劉廷毅

（中航工業(yè)沈陽發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)研究所，沈陽 110015）

0 引言

航空發(fā)動機(jī)在研制和裝備使用過程中會暴露出許多故障和問題。這些故障和問題，既體現(xiàn)了研制和使用中必然要經(jīng)歷的不斷暴露、解決故障和問題的過程，也反映出深層次技術(shù)和管理問題。特別是小涵道比航空發(fā)動機(jī)推重比的不斷提高，主要是通過提高風(fēng)扇/壓氣機(jī)平均級壓比和渦輪進(jìn)口溫度，采用大量的新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝等措施實(shí)現(xiàn)的。這些措施將使得發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)對設(shè)計(jì)誤差、材質(zhì)內(nèi)部缺陷、制造公差以及發(fā)動機(jī)使用條件變化更加敏感。因此，在發(fā)動機(jī)研制過程中，要求基礎(chǔ)更扎實(shí)、設(shè)計(jì)更完善、試驗(yàn)更充分。

在自主發(fā)展新型航空發(fā)動機(jī)的過程中，應(yīng)不斷分析總結(jié)中國航空發(fā)動機(jī)的研制經(jīng)驗(yàn)，研究借鑒國外先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)的發(fā)展道路，深入研究并采取更加有效的管理方法——按時(shí)間、分階段的全壽命管理方法，以達(dá)到控制發(fā)動機(jī)研制風(fēng)險(xiǎn)、提高部隊(duì)裝備完好率、降低發(fā)動機(jī)全壽命成本的目標(biāo)，不斷提高中國新型航空發(fā)動機(jī)研制的技術(shù)和管理水平。

1 國外航空發(fā)動機(jī)發(fā)展理念的演變

美國是當(dāng)今航空發(fā)動機(jī)發(fā)展處于世界領(lǐng)先地位的國家，深入研究其航空發(fā)動機(jī)的發(fā)展道路，對中國當(dāng)前和未來航空發(fā)動機(jī)發(fā)展具有重要的借鑒意義。

20世紀(jì)40年代初，美國從英國引進(jìn)懷特和尼恩離心式渦噴發(fā)動機(jī)，開始進(jìn)行仿制和改進(jìn)改型，研制出J31、J33等發(fā)動機(jī)。這期間，美國通過實(shí)施一系列航空發(fā)動機(jī)發(fā)展計(jì)劃研究新技術(shù)、新材料和新工藝，并大力興建相應(yīng)的試驗(yàn)設(shè)施，開始自行研制航空渦輪發(fā)動機(jī)。1944年，美國研制出帶軸流式壓氣機(jī)的渦噴發(fā)動機(jī)J35，裝于F-84（“雷電噴氣”）戰(zhàn)斗轟炸機(jī)上試飛成功。在此基礎(chǔ)上，美國吸收德國軸流式渦噴發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，研制出J47渦噴發(fā)動機(jī)，裝于F-86D（“佩刀”）飛機(jī)上創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)1145 km/h的世界飛機(jī)飛行速度最快紀(jì)錄。至此，原來噴氣發(fā)動機(jī)技術(shù)落后5 a的美國迅速跨入噴氣飛行先進(jìn)國家行列。

進(jìn)入20世紀(jì)50年代，美國已經(jīng)有了自行研制航空渦輪發(fā)動機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，并具備了一定的部件技術(shù)和材料基礎(chǔ)，率先研制出用于Ma≥2飛機(jī)的渦噴發(fā)動機(jī)J75、J79。到50年代后期，美國又開始研制用于Ma≥3飛機(jī)的渦噴發(fā)動機(jī)J58、J93，使渦噴發(fā)動機(jī)進(jìn)入迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用時(shí)期。在該時(shí)期，美國采取1種拼部件的“武庫法”研制策略，即把研究得到的部件成果直接應(yīng)用到發(fā)動機(jī)型號研制中。這是1種高風(fēng)險(xiǎn)、低水平的管理方法，但由于當(dāng)時(shí)飛機(jī)對發(fā)動機(jī)的要求相對簡單，主要以追求性能為主，對可靠性、耐久性和維修性要求并不高，因此，該策略在當(dāng)時(shí)可以被接受。

