商用航空发动机验证机研制程序探讨

刘启国 岳 宁 唐 伟

（中航工业综合技术研究所，北京 100028）

航空发动机，尤其是商用航空发动机的研制是一个复杂的系统工程，研制周期长，研制经费高，技术风险大。目前在航空发动机研究与发展过程中，减少研制风险的有效方法是在型号工程研制之前，进行验证机研制，先把最易出现故障的关键部件（包括核心机）经过部件试验，以合格的核心机为基础，组装待验证的风扇、低压转子、加力燃烧室及电子调节系统等进行整机试验，验证是否能协调工作。验证机的研制和试验，是航空发动机研制中的重要阶段和必不可少的关键环节。

当前我国为解决大型客机的国产动力，正在紧锣密鼓地进行商用航空发动机验证机CJ1000A的研制。由于我国首次开展过大涵道比商用航空发动机研制工作，缺乏研制经验和管理经验，亟待开展商用航空发动机验证机研制程序编制工作。根据商用航空发动机验证机研制的特点，制定专门的商用航空发动机验证机研制程序，规范我国商用航空发动机验证机的研制流程，势在必行。

1 验证机的特点和内容

航空发动机验证机（Demonstrator Engine）是为验证航空发动机某项（或几项）技术在整机条件下适用性，或验证原型机技术指标及新设计的整机方案在真实工作条件下可行性而研制的试验发动机。无论是军用航空发动机还是商用航空发动机，国外现役的典型航空发动机及其发展历程表明，验证机研制是航空发动机研制成功的基础，也是不可或缺的一环。根据研制目的和要求不同，验证机大致分为技术验证机和型号验证机。技术验证机是专为发动机某种技术研究的验证机，与型号没有直接关系，在航空发动机研制工作中，除了核心机研制要特别下功夫外，商用航空发动机的高涵道比风扇叶片、军用航空发动机的风扇和低压压气机的设计试验，也是研制周期较长、困难最多的关键部件，常有专为提高风扇效率、降低噪声、提高风扇结构完整性，在使用寿命振动、重量和费用之间找到最佳方案，除了做部件试验外就需要大量的技术验证机试验。型号验证机则是专为型号服务的验证机，根据型号研制的背景和实际技术需要来决定型号验证机的任务，针对具体发动机型号验证3大部件或全台发动机设计可行性，把进入全面工程研制的风险降至最小。

1.1 在发动机平台上，经过相应的改装，对各种先进技术（如先进气动设计方法、新设计概念、新结构、新材料和强度等）进行试验和验证。

1.2 将完成试验的或经修改的核心机和其他部件组装成验证机进行试验，以取得核心机和其他部件的匹配关系，作为一个整机工作的试验评价。

1.3 通过试验，得到测量验证机性能和结构完整性的各种方法，以评价作为推进系统的适合性。

1.4 通过验证机试验，评价各部件组成一个整机时工作的性能、稳定性和结构完整性，并找出为适用于飞机动力装置所需要做的改进，为新发动机研制技术打基础。

基于上述分析，对于目前我国商用航空发动机验证机来说，主要是验证商用航空发动机的总体技术方案是否可行，采用的各项技术是否协调、是否满足总体性能、可靠性、安全性等要求。它兼有型号验证机和技术验证机的特点，在满足技术、性能、安全性的同时，还要兼顾经济性，为确保商用航空发动机的市场成功奠定基础。

2 验证机研制程序基本内容分析

商用航空发动机验证机的研制从根本上讲是为了保障后续商用航空发动机型号技术（产品）可靠、商业成功，目前我国商用航空发动机验证机的研制尚未走完一个全过程，其研制程序亦在探索过程中。从技术角度来说，验证机研制与具体型号研制有所区别，侧重于技术验证，确保总体技术方案可行，而不是一个真正意义上的产品研制；从商业角度来说，应重点考虑降低成本与提高利润，为后续商用航空发动机产品有效开拓市场、取得市场成功打下基础；从管理体制角度来说，要充分考虑国家投资商用航空发动机的相关管理流程，结合国家现行管理的实际情况。

综合考虑上述因素，我们将商用航空发动机验证机的研制过程一般划分为论证阶段、方案阶段、初步设计阶段、详细设计阶段和试制与验证阶段5个阶段。商用航空发动机验证机研制项目在实施过程中应分阶段进行考核，每一阶段的工作完成后，应经评审或审查，达到规定的要求，方可转入下一阶段。按照阶段划分实行里程碑控制，每个阶段的输出作为下一个阶段的主要输入。

2.1 论证阶段

论证阶段的目标是根据国家发展规划和市场需求，形成项目研制设想，完成项目论证工作，形成项目建议书，并通过国家主管部门审批。

2.1.1 完成市场和客户需求分析

2.1.2 开展适航性技术要求分析

2.1.3 完成潜在的国内外合作对象和供应商分析

2.1.4 完成拟研制验证机主要性能和技术要求分析

2.1.5 完成研制周期、经费和风险初步分析

2.1.6 完成技术能力初步分析

2.1.7 完成关键技术项目及解决途径初步分析

商用航空发动机验证机承研单位应按相关规定编制项目建议书。项目建议书主要内容一般包括：项目的目的和意义；市场分析；研制目标和主要指标；基本技术方案；产品研制能力、关键技术及解决途径分析；适航技术要求分析；研制总经费需求；研制计划；风险分析和对策；结论和建议。

