??在萊特兄弟“飛行者一號”的活塞發動機上,承載人類首次動力飛行的鋼制鉚釘和簡易螺栓不過數十顆。而今天,一臺現代航空發動機上就要裝用數萬顆精密緊固件,涵蓋鉚釘類、螺栓螺釘類、螺母類、單面緊固件類、特種緊固件類、管路件連接件類等許多種。
??這些平均重量不到10克的緊固件,如同航空發動機的“鋼鐵關節”,將壓氣機、渦輪、燃燒室等核心部件連接成可靠整體。為了滿足發動機內部嚴苛環境和特殊結構的使用要求,一些航空發動機的“關節”以其特殊的結構和材料,練就了一身絕技,讓我們一起走進這些微型構件——
??高溫熔爐中的“耐熱戰士”
??在發動機最熾熱的燃燒室與渦輪區域,溫度超過1600℃,相當于巖漿噴發時的溫度,普通鋼材在這里和酷暑中的冰淇淋相差無幾。
??為了適應環境,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“空調系統”。這些螺栓的螺紋大多采用鋸齒狀設計,確保在高溫炙烤的環境下仍能保持強度和緊固性。
??旋轉風暴里的“平衡大師”
??在發動機高速旋轉的壓氣機、風扇區域,一些連接點承受的離心力相當于葉片自重的幾萬倍,這里的螺栓既肩負相當懸掛數輛小汽車的重擔,又經受著高頻氣流的拉扯。為了減少旋轉帶來的慣性負荷,此處的螺栓大多采用輕量化設計。
??選用高強度、低重量的鈦合金材料或復合材料作為基體,讓緊固件可以輕松承受巨大的載荷和復雜的應力狀態。在強度允許的情況下,一些螺栓會通過加工減重槽和空心設計的方式進一步減重。
??為了在旋轉風暴的反復拉伸中保持不裂不斷,有的螺栓根部會采用圓角設計圓滑過渡,有的表面經過噴丸強化處理形成壓力層,有的還采用了特殊的漸開線螺紋,如同給每個螺栓裝上隱形彈簧,既確保緊固又留有微小的彈性空間,即使在高速轉動的環境下也能保持穩定。
高頻振動下的“防松專家”
??在發動機的進氣道、機匣等區域,由于輪盤旋轉和高溫高壓氣體等因素的影響,螺栓需長期承受上千赫茲的高頻振動和沖擊,傳統螺栓在長期振動中容易松動甚至脫落。
??螺栓擰緊順序是有明確要求的,不能繞圈一個一個擰,必須按對角線十字交叉擰緊。每顆螺栓更是要嚴格按規定的力矩擰緊,有的還需要擰緊后再松開幾圈,最后再按規定的力矩擰緊。這主要是釋放應力,確保航空發動機長時間工作時不會有零件松動。
??不僅如此,為了防止螺紋副在振動中相對滑動,提高緊固件的疲勞壽命,一些螺栓借助了彈性元件的力量,在嵌入金屬環或碟形彈簧后,當螺栓擰緊時,彈性元件被壓縮變形,產生持續的反彈力。這種反彈力像“橡皮筋”一樣,始終將螺紋副壓緊。或是通過加強配合,采用機械鎖扣設計,在螺栓或螺母的螺紋上加工出局部變形,擰緊時變形部分與配合螺紋咬合,形成機械鎖扣,使其有效應對劇烈振動。
??當“戰鷹”劃破云層、翱翔藍天時,請不要忘記——在轟鳴的發動機內部,有這樣一群小而堅固的“關節”,它們沉默低調,卻用毫米級的精密配合在高溫、高轉速、高振動的極端環境中編織起一張無形的安全之網,護航每一次平穩起飛與安全降落。