20世紀(jì)60年代，由于飛機(jī)對發(fā)動機(jī)的要求更加多樣化，同時(shí)加力式渦扇發(fā)動機(jī)的出現(xiàn)，使得發(fā)動機(jī)內(nèi)部各部件之間和飛機(jī)與發(fā)動機(jī)的匹配問題變得非常突出。為減少發(fā)動機(jī)型號研制風(fēng)險(xiǎn)，并保證發(fā)動機(jī)發(fā)展比飛機(jī)發(fā)展有一定的提前量，美國在發(fā)動機(jī)研制管理上進(jìn)行了1次重大改革，即在發(fā)動機(jī)部件研究與型號研制之間，增加了1個(gè)預(yù)先發(fā)展階段，在將部件研究成果應(yīng)用到發(fā)動機(jī)型號研制之前，于盡可能接近發(fā)動機(jī)真實(shí)環(huán)境中研究部件之間的相互影響并驗(yàn)證其匹配性和適應(yīng)性，稱為預(yù)先發(fā)展的“配套發(fā)展法”。為此，實(shí)施了一系列預(yù)先發(fā)展計(jì)劃。預(yù)先發(fā)展計(jì)劃可分為2類：第1類是不針對特定發(fā)動機(jī)型號但有（或瞄準(zhǔn)）明確應(yīng)用背景的計(jì)劃，目的在于研究和驗(yàn)證發(fā)動機(jī)技術(shù)，如先進(jìn)渦輪發(fā)動機(jī)燃?xì)獍l(fā)生器（ATEGG）計(jì)劃、飛機(jī)推進(jìn)分系統(tǒng)綜合（APSI）計(jì)劃和綜合技術(shù)驗(yàn)證機(jī)（JTDE）計(jì)劃；第2類是針對特定發(fā)動機(jī)型號的計(jì)劃，目的在于驗(yàn)證全臺發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)的可行性，以減小發(fā)動機(jī)進(jìn)入工程研制階段的風(fēng)險(xiǎn)，如各種各樣的發(fā)動機(jī)型號驗(yàn)證機(jī)計(jì)劃。這樣，美國經(jīng)過不斷探索，開始走上一條基礎(chǔ)研究→部件技術(shù)研究→核心機(jī)→技術(shù)驗(yàn)證機(jī)→工程驗(yàn)證機(jī)→原型機(jī)的發(fā)動機(jī)研究和發(fā)展途徑，從而降低發(fā)動機(jī)型號研制風(fēng)險(xiǎn)、縮短研制周期、降低研制成本。

20世紀(jì)70年代初，是片面追求發(fā)動機(jī)高性能的時(shí)期，而最具有代表性的是F100發(fā)動機(jī)。PW公司僅用5 a時(shí)間，就研制出推重比8一級的F100發(fā)動機(jī)并投入使用，但在投入使用后的5 a內(nèi)出現(xiàn)了大量的可靠性、耐久性和維修性問題，嚴(yán)重影響了飛行安全和戰(zhàn)備完好率，并大大增加了改進(jìn)和維修費(fèi)用，使美國軍方不堪重負(fù)。1976年，美國國防部在“飛機(jī)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)采辦和后勤保障的管理評論”中指出：“發(fā)動機(jī)的決策主要是針對解決當(dāng)前的或近期的問題。由于缺乏衡量發(fā)動機(jī)品質(zhì)的共同準(zhǔn)則，加之沒有完整的、精確的壽命期費(fèi)用數(shù)據(jù)，結(jié)果決策不是根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的費(fèi)用作出的，也不是最佳的?！?/p>

此后，美國政府和軍方在發(fā)動機(jī)研發(fā)管理體系、設(shè)計(jì)權(quán)衡、研制程序和方法上采取了一系列改革措施：（1）建立統(tǒng)一的研究、發(fā)展、采購和后勤保障管理體系和信息系統(tǒng)，對發(fā)動機(jī)進(jìn)行全壽命管理；（2）建立壽命期費(fèi)用模型，并將其作為發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)權(quán)衡的主要品質(zhì)因素；（3）制定發(fā)動機(jī)壽命期管理?xiàng)l例，修訂發(fā)動機(jī)型號研制程序和規(guī)范，采用新的研制方法。美國空軍于1980年頒布了《AFR800-30航空渦輪發(fā)動機(jī)壽命期管理?xiàng)l例》，協(xié)調(diào)各部門對發(fā)動機(jī)的方案探索、驗(yàn)證、全面研制、生產(chǎn)和使用各階段實(shí)施統(tǒng)一的管理。條例規(guī)定，在發(fā)動機(jī)型號規(guī)范中，除性能指標(biāo)外，還應(yīng)該包括可靠性、耐久性和維修性指標(biāo)。同時(shí)，美國軍方對1973年頒布的航空渦噴渦扇發(fā)動機(jī)通用規(guī)范MIL-E-5007D進(jìn)行修改，在1985年頒布的美軍標(biāo)MIL-STD-87231中，將只進(jìn)行飛行前規(guī)定試驗(yàn)和設(shè)計(jì)定型試驗(yàn)2個(gè)階段，改為進(jìn)行初始飛行許可、全面飛行許可、初始使用許可和初始工作能力許可4個(gè)階段。發(fā)動機(jī)型號研制周期從4～5 a延長到8～9 a，總試驗(yàn)從8000 h增加到11000 h。其目的是在大批量發(fā)動機(jī)交付使用后，將再進(jìn)行費(fèi)用昂貴的結(jié)構(gòu)改進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)減到最小。

