军用航空燃气涡轮发动机包装运输设计研究

赵长辉，邢 晨，皇国英，高进勇，孙同喜

（1.航空工业沈阳飞机工业（集团）有限公司；2.中国人民解放军驻沈飞军事代表室:沈阳，110850）

0 引言

军用航空发动机在装备使用及维修和生产过程中需要进行较为频繁的运输和转移，燃气涡轮发动机是高度复杂和精密的热力机械，在运输过程中的过载、冲击、振动容易造成对发动机轴承等零部件的损伤，运输和存放时还会遭受环境腐蚀等问题。为了使军用发动机能够得到有效保护，能够耐受环境影响并不会遭受物理损伤，需要有良好的包装运输设计。

军用航空燃气涡轮发动机包装运输设计比较重要，美国等西方发达国家对此比较重视，有非常完善的规范和标准体系，设计完备而先进。国内对这个领域不够重视，总体上设计比较落后，标准和规范不完备。主要采用木质包装箱，包装运输设计已经滞后于发动机的发展，无法有效满足使用需求，特别是舰载使用等新需求，迫切需要改进和提高。近期研究和设计工作较少，只有唐光辉等研制了1种航空发动机陆运减震装置[1]，崔峰等设计了1种航空发动机减震包装箱[2]，还有一些发明专利，相关工作成果没有得到有效应用。

本文对军用航空燃气涡轮发动机设计问题进行比较全面地梳理和初步研究，重点分析美国军用航空发动机的包装运输设计及规范/标准，并与中国相关设计进行对比和分析。提出借鉴吸收美欧军用发动机包装运输设计，以改进和完善中国的军用航空发动机包装运输体系的设想和建议。

1 军用航空燃气涡轮发动机包装运输设计和发展概述

1940年末开始，航空燃气涡轮发动机快速取代活塞发动机成为主流军用航空发动机。随着大量装备使用，军用航空燃气涡轮发动机的存储、包装运输技术体系建立起来并快速完善和规范。

对军用航空燃气涡轮发动机的存储和包装运输有很高的要求。存储和包装运输装置要能有效保护发动机，防止外界环境及外界物体对发动机造成的损伤，并实现发动机高效快速的转移和运输。存储和包装运输装置要能够防护环境腐蚀，有效隔离水汽、霉菌、尘埃以及其他的腐蚀物和污染物，并能防止长霉、老化等，材料和方法对发动机及附件性能无副作用。对于恶劣的海上（水面）使用环境下的舰载机发动机的腐蚀防护与控制尤为重要。海上的盐雾、湿热、霉菌环境和恶劣气象条件都对发动机造成严重的腐蚀，需要进行特别防护[3]。

军用航空燃气涡轮发动机的存储和包装运输有完整的方法、标准和规范，使用专用材料、装置、设备和工具。发动机的存储、包装运输是密切关联的，一般采用1套装置，能够实现从存储状态到运输状态的快速转变。运输装置外形应简洁、紧凑并能在仓库及各种运输工具中放置，应适于机械化装卸，能承受装卸、吊装、叉运、堆垛、系留/栓缚、转运、集装等不同作业情况。

2 美国军用航空发动机的包装运输设计

2.1 包装运输规范

美国军方对于航空发动机的包装运输有着严格的标准和规范，可以查阅到文件是美国空军的技术手册TO 00-85-20“发动机运输指南（Engine Shipping Instrcutions）”[4]。TO 00-85-20 公开发布，提供航空发动机包装运输的详细技术要求和操作指南。TO 00-85-20共有7章，各章的题目分别为：概述；职责；发动机运输装置；准备和检查；发动机和运输装置处置；系留指南；发动机运输装置管理等。第3～6章是重点。第3章给出美国空军使用的发动机运输车、适配器的基本数据表。第4章详细描述使用运输车、滑木箱、手推车、运输罐等不同运输装置装载的发动机在不同运输方式下的工作及检查要求。第5章内容是装载发动机的运输装置的装卸操作要求。第6章是铁路运输、空运、卡车运输等运输方式下，装载发动机的各类运输装置的系留操作指南。

