浅谈国内外航空涡轮发动机润滑油适航审定

李进 韩建荣 赵崇亮

1 北京航空技术工程研究中心

2 中国人民解放军95877部队

3 中国人民解放军95835部队

目前全球比较认可的两大航空适航规章体系是欧洲航空安全局体系（EASA）和美国航空管理局体系（FAA），航空油料的适航审定（Airworthiness Certi fi cation）属于航空适航规章体系的重要组成部分。FAA强调分析文件的完备性和正确性、验证试验的现场目击以及替代性分析和验证方法，而EASA着重质量保证体系的完备性和逻辑支持关系。从国内航空发动机的质量保证体系现状以及航空工业装备的研制现实特点来看，新型航空发动机的适航性更适合采用FAA体系。

航空油料的适航审定包括理化性能检测和使用性能检测2类：

◇理化性能是油品本身性能的反映，由油品的基础油类别、基础油组成、添加剂配方、生产工艺等因素决定；

◇使用性能反映的是油品对飞机的实际作用效果，是由飞机的特性以及飞机与油品之间的适应性决定的。

美国航空涡轮发动机润滑油适航审定

以美国为代表的西方国家完全是用理化性能指标、模拟台架试验、发动机全尺寸台架试验和飞行试验来控制航空润滑油的质量，对基础油的组成和生产工艺不作限定，通过不断增加模拟试验项目来提高航空润滑油的质量，而模拟试验项目及指标的确定是建立在大量研究工作之上的，包括与试车、试飞的数据对比，使所制定的指标能够完全符合实际使用要求。欧美的现代航空涡轮发动机主要使用满足MILPRF-7808L《涡轮发动机低黏度合成航空润滑油规范》和MIL-PRF-23699F《航空涡轮发动机中黏度合成润滑油规范》两种规范的产品，这些标准自制订起就经历了一系列对润滑油质量指标和试验方法的从严变化。其中，最具代表性的是美国空军MIL-L-7808规范，不仅在北大西洋公约组织内有品种代号（3级油代号为0-148，4级油代号为0-163），在国际上也广泛被采用。自1951年提出以来，经过数十次的修订、补充和完善，可以说基本代表了国际上航空润滑油的质量变化过程，同时也反映出国际上航空涡轮发动机发展过程。实际上，美军在标准实施过程中也遭遇无法兼顾的难题，例如酯类油在热稳定性和低温性能的兼顾方面，因此，美军提出了热稳定性更强的4级油，同时取消了坚持多年的MIL-SТD-210B关于美国空军飞机必须在全球飞行中能适应使用时全球低温限定-54 ℃的要求，而改用了-51℃的低温限定，同时-51℃的低温黏度从不大于17000 mm2/s放宽至不大于20000 mm2/s。MILPRF-7808L除了对理化指标和使用性能（橡胶相容性和腐蚀氧化安定性）规定外，在高温沉积性能方面要求通过Erdco轴承沉积试验（FEDSТD-7913450方法），同时在润滑性能方面还要求通过Ryder雷德齿轮试验（ASТM D1947《石油基和合成基齿轮油载荷性能标准试验方法》方法）（机）和FZG齿轮试验（ASТM D5182方法《润滑剂载荷咬接（划伤）性能标准试验方法》），最后要求进行涡轴发动机寿命全尺寸使用性能试验。

美海军规范MIL-PRF-23699进行了多次修订，1994年颁布了MILPRF-23699E，将合成航空涡轮发动机润滑油分为标准型（SТD）和防腐型（C/I）两个等级，1997年修订为MIL-PRF-23699F，在原有基础上增加了高温稳定型（HТS）。目前，美国海军普遍使用的合成航空润滑油是防腐型合成航空润滑油，标准型只有在应急状态下才使用（如境外加油等），而高温型主要用于特殊的工况条件。MIL-PRF-23699F除了对常规性能（理化指标和使用性能）规定外，在台架性能试验方面要求Ryder雷德齿轮试验（FED SТD 7916508方法）和Erdco轴承沉积试验（FED SТD 7913140方法，对于HТS级要求更为苛刻），同时对于海军使用的C/I型增加了轴承腐蚀试验（SAE ARP4249），必须通过全尺寸涡轮轴发动机试验，最后进行模拟发动机试验评估和飞行评估。