由国家主管部门依据国家航空发动机发展战略和市场要求，对项目建议书进行评审，审查验证机的主要技术指标是否满足市场需求，基本技术方案是否可行，是否具备基本的研制能力，关键技术的解决途径是否明确，研制经费是否合理。

2.2 方案阶段

方案阶段的目标是根据论证的目标和要求，进行总体方案概念设计，初步选定、优化验证机研制方案，形成总体技术方案，进行研制任务分解，确定、开展验证机关键技术攻关项目，总体技术方案通过国家主管部门的评审。

2.2.1 完成验证机总体技术方案设计，包括验证机总体、部件及系统的方案设计等

2.2.2 确定关键技术项目及解决方案，开展关键技术攻关

2.2.3 开展项目风险评估，编制项目风险管理计划2.2.4 确定研制分工，编制研制计划和工作分解结构（WBS）

2.2.5 开展初步工艺方案编制

2.2.6 确定合作伙伴和供应商

商用航空发动机验证机承研单位应按相关规定编制评审材料，一般包括：总体技术方案；关键技术攻关初步方案；合作伙伴和供应商选择方案。

由国家主管部门依据批复的项目建议书，进行方案评审，审查总体技术方案的符合性、可行性、适用性、合理性，新技术、新工艺和新材料攻关措施的有效性。

2.3 初步设计阶段

初步设计阶段的目标是根据总体技术方案，开展总体、部件/系统初步设计，完成部件/系统试验件设计、试制和试验，优化总体技术方案，完成初步设计评审。

2.3.1 完成关键技术攻关

2.3.2 完成部件/系统初步设计

2.3.3 完成部件/系统试验件设计、试制和试验验证

2.3.4 根据试验验证结果，优化总体技术方案

2.3.5 制定工艺方案

2.3.6 与合作伙伴和供应商达成协议

商用航空发动机验证机承研单位应按相关规定编制评审材料，包括：优化的总体技术方案；部件/系统初步设计技术文件；部件/系统试验件工程图样；部件/系统试验报告；关键技术攻关报告。

由国家主管部门进行初步设计评审，审查部件/系统试验结果是否满足总体要求，总体技术方案优化的合理性、可行性，关键技术攻关的有效性。

2.4 详细设计阶段

详细设计阶段的目标是根据优化的总体技术方案，开展总体、部件/系统详细设计，完成核心机试验，优化总体技术方案，完成详细设计评审。

2.4.1 完成部件/系统详细设计

2.4.2 完成核心机试验件的设计、试制和试验验证

2.4.3 完成低压部件/系统的设计、试制和匹配试验验证

2.4.4 根据试验验证结果，优化总体技术方案

2.4.5 发出验证机全套工程图样和技术文件

2.4.6 开展工装设计与制造

商用航空发动机验证机承研单位应按相关规定编制评审材料，一般包括：优化的总体技术方案；核心机试验报告；低压部件/系统匹配试验报告；验证机全套工程图样和技术文件。

由国家主管部门进行详细设计评审，评审核心机试验结果是否满足总体要求，总体技术方案优化的合理性、可行性；各部件/系统之间的接口设计及协调性；初步确定的关键件、重要件清单；材料和工艺合理性；图样、技术文件的正确、完整和配套情况。

2.5 试制与验证阶段

试制与验证阶段的目标是依据生产图样，完成零件试制、装配，开展整机验证试验，完成整机达标试验，通过验证机达标评审。

2.5.1 复查设计图样和技术文件

2.5.2 整机试制准备、加工及装配

2.5.3 开展验证机整机地面试验和高空台试验

2.5.4 开展验证机达标试验和持久试车

商用航空发动机验证机承研单位应按相关规定编制评审材料，一般包括：总体技术方案；验证机全套生产图样和技术文件；验证机全套试制工艺工装文件；验证机整机达标试验报告；验证机研制工作总结。

由国家主管部门组织进行验证机达标评审，审查验证机技术指标是否达到论证批复的要求，是否具备转入正式型号研制的条件。

3 结束语

针对验证机的特点和管理实际情况，对商用航空发动机验证机研制阶段划分、主要工作内容和转阶段评审要求提出了具体分析与建议，探讨适合我国的商用航空发动机验证机研制程序。目前我国大飞机项目世人瞩目，作为大飞机的动力装置，商用发动机验证机的研制更是至关重要，为规范我国商用航空发动机验证机研制工作，加强研制管理，明确程序和责任，确保质量和进度，控制研制风险，应结合商用航空发动机研制规律和特点，尽快制定出台商用航空发动机验证机程序，为确保后续商用航空发动机商业成功，满足市场需求奠定基础。

[1] 吴大观.航空发动机验证机的研究与发展[D].航空发动机研制工作论文集，航空工业出版社，2009.