美国海军航空发动机包装运输规范尚未查到，有待补充。可以在美国海军官网图片库中查看舰载机发动机包装运输操作的图片[5]。

2.2 发动机运输装置及运输方式概况

发动机运输装置主要有：发动机运输车、运输罐、托架/手推车、包装箱及滑木箱、货盘。发动机运输车和运输罐是使用最为广泛的发动机运输装置，托架/手推车也较常使用。木质包装箱及滑木箱不推荐使用，仅在没有其他运输装置可用的情况下才使用，货盘仅用于空运。

发动机的运输方式主要是车辆陆运和运输机空运，以及火车陆运和船舶海运。

车辆陆运是最为广泛使用的1种发动机运输方式，可以运输各种类型的运输装置-发动机。陆运专用车辆使用带有空气悬挂系统（气囊减震器）的专用牵引车-拖车或卡车如图1所示。卡车运输的发动机需要排空燃油系统。牵引车-拖车包括：矮车身或下陷车身拖车。卡车、牵引车-拖车必须要采用木质车厢底座，以便于系留和挡块安装。

运输机用于空运，较为常用，可以装运运输车、运输罐、货盘等装置装载的发动机。

陆地火车运输，较少采用，不允许运送运输车装载的发动机，仅允许运送运输罐装运的发动机。

美国空军的F100等系列发动机，在使用运输车运载时允许运输时间在72 h以下的受限的海上运输。发动机用防护罩进行保护，运输车-发动机装载在带空气悬挂系统（气囊减震器）的封闭卡车或拖车内。

美国海军主要使用密封运输罐装运发动机，海上运输不受限。

2.3 通用运输车运输

通用发动机运输车广泛用于发动机存放、短距离转移和长途运输，可以装运多种型号的发动机，可进行陆运、空运及受限的海运，不能用于铁路运输，不可以叠放。专用牵引车-拖车运输装载发动机的运输车如图2所示。陆运必须使用专用运输车，拖车车厢有敞开式和封闭式2种，后者用于受限的海上运输。

典型的通用型运输车是Air Log 3000/3000E和4000系列运输车。这些运输车的特点是顶部2个标准导轨和下部4个标准充气轮胎车轮。标准化通用化的导轨设计能够实现运输车与发动机安装车、飞机发动机安装导轨对接，实现发动机的转移。

发动机通过支臂或安装架-滚轮适配器安装固定在运输车上，在运输状态发动机必须使用防护罩，在使用维护状态时不使用保护罩，运输车-发动机系统如图3所示[6]。防护罩带有发动机漏油收集装置，护罩与发动机尖角之间要安装保护材料，以防止损伤。防护罩材料是0.10 mm（4MIL）的聚乙烯，以及有乙烯基涂层的玻璃布或相当的材料。防护罩是保护发动机的最基本的方法，不应被用作发动机存储容器，限制使用期为45～180 d。

F119采用专门设计的发动机运输系统（ESS）如图4所示。ESS是1种增强型发动机安装架，相较于以前的发动机安装架，采用新的焊接整体结构，结构强度大幅提升，能够满足承载F119大推力发动机的要求；增加带有钢丝绳减震装置，具有良好的减震性能。使用3000E运输车或装载能力为4536 kg等效的运输车。

F135发动机配套设计了专用的发动机运输车，与F119发动机类似的发动机运输系统（ESS），如图5所示[7]。在保持通用型运输车基本形式的基础上，增加了发动机支撑-连接结构和其他结构及系统。ESS有2种构型：构型1与F119发动机类似，采用矩形截面钢管骨架；构型2采用圆形截面钢管骨架。

