关于航空发动机标准体系建设的思考与探讨

刘启国 代 冰 于宏军 张 华

（中航工业综合技术研究所，北京 100028）

航空发动机是集诸多高技术于一体的复杂系统，一直处于高新技术的制高点，全球只有少数几个国家能够独立研制航空发动机。近年来，国家非常重视航空发动机的研制，组织实施了APTD等重大专项计划，进行航空发动机的基础能力建设和技术攻关研究，力争通过相应的重大专项计划来建立航空发动机技术体系，提高航空发动机的整体技术水平和研制能力。

建立航空发动机技术体系的核心内容之一就是形成一套完善的航空发动机标准体系。国外航空发动机研制成功经验表明，完善的标准体系是保障航空发动机研制和促进技术发展的重要因素。标准作为技术成果和经验的最佳载体，将技术要素规范化、明确化，体现了技术成熟程度。它既是航空发动机的设计、制造、试验、管理、保障服务等全生命周期活动的依据，也是航空发动机技术和我国工业基础能力的综合体现。重大专项的技术创新成果，只有固化为标准，才能真正应用于航空发动机型号，将技术变成产品。只有建立了系统完善的航空标准体系，才能更好地支撑航空发动机技术创新，从而推动航空发动机产业的可持续发展。为满足航空发动机研制、生产对标准的需求，充分发挥标准在航空发动机技术跨越和产业发展中的牵引和支撑作用，急需加快航空发动机标准体系的建设。

1 航空发动机标准体系的架构和定位

1.1 体系构成

航空发动机标准体系是航空发动机研制、生产、使用活动中所需标准组成的科学有机整体，涉及到航空发动机设计、制造、试验、管理、使用等全过程的各项活动。它由总体标准、部件标准、系统标准、制造技术标准和通用基础标准构成，如图1所示，主要包含国家标准、国家军用标准、行业标准和企业标准，由各级别标准共同组成的一个相互协调、配套齐全、开放的标准体系。

现有国防科技工业标准体系中，针对发动机专业的行业级以上标准只有204项，其中总体标准56项、部件标准19项、系统标准45项、工艺标准7项、材料标准30项、其它通用基础标准47项。标准数量少、专业分布不均衡、标准零散，航空发动机总体、部件、系统的设计、试验标准严重缺乏，反映航空发动机特点的制造技术标准项目很少，不足以支撑航空发动机的型号研制和技术发展。

1.2 体系定位

1.2.1 规范航空发动机的研制流程

目前航空发动机的研制由于缺乏标准，不能按照规范的流程来进行设计与试验，设计和试验没有可靠、明确的标准作为依据，使得航空发动机的研制出现反复，严重影响型号的研制。通过建立航空发动机标准体系，形成覆盖航空发动机整机、压气机、燃烧室、涡轮、排气装置等部件，数控系统、传动系统、液压系统等系统的设计标准，包括设计要求、设计程序、设计方法等；形成与设计标准所要求试验验证相对应的试验标准，包括试验内容、试验方法等，配套齐全GJB 241A–1987、GJB 242–1987航空发动机顶层标准所需要的支撑标准，使航空发动机研制有据可依，规范航空发动机的研制流程。

图1 航空发动机标准体系框架

1.2.2 保证航空发动机的产品质量

目前航空发动机产品在制造过程中，由于工艺和材料的不稳定，缺乏成熟的工艺和材料标准，使得航空发动机产品质量不稳定，无法保证产品质量。通过建立航空发动机标准体系，形成覆盖冷工艺、热工艺和特种工艺的工艺标准和相应的检验标准；形成覆盖高温合金、钛合金、结构钢、铝合金、镁合金的材料标准和验收标准，满足航空发动机型号研制中主辅流水制造使用统一的工艺标准和检验标准，使航空发动机的生产遵循成熟的工艺标准，确保航空发动机的制造质量。