進(jìn)入20世紀(jì)80年代以后，美國的航空渦輪發(fā)動機(jī)技術(shù)已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動機(jī)推重比從早期的1～2提高到8左右。為了在21世紀(jì)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域繼續(xù)保持全面領(lǐng)先地位，1988年，在美國國防部的推動下，美國制定并實(shí)施了1項(xiàng)國家級預(yù)研計(jì)劃——綜合高性能渦輪發(fā)動機(jī)技術(shù)（IHPTET）計(jì)劃，其總目標(biāo)是分3個(gè)階段大幅度提高推重比，降低耗油率，降低生產(chǎn)和維護(hù)費(fèi)用，但使用壽命不能減少。到2002年使美國航空渦輪發(fā)動機(jī)的技術(shù)基礎(chǔ)能力大幅度提高——推重比提高1倍，耗油率降低30～40%，成本減低35%；至今，IHPTET計(jì)劃目標(biāo)已基本實(shí)現(xiàn)。在IHPTET計(jì)劃實(shí)施過程中，其研究成果不斷用于如F119、F135的新機(jī)研制，以及F404、F414、F100、F110現(xiàn)役發(fā)動機(jī)的改進(jìn)等。

美國第4代發(fā)動機(jī)的研究和發(fā)展是完全按照全壽命管理理念和方法進(jìn)行的。其部件技術(shù)研究始于20世紀(jì)70年代中期，1980年開始核心機(jī)研制，1983年開始技術(shù)驗(yàn)證機(jī)研制，1986年開始驗(yàn)證機(jī)研制。F119發(fā)動機(jī)工程研制從1991年開始，于1999年實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)定型，于2002年7月獲得初步使用批準(zhǔn)，于2005年12月配裝F-22飛機(jī)具備初始作戰(zhàn)能力。F119發(fā)動機(jī)研究和發(fā)展全周期長達(dá)30 a，其中發(fā)動機(jī)工程研制周期也有15 a。為滿足第4代飛機(jī)的不加力超聲速巡航、隱身、超機(jī)動性、短距起降和高保障性等要求，F(xiàn)119發(fā)動機(jī)采用了許多新技術(shù)。但綜合起來看，F(xiàn)119發(fā)動機(jī)的性能指標(biāo)（推重比、渦輪進(jìn)口溫度和中間狀態(tài)耗油率）發(fā)展速度大大低于F110發(fā)動機(jī)投入使用前30 a以上美國軍用發(fā)動機(jī)的平均發(fā)展速度，其原因除發(fā)動機(jī)技術(shù)難度不斷提高以外，還包括從過去片面追求高性能，轉(zhuǎn)變?yōu)樾阅芘c適用性、可靠性、耐久性和維修性并重的作法，而且發(fā)動機(jī)試驗(yàn)的內(nèi)容和時(shí)間大大增加，試驗(yàn)苛刻程度大大提高的因素。例如，F(xiàn)119發(fā)動機(jī)在2005年批準(zhǔn)具備初始作戰(zhàn)能力時(shí)，整機(jī)累計(jì)試驗(yàn)達(dá)8677 h；在2002年7月批準(zhǔn)初步使用時(shí)，飛行超過4000 h，沒有發(fā)生過發(fā)動機(jī)空中停車和失速問題；截至2007年10月，飛行達(dá)到50000 h。