2.4 运输罐运输

运输罐能够重复使用，适用各种运输方式，因此被广泛使用。按照材料分为金属和玻璃纤维复合材料2种；按是否加压可分为加压和非加压2种；按用途分为整台发动机运输罐和发动机部件运输罐。整台发动机的运输罐主要使用加压型运输罐，一般使用干燥氮气加压。发动机部件运输不需要加压，使用非加压型运输罐。整台发动机的非加压型运输罐不能用于空运。运输罐装载的发动机需要排空油。J57发动机和F119发动机运输罐如图6所示[8]。

按照TO 00-85-20的规定，加压要求仅应用于可能包含剩余燃油的完整状态的发动机。在发动机拆解过程中发动机模块内的全部燃油都被去除的情况下，包装箱不需要加压。

发动机整体运输罐多采用钢材焊接密封容器设计。运输罐的外形主要为平放圆柱形，少数采用其他空间形状。一般都设计成上下两半，下半段为运输罐的承载主体，包括下罐体及其内部有发动机安装支架及连接系统。下罐体底部有底座和钢滑木等结构。罐体外还按需布置系留环。上半段为上盖，外部有吊环等装置。整个罐体能够实现其中设备吊运和叉车叉运作业以及系留。上半段和下半段罐体之间多采用螺栓连接，并有橡胶条密封装置。

下半段运输罐内一般有鞍形发动机安装座，发动机与底座之间使用快卸销连接，安装拆卸方便。鞍形安装座与罐体之间一般安装减震装置，常用钢丝绳减震器。增压运输罐带有比较复杂的充气和放气装置，以及湿度控制和指示装置。

典型的燃气涡轮发动机运输罐的结构如图7、8所示[9-11]。美国海军和海军陆战队舰载机的燃气涡轮发动机普遍采用运输罐装置运输。美国海军的一些燃气涡轮发动机的运输罐如图9所示。F/A-18舰载战斗机的F404/F414发动机的运输罐如图10所示。

欧洲国家战斗机发动机也采用密封运输罐装置。如英国罗罗公司的“斯贝”、“飞马”和“阿杜尔”发动机，直至最新的EJ200发动机都采用密封罐装置如图11 所示[12]。

2.5 专用运输车大涵道比涡扇发动机运输

大型军用运输机的（大涵道比）涡扇发动机很多都是民用涡扇发动机的改型或衍生型，配套的专用运输车与之相同或结构近似。如F118发动机（CFM56）使用ETU-111/E多用途运输车（Multi-Purpose Trailer）如图 12所示[13]。C-17运输车的 F117-PW-100发动机（衍生自PW2000系列），则采用专用的TT90-F运输车如图13所示，可用于空运发动机[14]。TT90-F运输车还有配套的PT90-F发动机举升安装车，二者的顶部宽轨距导轨能够对接，实现发动机在二者之间的转移[15]。

托架主要作用是支撑、保护和运输发动机，分为支架和运输架2部分，二者可通过锁定销钉进行组合和分离。在运输状态时，发动机使用专用防护罩进行保护，同战斗机的加力式涡扇发动机相似。保护罩分为上下两半，中间部分用拉链连接，并有防潮搭扣，需要使用MVPBAG自带的锁闭工具才能正确连接和封闭。主要作用是将发动机与外界环境隔开，防止有害气体、有害液体、或外界潮气对发动机本体及外围管路附件造成损害。

2.6 托架运输

F110发动机的ETU-114/E发动机运输和储存托架如图14所示，用于存放和运输安装加力燃烧室的F110-GE-100（系列）发动机。托架组成部分包括外侧刚性支撑结构和内侧框架，二者之间使用弹性减震装置连接。内侧框架有与发动机安装结构的连接接口。ETU-114/E托架可以使用带空气悬挂系统（气囊减震器）的牵引车-拖车陆运。托架可以叠放，单台拖车可以运输1～4个托架-发动机。

