国内外军用航空发动机油技术规范发展概述

戴振华，张峥

(中国石化石油化工科学研究院，北京 100083)

0 引言

作为航空发动机的血液，航空发动机润滑油的作用至关重要，它可为发动机提供高低温润滑保护、清洗、冷却、防锈以及密封作用等[1-3]。随着航空发动机技术的不断进步，航空发动机润滑油在日益更新与发展，同时作为规范航空发动机润滑油品质和性能，甚至是作为航空发动机型号设计的一部分技术类文件，航空发动机技术规范也都在不断进步与发展。

发动机是飞机的“心脏”，从1903年到二战末期，飞机绝大多数采用活塞式发动机，直到二战末期航空涡轮发动机才正式进入开发阶段，并因为其能够满足飞机高速行驶等要求，能更好地保障运输和作战动力，迅速占领了航空发动机主导地位并快速发展[4-6]。航空发动机润滑油技术规范最初为军队制定，由于其具有优良的发动机保护性能，后来逐渐被民航领域采用并改进，进而演变成了民用航空的技术规范。航空润滑油技术规范作为航空油料质量综合鉴定体系中的一部分，规定了发动机润滑油的质量指标，例如理化性指标、使用性能测试、模拟台架评定、全尺寸台架评定和最终的飞行测试等指标要求[7-8]。文章对国内外军用航空发动机润滑油技术规范进行了综述。

1 国外军用航空发动机润滑油技术规范发展

目前国际上航空发动机润滑油技术规范主要是根据美国和前苏联的航空发动机润滑油规范加以演变和发展。

1.1 美国军用航空发动机润滑油规范发展

早期的美国军用航空发动机为活塞式发动机，其均使用航空活塞式发动机润滑油，此类润滑油分为两种规格，一种为MIL-L-6082，不含清净分散剂航空活塞发动机润滑油；一种为MIL-L-22581，含无灰分散剂航空活塞发动机润滑油。其中MIL-L-6082技术标准中包括两种润滑油品种，分别为1065和1100，北约代号分别为О-113和О-117。MIL-L-22851技术标准中包括了三种润滑油品种，分别为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。虽然两种技术标准在1990年采用SAE等级进行了修订，但随后在1995年分别被SAE制定的SAE J1966和SAE J1899技术规范所取代，均适用于四冲程往复式活塞发动机润滑油。

美国涡轮发动机发展初期，发动机对润滑油性能要求较低，所以早期是将航空活塞发动机润滑油应用在涡轮发动机上。根据当时实际情况，如飞行速度低，输出功率小，整个润滑系统温度低等，1950年颁布了MIL-L-6081技术规范，并研制了符合规范的黏度矿物型航空润滑油。它包括了两个品种，分别为1005和1010。目前最新版本为MIL-PRF-6081D(期间将特征性标识如“L”改为了统一性标识“PRF”)。但由于航空发动机向高负荷、高转速方向发展，必会导致发动机工作温度尤其是涡轮轴承温度升高[9]，这就要求润滑油必须能够承受高温工况，反之定会迅速分解并产生积炭，所以矿物型润滑油已不能满足当前要求，换言之，MIL-L-6081规范产品不能满足当前要求，因此1951年由美国空军制定了MIL-L-7808技术规范，也就是今天美国两大航空发动机润滑油标准之一。

MIL-L-7808技术规范中规定了Ⅰ型合成润滑油标准，Ⅰ型合成润滑油是以双酯为基础油，并且添加了高温抗氧剂、极压抗磨剂和金属腐蚀抑制剂等，其使用温度在-54～175 ℃，该润滑油不仅能用于军用航空，也能用于民用航空，并广泛应用于涡轮喷气发动机[10]。随着涡轮发动机高速发展，1982年美军颁布了MIL-L-7808J技术规范，进一步对发动机润滑油性能进行了提升，将双酯基础油更换为多元醇酯，更换可增加发动机润滑油的氧化时间[11]；1994年颁布了MIL-L-7808K规范，该版本包括了两个黏度级别分别为3 mm2/s和4 mm2/s，并且规定从该规范开始，针对规范中的齿轮试验可以平行使用ASTM D1947中的Rydef法和ASTM D5182中的FZG法。目前该系列技术规范经过16次修订，最新版本为1997年颁布的MIL-PRF-7808L版。

