航空發(fā)動(dòng)機(jī)延壽技術(shù)展望

航空發(fā)動(dòng)機(jī)延壽技術(shù)，這一領(lǐng)域深深植根于零部件定壽

工作的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)之上，通過全面且多維度的分析手段，綜合

考量發(fā)動(dòng)機(jī)及其零部件在實(shí)際使用中的狀態(tài)，從而科學(xué)判斷

其壽命延長的可能性。此技術(shù)旨在延長發(fā)動(dòng)機(jī)的在翼時(shí)間，

有效減少維修頻次，進(jìn)而提升飛機(jī)的整體作戰(zhàn)效能，無疑是

現(xiàn)代航空技術(shù)體系中的一顆璀璨明珠。

一、國外航發(fā)制造巨頭主要延壽策略

國外先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商，對于發(fā)動(dòng)機(jī)壽命管理的

認(rèn)知?dú)v程，普遍經(jīng)歷了從失敗中汲取教訓(xùn)，再到不斷總結(jié)與

改進(jìn)的過程。他們不僅出臺(tái)了具有指導(dǎo)意義的文件來規(guī)范研

制階段的壽命管理，還從結(jié)構(gòu)完整性的角度出發(fā)，明確了延

壽的具體要求。隨著計(jì)算技術(shù)與傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，針

對現(xiàn)役航空發(fā)動(dòng)機(jī)，這些制造商通常采用健康管理手段實(shí)時(shí)

監(jiān)測關(guān)鍵部件的使用狀態(tài)，并通過抽檢的方式精確計(jì)算其剩

余壽命，從而實(shí)現(xiàn)對發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的有效延長。

（一）規(guī)范頂層文件壽命管理

美國在航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程中，曾一度因盲目追求高性

能而忽視了發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和耐久性，導(dǎo)致F-100發(fā)動(dòng)機(jī)在

實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)不佳。為扭轉(zhuǎn)這一局面，美國在總結(jié)前期經(jīng)

驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，于1984年推出了《發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)完整性大

綱》的第一版，并在此后進(jìn)行了兩次升級。同樣，英國也在

1987年頒布了《飛機(jī)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)通用規(guī)范》，并多次修

訂以完善其內(nèi)容。這兩份文件均從頂層設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，以

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的全生命周期管理為核心理念，對發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命

管理提出了嚴(yán)格而具體的要求，旨在延長其使用壽命，降低

全生命周期成本，同時(shí)確保發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)安全。

（二）應(yīng)用健康管理提高壽命利用

當(dāng)前，國際先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)告別了傳統(tǒng)的定

時(shí)大修模式，轉(zhuǎn)而采用基于狀態(tài)的維修模式。這一模式的核

心在于通過健康管理系統(tǒng)對發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命進(jìn)行科學(xué)管理，包

括關(guān)鍵部件的使用壽命監(jiān)控、壽命消耗計(jì)算、剩余壽命預(yù)測

以及延壽控制等。在這一過程中，模型和基于模型的算法發(fā)

揮著至關(guān)重要的作用。例如，F(xiàn)-117-PW-100發(fā)動(dòng)機(jī)采用了

概率壽命模型，利用傳感器數(shù)據(jù)和預(yù)測模型參數(shù)精準(zhǔn)計(jì)算關(guān)

鍵部件的剩余壽命；而F-119發(fā)動(dòng)機(jī)則實(shí)施了基于使用情況

的壽命監(jiān)測計(jì)劃，通過實(shí)時(shí)收集和分析關(guān)鍵部件的數(shù)據(jù)，結(jié)

合假設(shè)任務(wù)，對發(fā)動(dòng)機(jī)的全生命周期進(jìn)行充分評估，以實(shí)現(xiàn)

壽命的最大化利用。此外，羅羅公司正在積極探索數(shù)字李生

技術(shù)，通過創(chuàng)建發(fā)動(dòng)機(jī)的虛擬數(shù)字模型，結(jié)合傳感器反饋和

歷史數(shù)據(jù)，對發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)測，從而

提前制定維護(hù)計(jì)劃，延長發(fā)動(dòng)機(jī)壽命。

（三）延長翻修間隔挖掘潛在壽命

在美國，航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商普遍采用單元體或大部件的

壽命管理機(jī)制，只規(guī)定關(guān)鍵部件及單元體或大部件的壽命,

而不設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)的總壽命。因此，美國軍用發(fā)動(dòng)機(jī)通常能夠

達(dá)到數(shù)千小時(shí)的實(shí)際使用壽命。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，美國廣泛