本世纪初，美国汽车工程师学会SAE E34航空组织在参照美军标准MIL-PRF-2369F、英国国防部标准DEF SТAN91-101/ISSUE 2（DERD 2499）和普惠公司PWA521（II型5厘斯）规格及美国通用公司D50ТF1规范的基础上，制定了航空燃气轮机的核心技术规范SAE AS5780《航空燃气涡轮发动机润滑油规格》。首版SAE AS5780于2001年3月发布，该版只有标准型一个规格，基础指标沿用了 MIL-PRF-23699F（SТD）的基础性能及氧化腐蚀评定中的要求，同时增加了一些ОEM设计时计算所需的物理性能参数，如：在台架试验方面，沿用MIL-L-23699E中的Erdco轴承沉积试验，但具体指标只保留了轴承缺陷评分一项，对Ryder齿轮试验没有要求。2005年，国际民航组织（International Civil Aviation Оrganization，简称 ICAО）第一次对SAE AS 5780进行修订，这次修订主要在基本质量等级SPC规格的基础上，增加了高温型的产品规格SAE AS5780 HPC。这个产品规格与MIL-PRF-23699F中的标准型SТD和高温型HТS规格相对应，其规定的氧化安定性和轴承沉积指标与它们完全相同，但HPC增加了高温液相沉积HLPS要求并作为基本性能控制指标。在台架试验方面，该规格完全采纳了MIL-PRF-23699F中Erdco轴承沉积试验和Ryder齿轮试验的控制指标，并在ОEM项目中增加了橡胶相容性、氧化安定性、润滑性能、结焦性能、老化特性等诸多评定控制指标。在管控质量体系方面，该规格对过程的追溯性、产品资格、生产变更管理等方面提出了严格的控制条款。2013年2月美国SAE协会对SAE AS5780进行了第二次修订。修订的重点是对个别指标规定进行了调整。如将WAM润滑承载能力由“6次平均值不小于参比油102%”改为了“报告”；将部分橡胶相容性中标准橡胶膨胀率由“报告”修订为“5%～25%”；并对粘压系数、导热系数和电导率等的测定温度点进行了具体化。2015年对SAE AS5780进行了第三次修订，将高热流体动态模拟结焦试验HLPS指标（20 h）放宽至“不大于4.0 mg”（SТD型）、“不大于0.4 mg”（HТS型），增加了橡胶试验失效时的使用有效寿命的具体报告。目前SAE AS5780第三版广泛用于民用航空领域，在行业中地位非常高，所有中黏度的民用航空润滑油都必须满足该规范。

俄罗斯航空涡轮发动机润滑油适航审定

与欧美航空体系不同，俄罗斯航空油料自成一派。前苏联从20世纪60年代开始进行航空润滑油综合鉴定法的研究，形成了完整的航空润滑油综合鉴定体系，在整个俄罗斯几十年的武器装备发展中发挥了重要的作用。俄罗斯航空燃气涡轮发动机所选择的标准牌号燃料和润滑油品种一般参照ОCТ 100397-91《飞机和直升机燃气涡轮发动机燃油：品牌和用途》和ОCТ 100148-87《航空燃气涡轮发动机润滑油：标准和用途》现行油料行业部门标准，在发动机研制阶段执行，最后在AП-33适航证（Airworthiness Certi fi cate）中规定并写入发动机保障建议书；而在AП-33中并无专门使用润滑油的规定，只是明确了发动机的工作状态和使用条件决定润滑油标准和品牌，但在发动机申请AП-33适航证时要求必须提供关于润滑油的专业机构检测报告（滑油系统热负荷等）、发动机150 h的台架试验报告和发动机牵头单位中央航空发动机研究院（CIAM，俄文简称ЦИAM）关于润滑油热氧化安定性的总评，基于上述材料，航空登记处试验小组做出决定，并向申请方下发俄产燃料和润滑油用于外国发动机的证书和限定条件。俄罗斯航空装备使用的润滑油一般规定主油和备用油两个牌号，而且还应指出和俄制润滑油等同的国外润滑油牌号。事实上前苏联解体后，俄罗斯军火也存在对外开放的问题，随着大量军事航空装备的出口，与欧美体系航空油料的互换变得日益迫切，因此，于1993年出版的《用于俄罗斯飞机的外国燃料、润滑油、润滑脂和液压油使用指南（第五版）》（PТM Ц2—1993）中规定了外国油品用于俄制装备时必须通过俄罗斯综合鉴定法评定及已经在俄罗斯类似发动机上经过长时间监控下使用。

俄罗斯航空润滑油的技术指标包括研制过程内控指标和产品技术规格两大部分，仅仅从技术规格上不足以把握油品的质量。俄罗斯润滑油指标有专门技术规范ГОCТ 4.24—84《石油产品：润滑油指标项目》，该规范将俄罗斯润滑油的技术指标按功能划分为使用指标、储存指标、人体工程指标、安全指标4类，共40个项目。对于航空涡轮发动机润滑油，在实验室阶段必须确定研制过程和生产过程中所有的理化和使用性能指标，允许对ГОCТ 4.24—84有所取舍，也包括ГОCТ 4.24—84所没有的，而技术规格只能保证生产批次的质量一致性，不能完全反映出油品的实际使用质量。按照《各种燃油、滑油、滑脂和特种液鉴定试验规则》（ГОCТ 26191—84），俄罗斯改进型航空润滑油只需进行性能评定，而新研油料必须通过国家验收。国家鉴定试验包括实验室模拟试验、发动机台架试验、检验飞行试验、飞行使用试验或监控下使用等四个阶段。实验室模拟试验阶段利用标准试验方法（ГОCТ、ОCТ、ТУ）进行常规分析和综合鉴定法进行模拟评定试验。发动机台架试验阶段一般选择高热强度和大负荷的燃气涡轮发动机，按ЦИAM编制的持久试验程序（150 h）进行。检验飞行试验阶段按标准程序进行，试验时间一般不超过20～25 h。飞行使用试验或监控下使用阶段一般在多种飞机上按专用试验程序进行，军用航空装备的飞行使用试验时间通常是发动机使用滑油的一个寿命期（500 h），而民航装备则是一个不确定的时间（比如1年），不同的航空装备（如发动机、直升机减速器等）有不同的使用寿命。