由于美国海军飞机对低温启动没有严格要求，为确保高温性能，防止润滑系统中出现结焦和沉淀等情况发生，从而损伤发动机零部件，影响密封性等，1963年美国海军颁布了MIL-L-23699航空涡轮发动机合成润滑油性能技术规范。规范中规定的为Ⅱ型中黏度合成油，100 ℃运动黏度为5 mm2/s。该油采用的是新戊基多元醇酯基础油，该基础油具有更好的热氧化安定性，适用范围是-40～200 ℃，该油被美国海军应用在涡轮螺旋桨式飞机中，同时也应用在涡轮式直升飞机中，随后也迅速在民用航空飞机中得到广泛应用。

为了强化台架、固体颗粒、油泥和高温腐蚀试验等项目指标，1969年美国海军完善了该技术规范，并颁布了MIL-L-23699B版本；为了对新油中的12种元素进行控制，20世纪80年代确立了MIL-L-23699C技术规范；由于海上飞行环境恶劣，盐雾浓度较高，易造成多金属和非金属材料的腐蚀，1994年海军颁布MIL-L-23699E版本，主要增加了轴承腐蚀试验；1997年升级为MIL-PRF-23699F版本，在标准型(STD)和防锈型(C/I)基础上增加了高温型(HTS)产品规范，并且将SAE标准发展成为了SAE AS 5780技术规范，供民用和商用飞机使用。该技术规范系列从首版经过11次的修订，2014年颁布了MIL-PRF-23699G版本，增强酯型(EE)的润滑油产品，并对高温和增强酯型产品增设了橡胶相容性指标要求，该版本为目前最新版本，并且引领着航空发动机润滑油发展与进步。

1.2 俄罗斯(前苏联)军用航空发动机润滑油规范发展

俄罗斯(前苏联)所用航空润滑油与美国不同，这是因为两者航空体系不同导致。1941年俄罗斯(前苏联)颁布ГОСТ 1013-41技术规范，随后又在1949年前发布了ГОСТ 1013-49国家标准，规定了四种航空活塞发动机润滑油(通常称为20号油)，分别为МС-14、МС-20、МК-22和МС-24。60年代研制出含硫的МС-20C润滑油后制定了ГОСТ 9320-60技术规范，不过随着在1976年ГОСТ 21743-76技术规范的颁布，将其合并。目前ГОСТ 21743-76为现行技术规范，规范中只包括МС-14和МС-20润滑油。

俄罗斯(前苏联)早期的航空涡轮发动机油采用其他机械用油，例如变压器油、锭子油、航空活塞式发动机润滑油以及混合油等。由于种类多，并且不同润滑油的性能指标各不相同，在实际使用中遇到很多困难，因此1953年研制出МК-8润滑油(通常称为8号油)，工作范围为-25～120 ℃，并制定了ГОСТ 6457-53技术规范。为改善МК-8润滑油的热氧化安定性，向其中加入抗氧剂，并将此油定名为МК-8Л，同时制定了ГОСТ 6457-66技术规范。由于МК-8润滑油低温性差等原因，并且炼制其基础油所用的原油产量下降，故改用含硫原油炼制并研发出МС-8润滑油，并制定了МРТУ 38-1-163-65技术规范，同时在该油中加入抗氧剂研制出МС-8Л，并制定了ОТС 38.01163-78技术规范，该油主要应用在亚、超音速涡轮发动机当中。

目前俄罗斯(前苏联)所使用的航空涡轮发动机有3 mm2/s和5 mm2/s两种级别，其中3 mm2/s航空润滑油主要包括ИПМ-10、50-1-4Ф和50-1-4У。ИПМ-10(ТУ 38.1011299-90)由合成烃、癸二酸双酯和抗氧剂调配而成，工作温度为-50～200 ℃；50-1-4Ф(ГОСТ 13076-86)和50-1-4У(ТУ 38.4015812-85)由癸二酸二异辛酯为基础油添加抗氧剂和抗磨剂等研制而成，其中50-1-4У油添加剂较50-1-4Ф油得到改进，提高了热氧化安定性，最高使用温度高达175～200 ℃。而3 mm2/s航空润滑油主要包括Б-3В、Л3-240和ПТС-225。其中Б-3В油由季戊四醇酯为基础油并添加抗磨剂和抗氧剂调配而成，并在1985年制定ТУ 38.101295-85技术规范；Л3-240油由季戊四醇酯为基础油并添加抗磨剂、抗氧剂和腐蚀抑制剂调配而成，该油热氧化安定性优于Б-3В油，并将其替代，同时在1986年制定ТУ 38.401579-86技术规范；ПТС-225应用于大功率航空发动机，符合ТУ38.401337-81技术规范，并在后来修订为ТУ38.401-58-1-84。

