解读：中国航空发动机维护与国际先进水平差距在哪？

　　航空发动机寿命管理

　　寿命是衡量发动机耐久性的常用指标，它包括技术寿命和服役期限。技术寿命定义为发动机从其使用时间开始，或经过翻修后恢复工作，直到极限状态前的工作时间；服役期限又称日历寿命，是发动机从其使用时间开始或经过一定形式修理后恢复工作，直到极限状态前的日历持续时间。寿命管理工作的核心是通过工程学科中的先进技术，验证零件及其材料的疲劳寿命，并根据零件工作和负荷的性质，按危险性影响的程度对零件进行分类，以实施不同的寿命控制管理。

　　寿命控制

　　航空发动机是非常复杂的系统，有不同的方法进行寿命控制。当出现的故障对发动机安全和经济性不产生影响，则可以使用到发动机出现故障，即故障前控制的方法。对关键零件，可按照寿命确定后进行控制的方法，但对整台发动机都按固定寿命进行管理实际上是不经济的。另外，可采取按发动机的技术状态进行管理的方法，通过预先对可能出现故障的零部件进行更换。当然，当代最先进的是以可靠性为中心的控制方法，即对故障的危险性进行分析，对可使发动机的使用期限尽可能长，可在零件故障危险性达到一定程度的时候再采取措施。

　　在某国，对发动机的寿命确定方法进行过长时间的研究。早在60~70年代，当时发动机的寿命只有200小时左右，一般按试验方法（地面试验和飞行试验结合）对发动机定寿，在飞行试验时飞机不载人，显然这种方法的经济性很差，而且发动机寿命增长也需要很长时间。在80年代，出现了发动机寿命加速试验方法，即按等效寿命循环的办法进行发动机寿命考核。等效试验的循环数比实际发动机的工作循环少，通过较大的载荷循环等效小载荷水平循环，其优势表现在能减少60%左右的发动机定寿时间，而且费用也减少60~80%。在80~90年代，计算机技术开始在设计中大量采用、结构强度、寿命计算方法取得很大突破，发动机的寿命得到大幅度的提高，从2000循环到4000循环以上。在90年代出现了新的寿命控制方法，即发动机按技术状态投入使用，并以可靠性为中心进行控制。

　　寿命控制的三种方法：

　　1) 针对老发动机，按发动机的试验寿命；

　　2) 重视导致发动机从飞机上拆除的故障，对一般故障根据技术状态和故障后果视情处理，实际上导致发动机从飞机上拆除的故障主要决定于关键件的寿命和技术状态，即按发动机关键件的试验寿命确定发动机寿命；

　　3)主要零部件不按试验寿命，而用计算方法获得，通过计算应力应变状态、低周疲劳曲线和试件试验结果来确定循环寿命，从而再确定零件寿命（需要低周疲劳数据库）。该方法大大减少了寿命试验的支出，在设计阶段便能确定主要零部件的寿命，从而大大提高了发动机的竞争力，通过采用先进的故障诊断技术，提高了发动机的安全性和效能。

　　航空发动机维护

    技术维护的发展历程

　　发动机技术维护的发展基本可分为四个阶段：

　　1）40～50年代，故障前维护；

　　2）60～70年代，按固定寿命进行维护；

　　3）80～90年代，按技术状态进行维护（ЭТС）。这要求发动机进行很好的监测和故障诊断，有可能在寿命到期后还可使用；

　　4）1995年后，出现了以可靠性为中心的视情维护（RCM）。随着计算机技术和故障诊断技术的发展，这种维修方法不是按单一发动机的技术状态进行寿命管理，而是在综合分析机群使用的发动机的可靠性信息，充分考虑故障率、故障后果和维修经济性分析的基础上确定发动机的维修计划。

　　ЭТС与RCM的对比

　　二者的对比见下表：

　　西方国家有很多关于RCM的标准和技术文件，在这方面居于世界先进水平。目前某国现役的飞机发动机中还没有严格按照该方法来维护的，用户一般都是按自愿进行维护，但是要求对新研制的发动机必须考虑采用RCM。西方国家目前关于RCM工作流程制定的主要标准有MSG-3等，MSG-3是要求按发动机和飞机的安全性和可靠性来维护，通过一系列的问题和判断、选择，可以得到诸如结构改进设计、保证安全性和经济性、增加可靠性的措施与技术途径等。

　　MSG-3规定了技术维护方式，包括计划的和非计划的维护。计划维护包括润滑（比如滑油）和加注、规程性的目视检查、技术检验、功能性检查及恢复和报废等。而非计划性的维护，按维护的结果要确定一个专门时间，按技术文件进行维护工作，按数据进行分析，考虑故障的后果。

　　几个问题的思考

　　寿命

　　某国与国内的寿命管理概念是基本一致的，即用发动机翻修寿命和总寿命控制发动机的使用。而西方国家则普遍采用单元体或大部件的寿命管理机制，只规定关键件及单元体或大部件的寿命，没有发动机总寿命的概念，实际使用寿命与飞机相当，可达几千小时。对于单元体或大部件寿命管理，要求同一单元体或大部件内各关键件的使用寿命尽量一致，若不同则应取其中最小者作为单元体或大部件的翻修寿命。基于维修过程中大部件的相互串装及经济性的考虑，应规定单元体或大部件的最小剩余寿命，即业已使用而寿命未尽的大部件的剩余寿命必须大于某一最小值，否则将是不经济的。如某型发动机，规定大部件的最小剩余寿命不得低于400 小时。这个最小剩余寿命的确定综合了维修、制造成本及使用安全等因素。在我国虽已按西方标准规定了新研制发动机须采用单元体寿命管理体制，但现役发动机均采用传统的寿命管理模式，即使是引进的原采用单元体或大部件管理的发动机亦不例外，按翻修寿命和总寿命的概念不需要如此长的关键件寿命，这就造成了不必要的寿命成本浪费。究其原因，主要是未转变观念，管理体制不适应。

　　裂纹扩展

　　裂纹扩展的研究涉及损伤容限设计方法，这需要建立材料的低周疲劳性能数据库，即需要在大量试件试验基础上得到材料在不同使用条件的低周疲劳性能参数及低周疲劳曲线和裂纹扩展曲线，该项工作很庞大，由单独的公司建立很不经济，于是公司之间联合建立数据库的做法越来越受到重视。某国也准备联合开展此项工作，需要专门的昂贵的试验台并且至少需要十台进行两年的试验。而国内虽然也掌握了损伤容限设计的理论方法，但尚未着手材料的低周疲劳性能数据库。

　　结束语

　　航空发动机寿命管理及维护方面国内的很多做法与某国基本类似，但在不少环节上我们与国际先进水平相比还存在一定差距，比如某国已准备进行材料低周疲劳性能数据库的建立工作，该数据库对发动机的准确定寿工作意义重大，建议我们国内也要加快加紧的开展此项工作。另外，可在今后的工作中能针对可靠性的关键分析技术对国内的可靠性技术人员开展深入的专向培训，以提高我国的可靠性设计分析水平，尽快缩小与国际先进水平的差距。

　　（作者单位系中航工业黎明 于丽君）