ETU-114/E托架更详细的资料尚未查阅到，有待补充。

3 中国军用航空发动机的包装运输设计

中国军用航空发动机储存和包装运输基本上是沿用前苏联/俄罗斯体系[16]。存储和包装运输装置设计单一，基本上都采用木质结构包装箱。采用汽车或火车陆运的方式。规范性文件是GJB1284-91《航空燃气涡轮发动机的封存包装》。

包装箱主体结构使用木材，局部使用钢制加强带板以及系留环/吊耳等钢件。包装箱箱底上安装固定钢结构发动机固定支架，在支架上有发动机前后连接装置，分别与前部推力销座和后部加力筒体外的承力环连接。采用油纸和塑料封装发动机安装在支架上。木质包装箱存在问题和不足，其效能低，不能有效满足使用要求；密封性差，无减震装置，无法有效保护发动机，容易造成发动机损伤；不能重复使用，浪费严重；没有进行标准化设计，规格多，随发动机变化。包装箱与其他地面设备无法形成有效衔接。由于没有减震装置，因此发动机时常由于运输振动而导致故障。由于各种原因，木质包装箱装置仍广泛使用，已经不能适应发动机的发展。

针对无减震措施的木质包装箱易损伤发动机、使用限制条件多等问题，国内有关单位进行带减震措施的发动机运输装置的研制和发展。唐光辉等研制的1种航空发动机陆运减震装置，但是可能由于设计上的局限和问题，没有大面积推广和应用。

4 发动机包装运输设计比较

通过对美国和中国军用燃气涡轮发动机的包装运输设计的介绍和分析，可以看出中国在这方面与美国的差距。

美国有完善的燃气涡轮发动机包装运输规范和标准，设计技术先进，使用性能好。采用多种可重复使用的、有较高通用性的运输装置，包括：通用/专用运输车+发动机安装架/运输系统、（密封）运输罐、托架等。运输装置可以适应卡车陆运、运输机空运/直升机吊运、船舶海运、火车陆运等多种运输方式。采用标准化、通用化和系列化设计的通用运输车+安装架设计发动机安装和拆卸，作业方便快捷，能够实现运输状态与地面工作状态的快速转换。具有标准导轨及对接装置的运输车能够与发动机安装车、维护台架的直接对接，实现发动机的快速转移。带有减震装置的密封运输罐装置能够实现对发动机的全面保护，适应几乎所有运输方式，充分满足恶劣的海上环境的使用要求，被美国海军广泛使用。

中国采用比较单一的不带减震装置的木质包装箱系统，使用火车和卡车运输。这种包装运输设计不能实现对发动机的全面有效的保护：在运输过程中的振动和冲击载荷大，容易造成发动机部件和整机损伤；防潮、耐环境腐蚀密封措施不够有效，不能对发动机进行有效保护，远远不能满足海上使用要求；系统使用性能差、适应性差、运行效率低，主要适用于火车和卡车运输，发动机拆卸、安装和转运作业较为繁琐复杂，需要起吊设备；包装箱一次性使用，浪费严重。从总体上看，中国发动机包装运输设计非常落后，与美国相比差距巨大，远远不能满足空军海军发展需求。

5 改进中国发动机包装运输设计的建议

建议充分吸收借鉴美国的先进实用的发动机包装运输设计，改进完善中国军用航空发动机包装运输设计。

在发动机运输装置方面，逐步淘汰一次性使用的木质包装箱，采用与美国近似的可重复使用的通用型运输车和运输罐系统，适应空运和海运等新的高效运输方式。借用美国发动机运输车、安装车和维修台架、试车台架的通用化、标准化设计，充分提高系统运行效率。采用带有减震装置的发动机安装架，与F119和F135发动机的发动机运输装置（ESS）近似，在设计上采用钢丝绳减震器等减震装置，实现高减震性能，可直接使用普通卡车运输。开发带有减震装置的发动机密封运输罐系统，充分满足海军使用要求。