2 国内军用航空发动机润滑油规范发展

由于历史原因，我国早期航空发动机润滑油技术规范多参照俄罗斯(前苏联)制定。同样由早期的矿物油到后期对合成酯类油转变，与此同时研制出了很多品种的航空发动机润滑油。20世纪50年代末参照俄罗斯(前苏联)标准，我国采用大庆、玉门或混合原油炼制，研制出20号航空润滑油，简称20号航滑(代号HH-20A)，质量水平与МС-20相当，性能与MIL-L-6082D标准接近，应用于活塞5、活塞6、运5和初教6等发动机上，并于1964年颁布了GB 440-1964技术规范，最新版本为GB 440-1977(1988)《20号航空润滑油》。由于20号航滑凝点较高(-20 ℃左右)，在-5 ℃环境中就需要用燃油冲稀使用，为改善低温性能，并保证其能在北方的使用效率，1969年由抚顺一厂对其炼制工艺进行改进，研制出了20号合成烃润滑油，凝点在-35～40 ℃，代号HH-20B。随后在1980～2002年间又对其进行了工艺和原料方面的改进，研制出了新20合成烃航空润滑油，俗称20B。我国军队在1991年参照俄标ГОСТ 21743-76发布了GJB 1219-1991《航空活塞式发动机润滑油》技术规范。2004年由中国石化石油化工科学研究院和原空军油料所联合研制了清净分散型航空活塞式发动机润滑油，包括三种产品，分别为20、20-50和20-15W-50(又名4060)。并参照SAE J1899技术规范，解决了低温启动和积炭问题，并制定GJB 1219A-2009《航空活塞式发动机润滑油规范》技术规范。

我国合成酯类航空润滑油研究较晚，在研究初期，参照俄罗斯(前苏联)ГОСТ 6457-66技术规范制定了GB 439-1990(2004)《航空喷气机润滑油》技术规范，其中涉及的8号航空润滑油与МС-8Л水平相当；1991年在美军标MIL-L-7808基础上制定了GJB 135-1986《4109合成航空润滑油》技术规范，并于1998年修订成GJB 135A-1998《合成航空润滑油规范》，并且规定4010和4109两种产品要按照其规范检验，其中4109航空润滑油质量水平接近ИПМ-10和50-1-4Ф，性能接近美军标MIL-L-7808H技术规范。规定的工型合成润滑油4010性能接近50-1-4У，与美军标MIL-L-7808J技术规范接近；参照美军标MIL-PRF-23699C技术规范制定了GJB 1263-1991《航空涡轮发动机用合成润滑油》技术规范，4106和4050两种产品按其进行检验。

3 结束语

航空发动机润滑油技术规范的发展与演变，反映了航空发动机对运行工况要求的日益提高，同时发动机的发展也促使着航空发动机润滑油和润滑油技术的完善与升级，从最初的矿物油到双酯类油再到多元醇酯并继续向前发展，但是目前军用飞机对多元醇酯性能的要求已经达到了极限，因此研制出具有更高温度下的热氧化安定性、低蒸发损失和高黏度指数的基础油尤为关键。同时也可以看出美军航空发动机润滑油在世界上占据着主导地位，我国技术规范制定也由最初参照俄罗斯(前苏联)技术规范转变为向美军技术规范学习。但是我国要建立具有自主特色的航空润滑油质量规范评价体系，不仅要吸收国外特色检测技术而且还要结合自身实际。为提升航空推进系统，20世纪末期美国提出了ATR计划和IHPTET计划[12]，为发展高性能的涡轮风扇发动机，中国也于2015年提出了《中国制造2025》[13]。军用飞机战斗能力的提升离不开发动机技术的提升，所以同时也应该加快航空发动机润滑油的质量升级和通用化、标准化质量体系的建立。