總之，經(jīng)過70年的發(fā)展，美國的航空渦輪發(fā)動機(jī)技術(shù)水平在不斷提高的同時(shí)，不斷總結(jié)研制經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，在發(fā)動機(jī)發(fā)展策略和研制管理上，從強(qiáng)調(diào)性能的拼部件“武庫法”，到重視適用性的預(yù)先發(fā)展“配套發(fā)展法”，再發(fā)展到性能與適用性、可靠性、耐久性和維修性并重的全壽命管理方法，走出了1條較為成熟的發(fā)動機(jī)發(fā)展道路，持續(xù)保持世界領(lǐng)先地位。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，國外研制1臺新型發(fā)動機(jī)，一般需要做10萬h零部件試驗(yàn)、4萬h附件試驗(yàn)、1萬h整機(jī)試驗(yàn)和3000 h以上試飛考核。國外典型軍用航空發(fā)動機(jī)試驗(yàn)臺份與時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

2 中國新型航空發(fā)動機(jī)全壽命管理方法

中國航空發(fā)動機(jī)研制是在當(dāng)時(shí)綜合國力不強(qiáng)、工業(yè)基礎(chǔ)薄弱、技術(shù)基礎(chǔ)幾乎是空白的歷史背景下起步的，到目前仍與世界航空發(fā)動機(jī)研發(fā)先進(jìn)水平存在一定差距。中國航空發(fā)動機(jī)自主發(fā)展所經(jīng)歷的艱難而坎坷的歷程表明：對航空發(fā)動機(jī)的戰(zhàn)略地位、重要作用、技術(shù)難度和研制規(guī)律有1個(gè)逐步認(rèn)識的過程，對發(fā)動機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)、研制經(jīng)驗(yàn)和研制管理體系也有1個(gè)逐步建立和積累的過程。

表1 國外典型軍用航空發(fā)動機(jī)研制試驗(yàn)情況

近年來，中國航空發(fā)動機(jī)的發(fā)展受到高度關(guān)注，政府加大了政策支持和投資力度，加強(qiáng)了發(fā)動機(jī)研究和發(fā)展全過程的投入和管理。在新頒布的《GJB 241A-2010航空渦輪噴氣和渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)通用規(guī)范》中，將發(fā)動機(jī)科研試飛、全壽命試車、領(lǐng)先使用和生產(chǎn)定型納入工程研制階段，進(jìn)一步完善了發(fā)動機(jī)型號研制的試驗(yàn)考核內(nèi)容。

從總體上看，中國航空發(fā)動機(jī)尚未走完自主研制和使用發(fā)展的全過程，也沒有建立起系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)全壽命管理體系。在中國國防武器裝備科研管理政策法規(guī)中，沒有從頂層上制定相對獨(dú)立的航空發(fā)動機(jī)裝備科研工作程序，也沒有制定航空渦輪發(fā)動機(jī)壽命期管理?xiàng)l例和配套的管理辦法，使得航空發(fā)動機(jī)研究和發(fā)展全過程缺乏系統(tǒng)的指導(dǎo)和安排。

本文在汲取中國航空發(fā)動機(jī)自主研制經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，借鑒美國航空發(fā)動機(jī)發(fā)展和管理道路，結(jié)合中國實(shí)際，提出了中國新型航空發(fā)動機(jī)按時(shí)間、分階段的全壽命管理方法，如圖1所示。

新型航空發(fā)動機(jī)全壽命可分為預(yù)先研究、工程研制和使用發(fā)展3大階段。每個(gè)階段又可細(xì)分為若干子階段，并設(shè)置相應(yīng)的審查點(diǎn)，以控制進(jìn)入下一研制階段的風(fēng)險(xiǎn)。該全壽命與具體發(fā)動機(jī)型號全壽命的區(qū)別在于突出了預(yù)先研究階段，而該階段為發(fā)動機(jī)型號立項(xiàng)論證提供了技術(shù)支持。

從圖1的中間部分可見，在應(yīng)用基礎(chǔ)研究階段會產(chǎn)生許多新的原始發(fā)明，但大部分發(fā)明在應(yīng)用研究和先期技術(shù)開發(fā)階段即被淘汰，只有少部分新的構(gòu)思經(jīng)過不斷篩選、改進(jìn)和驗(yàn)證后可以進(jìn)入到工程研制階段。在工程研制階段中，驗(yàn)證機(jī)研制也是多方案篩選的過程，其目的是驗(yàn)證發(fā)動機(jī)總體方案的可行性，以及新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)的成熟度和可用性，為確定原型機(jī)設(shè)計(jì)方案奠定基礎(chǔ)，以減少進(jìn)入發(fā)動機(jī)型號研制過程的技術(shù)、進(jìn)度和成本風(fēng)險(xiǎn)，提高經(jīng)濟(jì)性。原型機(jī)研制通過4個(gè)階段逐步向前推進(jìn)——初始飛行前規(guī)定試驗(yàn)、科研試飛、設(shè)計(jì)定型和生產(chǎn)定型。工程研制階段結(jié)束后，將最終給出是否可以大批量裝備使用的結(jié)論。