1.2.3 支撑航空发动机的技术创新

航空发动机领域真正的核心技术和关键技术，必须依靠自主创新，靠买是买不来的。伴随航空发动机先进的结构设计技术、前沿性的加工工艺技术以及新材料技术的突破，以标准形式对其核心技术和关键技术进行固化，不仅是新技术成果的最佳表现形式，更是创新结果传播的重要载体。通过建立航空发动机标准体系，将加速创新成果转移和扩散，充分发挥标准在航空发动机领域的技术引领作用，促进航空发动机技术的发展。

2 航空发动机标准体系建设的基本思路和重点内容

2.1 基本思路

航空发动机标准体系的建设是一项长期而复杂的系统工程，应以航空发动机研制和技术创新需求为牵引，以APTD等重大专项、技术基础、重点型号为依托，以支撑航空发动机技术体系建设为核心，坚持自主研发，构建具有自主知识产权的航空发动机标准体系，保障航空发动机的研制，促进航空发动机技术创新，推动航空发动机产业的可持续发展。

航空发动机标准体系的构建，应采取“满足急需、重点突破，结合专项、牵引型号”工作原则。

满足急需、重点突破：标准体系的建立工作量大，不是一朝一夕所能实现的目标，首先以满足航空发动机研制生产急需为目标，重点突破诸如基本的设计和试验标准、满足主辅流水制造的工艺标准、小零件标准、数字化标准等。

结合专项、牵引型号：紧密结合重大专项、预先研究和型号研制，充分利用重大专项、预先研究的技术突破和型号的技术攻关成果，同步转化，同步验证，形成新技术、新工艺和新材料相关标准。

2.2 重点内容

2.2.1 总体、部件和系统标准的构建

总体标准、部件标准和系统标准的主体是其设计、试验标准，其构建要紧密结合航空发动机技术体系的发展，主要从下列4个方面开展工作：

● 对于目前成熟的设计与试验技术，利用技术基础渠道和发动机公司标准化工作，总结和提升企业“三大规范”，形成总体设计和整机试验标准、部件设计和试验标准、系统及其部件设计和试验标准。

● 对于正在验证的设计和试验技术，利用APTD计划的专项成果，将其固化为标准，形成大涵道比涡扇发动机设计和试验标准、中等推力涡扇发动机设计和试验标准。

● 对于未来发展的设计和试验技术，结合重大专项计划的技术突破，将其成果固化为标准，形成高负荷、高效率风扇和压气机设计和试验标准，高温升、高热容、高效率燃烧室设计和试验标准，高负荷、高效率涡轮设计和试验标准，先进小流量压气机设计和试验标准、高效率、高可靠性回流燃烧室设计和试验标准、高效率、高度冷却、小尺寸涡轮设计和试验标准。

● 对于在研型号设计和试验技术瓶颈，利用型号技术攻关，形成大风扇设计和试验标准、矢量喷管设计和试验标准、反推力装置设计和试验标准、对转涡轮设计和试验标准、发动机数控系统设计和试验标准、健康管理系统设计和试验标准。

2.2.2 制造技术标准的构建

目前航空发动机制造技术标准主要集中在企业标准范围，制造技术标准的构建主要从下列3个方面开展工作：

● 对于目前成熟的工艺技术，围绕解决协同设计、型号主辅流水制造和委托加工的问题，利用发动机公司标准化工作，总结和提升企业“三大规范”，形成工艺标准和检验标准，包括盘类零件、叶片、机匣类零件加工、电加工、电子束工艺、钛合金叶片的精锻、高温合金的模锻、喷丸、化铣、高温涂层防护、化学热处理等工艺标准。

● 对于型号的工艺技术瓶颈，围绕解决第三代航空发动机尚存在的制造工艺不稳定问题，利用型号技术攻关和工艺技术基础研究，形成工艺标准，包括单晶空心涡轮叶片精铸、定向空心涡轮叶片铸造、叶片热障涂层喷涂、粉末涡轮盘制粉工艺、600℃高温钛合金加工与焊接、整体叶盘等温锻、整体中介机匣和涡轮后机匣精铸等工艺标准。

