

图2-6-2　发动机喷火

发动机启动时，喷嘴油压过低，雾化不良，使燃油在火焰筒内燃烧不充分，易导致火焰拉长。当发动机转速基本不变，涡轮出口温度上升速度过快时，尾喷管喷出大量明火。

另外，外厂维修试车时，为防止启动超温，试车时应尽量避免顺风开车，以防启动困难，造成超温。修理出厂前，应正确调整启动和加速性能，防止热悬挂。

8.气流结构引起的故障

燃烧室的火焰筒内壁、火焰稳定器、燃油喷嘴防积炭帽罩表面，以及喷嘴喷口周围的积炭，使燃烧室内的空气量分配，燃烧区、掺混区射流穿透深度发生变化，导致气流结构偏离设计要求，引发燃烧室出口燃气温度分布均匀性变差。

燃油喷嘴的喷孔与旋流器不同心、喷口倒角不均匀、加工面光洁度不够、喷嘴装配质量问题和工艺性能不良，将导致喷雾锥角各部位油量分配不均匀，产生火焰筒局部过热、烧蚀、变形、裂纹和掉块故障。