隨著新型發(fā)動機(jī)全壽命各研究和發(fā)展階段的逐步推進(jìn)，大部分發(fā)動機(jī)潛在的故障隱患被排除，發(fā)動機(jī)技術(shù)成熟度不斷提高。一般來說，在新型航空發(fā)動機(jī)全壽命期中，從應(yīng)用研究開始到工程研制結(jié)束時(shí)的研究和發(fā)展周期規(guī)劃為30 a，技術(shù)成熟度等級從1級逐步達(dá)到9級。

（1）預(yù)先研究

預(yù)先研究階段的主要任務(wù)是為發(fā)展新型發(fā)動機(jī)提供技術(shù)儲備，縮短研制周期，降低研制風(fēng)險(xiǎn)，不斷提高技術(shù)水平。同時(shí)，為改進(jìn)現(xiàn)役發(fā)動機(jī)性能、可靠性提供實(shí)用的技術(shù)成果。

預(yù)先研究階段又細(xì)分為應(yīng)用基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和先期技術(shù)開發(fā)3個(gè)階段。

應(yīng)用基礎(chǔ)研究：是以發(fā)展新一代或新概念發(fā)動機(jī)為主要目標(biāo)，探索發(fā)動機(jī)新的工作原理、設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)概念，探索新材料、新工藝、新技術(shù)，通過試驗(yàn)原理驗(yàn)證和數(shù)字仿真等展示其工程應(yīng)用前景，為探索研制新型裝備提供理論依據(jù)和基本知識。主要成果包括論著、論文、研究報(bào)告，原理和技術(shù)的應(yīng)用前景分析報(bào)告，初步或基本的原理方案，設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)程序，技術(shù)概念和可行性分析報(bào)告，原理實(shí)驗(yàn)或計(jì)算機(jī)仿真報(bào)告等。應(yīng)用基礎(chǔ)研究結(jié)束時(shí)的技術(shù)成熟度等級一般為1級。

應(yīng)用研究：是以新型發(fā)動機(jī)研制需求為背景，運(yùn)用應(yīng)用基礎(chǔ)研究獲得的技術(shù)成果，進(jìn)行以工程應(yīng)用為目標(biāo)的設(shè)計(jì)、材料和工藝等先進(jìn)技術(shù)研究和試驗(yàn)，開展部件或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)驗(yàn)證，為開展核心機(jī)、技術(shù)驗(yàn)證機(jī)以及發(fā)動機(jī)工程研制提供技術(shù)儲備。應(yīng)用研究階段不僅研究先進(jìn)部件的氣動性能，也要研究和驗(yàn)證部件的結(jié)構(gòu)完整性，但一般只涉及部件或系統(tǒng)自身特性的評價(jià)，不評價(jià)部件之間的相互影響。主要成果包括關(guān)鍵技術(shù)研究報(bào)告，部件或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)報(bào)告，部件或系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范、暫行材料標(biāo)準(zhǔn)、工藝規(guī)程等。應(yīng)用研究階段的周期規(guī)劃為6 a，該階段結(jié)束時(shí)的技術(shù)成熟度等級應(yīng)達(dá)到2～3級。

先期技術(shù)開發(fā)：以實(shí)現(xiàn)新型發(fā)動機(jī)綜合或單項(xiàng)技術(shù)特征為目標(biāo)，開展部件和系統(tǒng)技術(shù)集成研究和試驗(yàn)驗(yàn)證，研究部件之間的相互影響和匹配性，初步驗(yàn)證部件和系統(tǒng)的可靠性和耐久性，以減少新技術(shù)進(jìn)入工程應(yīng)用的風(fēng)險(xiǎn)。

先期技術(shù)開發(fā)通常包括核心機(jī)、技術(shù)驗(yàn)證機(jī)的設(shè)計(jì)和試制，并在試驗(yàn)器、地面試車臺以及模擬高空條件下開展試驗(yàn)驗(yàn)證。編制并驗(yàn)證部件、系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)范，以及工業(yè)生產(chǎn)條件適用的材料、工藝、檢測等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和工藝規(guī)程。主要成果包括驗(yàn)證平臺(核心機(jī)、技術(shù)驗(yàn)證機(jī))實(shí)物、設(shè)計(jì)報(bào)告、圖樣資料，試驗(yàn)報(bào)告，實(shí)現(xiàn)新裝備技術(shù)特征的可行性分析報(bào)告，發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范，材料、工藝、檢測標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程等。先期技術(shù)開發(fā)階段的周期規(guī)劃為6 a，試驗(yàn)應(yīng)達(dá)到100～500 h，該階段結(jié)束時(shí)的技術(shù)成熟度等級應(yīng)達(dá)到4～5級。