● 对于前沿发展的工艺技术，利用工艺技术基础研究的成果，结合重大专项计划的技术突破，将其成果固化为标准，包括先进线性/惯性摩擦焊、TLP扩散焊、高效精密数控加工、高精度加工（照相电解、振动电解、电液束、电火花）、激光快速近净成型等工艺标准。

2.2.3 材料标准的构建

目前定型的几个航空发动机型号采用的100～170种牌号材料中，基本具有材料和检验标准。材料标准构建主要从下列两个方面开展工作：

● 对于在役和在研发动机国产质量不稳定原材料、关键/重要部件的原材料，结合技术基础研究和型号技术攻关，将其成果形成材料标准，包括第二代单晶高温合金、第二代定向高温合金、聚酰亚胺树脂基复合材料、750℃Ti3Al基合金、多功能红外隐身涂料、高强度钛合金材料、高温钛合金材料等材料标准。

● 对于反映未来一代航空发动机的新材料，结合重大专项计划和技术基础研究，开展标准的预先研究，将其成果固化为标准，包括金属基复合材料、陶瓷基复合材料、树脂基复合材料、第三代单晶合金、TiAl/Ni3Al/NiAl金属间化合物、800℃以上双性能粉末盘合金、650℃～800℃高温钛合金（钛基复合材料）、隔热200℃～250℃新型热障涂层、900℃以上金属基复合材料、耐500℃以上树脂基复合材料等材料标准。

2.2.4 小零件标准的构建

小零件标准主要是发动机高温、高强度和高疲劳特殊结构的标准件标准，其构建主要从下列两个方面开展工作：

● 对于型号急需的小零件标准，通过型号标准化，形成螺母产品系列化、托板自锁螺母产品系列化、D形头螺栓产品系列化、六角头、十角头、十二角头螺栓产品系列化、双棱头螺栓产品系列化标准。

● 对整个小零件系列，通过技术基础和小零件标准化专项，形成密封件、螺栓、螺钉、螺桩、螺母、自锁螺母、垫圈、卡圈、堵头、丝套、销钉、铆钉、管接头、弹簧、卡箍等小零件标准。

2.2.5 数字化标准构建

航空发动机数字化标准要实现航空发动机研制过程全数字化，其构建主要从下以下两方面开展工作。

● 对于数字化设计、制造和管理标准，通过技术基础和APTD计划，形成数字化定义、数字样机、产品数据管理、并行工程与异地协同设计管理、技术状态管理、项目管理、数字化工艺过程管理、工艺仿真、数控加工标准。

● 对于数字化试验、仿真标准，通过APTD计划和重点型号，形成数字化测量与诊断、数字仿真与验证、数字化试验与评价、试验数据和过程管理标准。

3 几点措施与建议

3.1 设立航空发动机标准体系建设专项

航空发动机标准体系建设是一项长期的、基础性工作，依托某几个重大项目或型号，不能满足标准体系建设的需要。建议作为专项工作，建立长效工作机制，保证标准体系的全面、配套。

3.2 形成重大专项成果的转化机制

针对航空发动机核心关键技术，应结合专项开展建设，统筹考虑技术、工业基础、产业的关系，将技术成果固化成标准，建立专项成果转化工作机制，保证标准制定、验证、实施的全过程完整。

3.3 组建航空发动机标准化专家团队

只有充分利用全国各行业力量，才能构建一个与我国工业能力匹配的、技术领先的标准体系。建议集中军方、工业部门、高等院校等方面的专家，建立协调工作机制，保证标准体系的准确、协调。

3.4 引进融合国外先进标准

国际标准以及国外先进协会标准，是我国开展发动机技术探索和走向国际航空发动机舞台的必要通行证。我们要充分利用各种渠道引进国外先进标准，包括企业标准，消化吸收，融合纳入航空发动机标准体系建设，才能使我国发动机产业进入国际市场。