6 结束语

初步研究了军用航空燃气涡轮发动机的包装运输设计，详细分析研究了美国的发动机包装运输设计，希望对中国的相关工作有所帮助。

[1]唐光辉，杨翠枝，郭明生，等.一种航空发动机陆运减震装置的研制[J].航空维修与工程，2014（6）：28-30.TANG Guanghui,YANG Cuizhi,GUO Mingsheng,et al.Development of an aero-engine land transportation cushioning device[J].Aviation Maintenace&Engineering，2014（6）：28-30.(in Chinese)

[2]崔峰,齐晓松.一种航空发动机减震包装箱的开发设计[EB/OL].[2017-09-10].http://www.csaa.org.cn/uploads/xiazai/lwj/3thmyfjgflt CUI Feng,QI Xiaosong.The design and development of packing box with shock absorber for an aeroengine[EB/OL].[2017-09-10].http://www.csaa.org.cn/uploads/xiazai/lwj/3thmyfjgflt

[3]马明昭，郑震山.海军航空发动机腐蚀防护与控制工程设计[J].航空维修与工程，2009（4）：53-55.MA Mingzhao,ZHENG Zhenshan.Engineering design specifications of corrosion prevention and control used in Navy aircraft engine[J].Aviation Maintenace&Engineering，2009（4）：53-55.(in Chinese)

[4]O 00-85-20 Technical manual-engine shipping instructions(15 Oct.2003，Change 7-15 May 2009)[EB/OL]. [2017-09-10].http://www.tinker.af.mil/shared/media/document/AFD-061220-061.PDF

[5]Navy photo gallery[EB/OL].[2017-09-10].http://www.navy.mil/view-Gallery.asp

[6]King bag and manufacturing jet engine covers[EB/OL].[2017-09-10].http://kingbag.com/aviation/

[7]F135 engine transport trailer[EB/OL].[2016-05-30].http://www.mechanicalprototypes.com/images/works/1.jpg

[8]Photos of trailers,adapters,bags,and containers that are typically used to ship military gas turbine engines [EB/OL].（2010-12-01）[2017-09-10]http://www.f-16.net/forum/viewtopic.php?p=186481

[9]TM 55-2840-251-23 Technical manual-aviation unit and aviation intermediate maintenance manual-turboprop power aircraft engine model T74-CP-700[EB/OL].[2017-09-10].http://www.liberatedmanuals.com/TM-55-2840-251-23.pdf

[10]TM 55-2840-251-23P Technical manual-aviation unit and intermediate maintenance-repair parts and special tools list(including depot maintenance repair parts and special tools)-engine,aircraft,turboprop T74-CP-700[EB/OL].[2017-09-10].http://www.liberatedmanuals.com/TM-55-2840-251-23p.pdf

[11]TM 55-2840-241-23 Technical manual-aviation unit and aviation intermediate maintenance manual-engine,aircraft,gas turbine model T63-A-720[EB/OL]. [2017-09-10].http://www.liberatedmanuals.com/TM-55-2840-241-23.pdf

[12]Photo of EJ200 engine container [EB/OL].[2017-09-10].http://eurofighter.airpower.at/ej200container-IMG_6244.jpg

[13]Photo of F-118 engine and ETU-111/E multipurpose trailer[EB/OL].[2017-09-10].https://www.amazon.com/multipurpose-Stratotanker-aircraft-re-engine-transport/dp/B00KFNV6MI

[14]TT90 Trailer[EB/OL].[2017-09-10].http://www.ddmach.com/ground-support/tt90-f-engine-transport-trailer/

[15]PT90 Engine lift trailer[EB/OL].[2017-09-10].http://www.ddmach.com/ground-support/pt90-f-engine-lift-trailer/

[16] Производство авиационных двигателей (60 фото)[EB/OL].(2015-03-22)[2017-09-10].http://nlo-mir.ru/tech/34128-proizvodstvo-aviacionnyh-dvigatelej-60-foto.html