（2）工程研制

工程研制階段的主要任務(wù)是根據(jù)主要作戰(zhàn)使用性能指標(biāo)，研制滿足裝備使用要求的發(fā)動機(jī)產(chǎn)品。該階段分為工程驗(yàn)證機(jī)研制和原型機(jī)研制2個(gè)階段，研制周期規(guī)劃為18 a。

工程驗(yàn)證機(jī)研制：針對發(fā)動機(jī)型號的作戰(zhàn)使用性能要求，通過驗(yàn)證機(jī)的設(shè)計(jì)、試制、試驗(yàn)等工作，將發(fā)動機(jī)型號研制準(zhǔn)備采用的新技術(shù)進(jìn)行集成，驗(yàn)證發(fā)動機(jī)部件在整機(jī)環(huán)境下、整機(jī)在模擬真實(shí)環(huán)境下的可行性，進(jìn)一步驗(yàn)證新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)的成熟度和可用性，減少發(fā)動機(jī)進(jìn)入原型機(jī)研制的技術(shù)、成本和進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)，并為確定原型機(jī)設(shè)計(jì)方案奠定基礎(chǔ)。工程驗(yàn)證機(jī)研制是發(fā)動機(jī)原型機(jī)研制的重要準(zhǔn)備階段。

工程驗(yàn)證機(jī)研制階段將開展零部件、系統(tǒng)的性能驗(yàn)證試驗(yàn)和必要的結(jié)構(gòu)完整性試驗(yàn)，開展驗(yàn)證機(jī)地面臺架性能和功能試驗(yàn)、可靠性和耐久性累積試驗(yàn)、高空模擬試驗(yàn)，完成驗(yàn)證機(jī)研制技術(shù)要求規(guī)定的性能、功能、工作特性、結(jié)構(gòu)完整性等技術(shù)指標(biāo)的試驗(yàn)驗(yàn)證，包括穩(wěn)態(tài)性能、瞬態(tài)性能、溫度裕度、喘振裕度等，發(fā)動機(jī)應(yīng)無重大結(jié)構(gòu)隱患。

工程驗(yàn)證機(jī)研制階段主要成果是工程驗(yàn)證機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)報(bào)告和圖紙資料，部件、系統(tǒng)試驗(yàn)件和驗(yàn)證機(jī)實(shí)物，試驗(yàn)驗(yàn)證報(bào)告，發(fā)動機(jī)型號戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)和工程研制風(fēng)險(xiǎn)評估報(bào)告，試制生產(chǎn)適用的設(shè)計(jì)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、工藝規(guī)程等。驗(yàn)證機(jī)研制階段的周期規(guī)劃為5 a，發(fā)動機(jī)試驗(yàn)應(yīng)達(dá)到200～1000 h，該階段結(jié)束時(shí)的技術(shù)成熟度等級應(yīng)達(dá)到6級。

原型機(jī)研制：根據(jù)發(fā)動機(jī)型號研制立項(xiàng)批復(fù)，在驗(yàn)證機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，為全面實(shí)現(xiàn)研制總要求規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo)而開展的設(shè)計(jì)、試制、試驗(yàn)、試飛等研制工作。通常發(fā)動機(jī)工程研制按研制進(jìn)度和技術(shù)狀態(tài)分不同批次進(jìn)行設(shè)計(jì)和試制，以便通過“設(shè)計(jì)—試驗(yàn)改進(jìn)”過程，逐步凍結(jié)發(fā)動機(jī)技術(shù)狀態(tài)。原型機(jī)研制包括4個(gè)階段——初始飛行前規(guī)定試驗(yàn)、科研試飛、設(shè)計(jì)定型、生產(chǎn)定型。該階段的周期規(guī)劃為13 a，零部件試驗(yàn)應(yīng)達(dá)到10萬 h，系統(tǒng)試驗(yàn)應(yīng)達(dá)到4～5萬h，整機(jī)試驗(yàn)應(yīng)達(dá)到8000～10000 h，高空模擬試驗(yàn)應(yīng)達(dá)到500～2000 h，設(shè)計(jì)定型前發(fā)動機(jī)試飛應(yīng)達(dá)到2000～5000 h，發(fā)動機(jī)小批領(lǐng)先使用應(yīng)達(dá)到10萬h。