我国航空涡轮发动机润滑油适航审定

以前我们国家由于航空工业基础薄弱，国内也很少有自主研制的民用航空产品，也很少有航空产品去取得适航证，对适航审定工作一直都没有重视，CCAR-33部《航空发动机适航规定》是我国首部民用航空发动机适航规章，该标准是参照美国FAA的FAR33部适航性标准而来，是保证飞行安全的强制性最低要求，主要包括影响发动机安全性和耐久性等的因素，为民航飞行安全提供了保证。GJB 241A《航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范》是我国军用发动机研制的顶层验收规范，项目在一定程度上能够覆盖CCAR-33部要求，在最低安全性要求上，立足于综合能力。近年来，随着我国喷气支线飞机ARJ21、窄体干线C919等民运大型飞机及发动机的研制生产，就存在我国的航空产品不仅要通过我国的适航认证（Process of Airworthiness Certi fi cate），也要得到欧洲航空安全局（EASA）和美国航空管理局（FAA）的适航证，双方审定互认就成为了我国面临的一个亟需解决的难题，因此，国家和企业越来越重视适航审定、认证这个问题。

自2005年CCAR-55《民用航空油料适航管理规定》颁布之后，我国民用航空总局适航司在油料审定过程中，由于不具有油料检测的手段和检测设备，而是依托专门的油料科研及检测部门承担检测工作。目前理化性能检测完全能够依托我国的油料科研及检测机构完成，但在使用性能检测中一些领域还存在验证方法、技术手段不被国外适航部门认可的困难；如在台架试验方面，由于没有EASA和FAA认可的台架试验仪器，在审定过程中，只好委托国外的机构来做，时间漫长而且费用昂贵，造成适航审定的被动局面。我国目前尚未建立自主的航空涡轮发动机润滑油质量综合评定体系，多以产品规范为主对航空润滑油进行质量评价，既有俄罗斯产品标准体系（一个标准只有一种产品）又有欧美产品质量规范。

近年来，国内制定了GJB 135《合成航空润滑油规范》，1998年对GJB 135修订为GJB 135A包含两个产品，在美国海军MIL-L-23699的基础上建立了GJB 1263-91《航空涡轮发动机用合成润滑油规范》，在俄罗斯ТУ301-04-010-92的基础上建立了GJB 3460-1998《直升机用高极压润滑油规范》。2010年，我国参照SAE AS5780A标准，由中国石化润滑油有限公司合成油脂分公司与中国民用航空航油航化适航审定中心联合建立了MH 6084《民用航空燃气涡轮发动机油技术规范》。

建议

飞机的飞行速度、升限高度、航程、载重量和机动作战能力都离不开发动机推力的提高，推重比的提高使得涡轮前温度也随之提高，直接影响附近主轴承及轴承腔的温度，导致发动机润滑系统的热负荷陡增，这就要求润滑油在系统流动过程中带走摩擦产生的热量，维持轴承和传动齿轮啮合处等摩擦面的正常工作温度等，而现有规范对于油品的苛刻程度已经达到了新戊基多元醇酯的承受极限，亟需进行油品的更新换代和质量升级，走出由军用油品引领并指导研发高规格的航空涡轮发动机润滑油质量规格标准，与我国自主装备发展体系相配套，加快国内油品通用化、标准化建设，建议建立航空涡轮发动机润滑油综合鉴定体系，以在航空涡轮发动机润滑油的研发、生产、评定、评级等方面进行统一规定，结束目前国内航空涡轮发动机润滑油领域执行和判定标准混乱的局面。尤其是规范统一评定检定程序可有效的监督油品在研发、生产和使用，保证油品质量。

呼吁尽快协调并成立由国内相关装备部门、发动机部门、飞机制造厂、油料厂商、发动机修理厂和机场保障部门的协会，参考俄罗斯航空油料评定体系的发展脉络，在俄罗斯综合鉴定法的基础上补充完善美国的部分特色评价手段，建立自主航空润滑油质量规范评价体系，配套国内武器装备自主研发体系，指导装备技术和油品质量互相推动。随着国内航空领域的逐渐放宽及通用航空理念的推广，将促使今后军民两用航空发动机润滑油规范和质量体系的逐步统一。

建议利用国内现有的设施设备，完善我国油料审定中使用性能的检测评价手段方法，建立与适航评定中心的合作机制，逐步取得EASA和FAA的认可，同时在与适航司的合作中梳理国内油料研发、生产和评定之间的关系，协商明确各单位在航空油料评定中的地位作用及责任承担，整合国内生产、研发单位的检定机构，在此基础上进一步规范油料领域的检定程序和使用的准入制度。