a.初始飛行前規(guī)定試驗(yàn)階段——發(fā)動機(jī)開始初始飛行前，通過一系列部件、系統(tǒng)、整機(jī)地面試驗(yàn)以及發(fā)動機(jī)高空臺試驗(yàn)，驗(yàn)證發(fā)動機(jī)是否適于進(jìn)行有限飛行包線的飛行試驗(yàn)。主要試驗(yàn)包括關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)完整性試驗(yàn)、重要成附件試驗(yàn)和系統(tǒng)安全性試驗(yàn)、發(fā)動機(jī)70 h持久試車和高空臺試驗(yàn)、電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)等，開展可靠性、維修性、測試性、安全性和初始壽命評估，給出是否可以進(jìn)行初始飛行（科研試飛）的結(jié)論。該階段的周期規(guī)劃為4 a。

b.科研試飛階段——進(jìn)入發(fā)動機(jī)定型試飛前，在真實(shí)飛行條件下和有限飛行包線范圍內(nèi)開展科研試飛。主要任務(wù)包括初步考核發(fā)動機(jī)飛行性能、功能特性，評估發(fā)動機(jī)可靠性、維修性、測試性和保障性，給出是否適于在整個(gè)飛行包線內(nèi)進(jìn)行定型試飛的結(jié)論?？蒲性囷w可以在發(fā)動機(jī)擬裝備的飛機(jī)上進(jìn)行，也可以在其它合適的飛行平臺上進(jìn)行。該階段的周期規(guī)劃為1 a，科研試飛結(jié)束時(shí)的技術(shù)成熟度等級應(yīng)達(dá)到7級。

c.設(shè)計(jì)定型階段——在發(fā)動機(jī)開始小批領(lǐng)先使用前，開展一系列零部件、系統(tǒng)和整機(jī)地面試驗(yàn)、發(fā)動機(jī)高空臺試驗(yàn)和定型試飛。主要任務(wù)包括關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)完整性試驗(yàn)、重要成附件試驗(yàn)、環(huán)境和吞咽試驗(yàn)、發(fā)動機(jī)外部特征和燃油試驗(yàn)、發(fā)動機(jī)首翻期壽命持久試車和高空臺試驗(yàn)，并在整個(gè)飛行包線內(nèi)進(jìn)行定型試飛，開展可靠性、維修性、測試性、安全性和壽命評估，給出是否可以設(shè)計(jì)定型、開始小批領(lǐng)先使用的結(jié)論。該階段的周期規(guī)劃為3 a，完成發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)定型時(shí)的技術(shù)成熟度等級應(yīng)達(dá)到8級。

d.生產(chǎn)定型階段——在發(fā)動機(jī)投入大批量生產(chǎn)前，為促進(jìn)發(fā)動機(jī)使用成熟，開展小批領(lǐng)先使用，同步開展發(fā)動機(jī)全壽命試車，并對發(fā)動機(jī)的質(zhì)量穩(wěn)定性和批量生產(chǎn)條件進(jìn)行全面考核。主要任務(wù)包括開展小批領(lǐng)先使用考核發(fā)動機(jī)作戰(zhàn)使用性能和部隊(duì)適用性，做好發(fā)動機(jī)外場使用技術(shù)服務(wù)保障和排故攻關(guān)工作，開展發(fā)動機(jī)全壽命試車和試修理、高空臺試驗(yàn)（如設(shè)計(jì)定型技術(shù)狀態(tài)有變化），進(jìn)一步考核發(fā)動機(jī)可靠性、維修性和保障性并進(jìn)行全壽命評估，給出是否可以大批量裝備使用的結(jié)論。

該階段的周期規(guī)劃為5 a，完成小批領(lǐng)先使用時(shí)的技術(shù)成熟度等級應(yīng)達(dá)到9級。

（3）使用發(fā)展

使用發(fā)展階段是發(fā)動機(jī)全壽命科研工作的重要組成部分，發(fā)動機(jī)裝備使用后應(yīng)不斷解決使用中暴露的技術(shù)質(zhì)量問題，提高可靠性，并根據(jù)裝備發(fā)展需求和新技術(shù)研究成果進(jìn)行改進(jìn)改型發(fā)展。使用發(fā)展階段包括可靠性增長和改進(jìn)改型工作。

可靠性增長：是發(fā)動機(jī)使用全壽命期內(nèi)的重要科研工作，主要針對在發(fā)動機(jī)使用中暴露的故障和技術(shù)質(zhì)量問題，以及可靠性、維修性評估情況，開展可靠性改進(jìn)，使發(fā)動機(jī)可靠性、維修性、壽命等獲得增長或改善，提高武器裝備的出勤率和戰(zhàn)斗力。主要任務(wù)包括發(fā)動機(jī)排故、可靠性和維修性改進(jìn)、延壽等科研工作，對于故障多發(fā)、危害嚴(yán)重的發(fā)動機(jī)，也可按裝備改進(jìn)科研項(xiàng)目立項(xiàng)進(jìn)行綜合整治。

改進(jìn)改型：根據(jù)發(fā)動機(jī)裝備使用提出的性能、可靠性和壽命等方面的改進(jìn)需求，對發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)、材料、工藝等進(jìn)行改進(jìn)，形成新的批次改進(jìn)產(chǎn)品。批次改進(jìn)項(xiàng)目主要包括適應(yīng)裝機(jī)需求的結(jié)構(gòu)適應(yīng)性改進(jìn)、性能小幅提高（一般不超過5%）、系統(tǒng)功能擴(kuò)充或主要部件結(jié)構(gòu)改進(jìn)。

按照發(fā)動機(jī)研制發(fā)展規(guī)律，1型發(fā)動機(jī)完成研制裝備使用后，通常要根據(jù)武器裝備研制發(fā)展需求和發(fā)動機(jī)技術(shù)進(jìn)步，立項(xiàng)開展發(fā)動機(jī)改型研制科研工作，以提高性能、擴(kuò)展功能、延長壽命，擴(kuò)大發(fā)動機(jī)使用范圍，形成系列化產(chǎn)品。發(fā)動機(jī)改型發(fā)展的科研工作程序與新型發(fā)動機(jī)立項(xiàng)研制基本相同，但不一定經(jīng)歷新型發(fā)動機(jī)全壽命期的所有過程。

3 結(jié)束語

航空發(fā)動機(jī)全壽命管理是以美國為代表的航空渦輪發(fā)動機(jī)先進(jìn)國家在不斷總結(jié)其研制經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)的基礎(chǔ)上發(fā)展的，已經(jīng)形成了較為成熟的方法。應(yīng)深入研究和借鑒國外發(fā)動機(jī)研制先進(jìn)管理方法和經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合中國實(shí)際，在中國新型航空發(fā)動機(jī)研究和發(fā)展過程中全面推廣全壽命管理方法，不斷提高發(fā)動機(jī)研制管理水平，以實(shí)現(xiàn)控制發(fā)動機(jī)研制風(fēng)險(xiǎn)、提高部隊(duì)?wèi)?zhàn)備完好率、降低全壽命成本的目標(biāo)。

建議在中國國防武器裝備科研管理政策法規(guī)中，盡早制定相對獨(dú)立并適用于發(fā)動機(jī)全壽命管理的航空發(fā)動機(jī)裝備科研工作程序、航空渦輪發(fā)動機(jī)壽命期管理?xiàng)l例以及配套的管理辦法，建立航空渦輪發(fā)動機(jī)全壽命管理體系，以系統(tǒng)指導(dǎo)和推動中國航空發(fā)動機(jī)研究和發(fā)展的全過程。

[1]方昌德.航空發(fā)動機(jī)的發(fā)展研究 [M].北京：航空工業(yè)出版社，2009:124-129.

[2]Price J L,Gershon I J,Mckenny L D,et al.按時(shí)間分階段的研究方法——研制用于未來軍用飛機(jī)武器系統(tǒng)的可靠發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵[J].劉廷毅譯.航空發(fā)動機(jī)信息，1996（1）：1-12.

[3]美國國防系統(tǒng)管理學(xué)院.美英法德日國防采辦系統(tǒng)比較[M].李明,張玉華譯.北京：中國國防科技信息中心，2001：1-75.

[4]空軍裝備研究院，沈陽發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)研究所.GJB 241A-2010航空渦輪噴氣和渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)通用規(guī)范[S].北京：總裝備部軍標(biāo)出版發(fā)行部，2010：29-34.

[5]United Sates Air Force.MIL-STD-1783 Engine Structural Integrity Program (ENSIP)[S].Washington:United Sates Air Force,1984.

[6]Department of Defense.JSGS-87231A Joint services guide specification:engines,aircraft,turbine[S].Washington:Department of Defense,1995.