采用抽檢延壽法來延長發(fā)動(dòng)機(jī)的翻修間隔。這一方法通過對

發(fā)動(dòng)機(jī)、單元體知附件進(jìn)行細(xì)致的評估檢查，并利用先進(jìn)的

工具如XactLIFETM等，基于實(shí)際的工作條件和飛行任務(wù)，精

確估算關(guān)鍵部件的剩余壽命。在確保關(guān)鍵部件具有足夠剩余

壽命的前提下，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用情況和跟蹤記錄，逐步延

長其翻修間隔，從而有效延長發(fā)動(dòng)機(jī)的整體壽命。

二、先進(jìn)制造商主要延壽技術(shù)

合理定壽不僅是延長航空發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的基礎(chǔ)，同時(shí)也是

一種至關(guān)重要的延壽技術(shù)。先進(jìn)制造商通過采用損傷容限技

術(shù)，深入挖掘發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件的潛在壽命，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)

壽命的顯著延長。此外，他們還充分利用先進(jìn)技術(shù)來進(jìn)一步

延長發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命，其中最常用的方法包括結(jié)構(gòu)改進(jìn)和先進(jìn)

材料的應(yīng)用。

(-)損傷容限技術(shù)延長關(guān)鍵件壽命

定壽的合理性對于發(fā)動(dòng)機(jī)的可用性和經(jīng)濟(jì)性具有至關(guān)

重要的影響。國外航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商從20世紀(jì)50年代開始

便采用安全壽命定壽法來確定發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。然而，隨著對

航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)和渦輪盤等關(guān)鍵部件壽命研究的深入，美

國軍方逐漸認(rèn)識(shí)到到壽報(bào)廢的做法未能充分發(fā)揮零件的潛

在壽命。因此，損傷容限的概念應(yīng)運(yùn)而生。這一方法認(rèn)為關(guān)

鍵部件可以存在一定的裂紋或缺陷，并通過先進(jìn)的應(yīng)力分析

法和斷裂力學(xué)方法來研究確定其壽命。相較于安全壽命定壽

法，損傷容限定壽法能夠更充分地挖掘發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件的潛

在壽命。而無損檢測技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)損傷容限分析的關(guān)鍵手段,

其靈敏度和準(zhǔn)確性對于確保定壽結(jié)果的可靠性至關(guān)重要。目

三、我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)延壽技術(shù)現(xiàn)狀

我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷程經(jīng)歷了引進(jìn)、仿制和自主研

發(fā)三個(gè)階段。目前，我國采用翻修壽命和總壽命等指標(biāo)來控

制發(fā)動(dòng)機(jī)的使用，并通過關(guān)鍵零部件壽命研究、整機(jī)臺(tái)架試

車和領(lǐng)先使用等方法來實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的定壽和延壽。

（一）基于安全壽命法的延壽

在我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的早期階段，主要采用翻修壽命

和總壽命等指標(biāo)來控制發(fā)動(dòng)機(jī)的使用。由于當(dāng)時(shí)給定的壽命

相對較短且存在較大的壽命潛力，因此我國采用了“整機(jī)長

試+外場領(lǐng)先使用”的方法來延長發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。這一方法

通過結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際使用數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場可靠性指標(biāo)的綜

合評定等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了對發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的有效延長。隨著

技術(shù)的不斷進(jìn)步和經(jīng)驗(yàn)的積累，我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)延壽的方法

也逐漸豐富和完善。除了繼續(xù)采用“整機(jī)臺(tái)架試車+外場領(lǐng)

先使用”的方法外，還通過主要零部件的改進(jìn)、修理工藝及

加工工藝的優(yōu)化以及試驗(yàn)及整機(jī)模擬長試等方法來進(jìn)一步

延長發(fā)動(dòng)機(jī)的整體壽命。

（二）融合損傷容限法的延壽

隨著我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制能力的不斷提升，其壽命控制

手段也經(jīng)歷了顯著的變化。目前，我國已開始采用“整機(jī)壽

命+大部件翻修壽命+旋轉(zhuǎn)關(guān)鍵件安全循環(huán)壽命”的壽命控

制方法。其中，整機(jī)壽命的評定采用“領(lǐng)先使用、分階段綜

合評估”的方法。即在零部件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過先鋒批發(fā)

動(dòng)機(jī)的分階段領(lǐng)先使用、檢查評估以及逐步放行等步驟來給

出發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，并在此過程中通過逐步放行來延長發(fā)

動(dòng)機(jī)的使用壽命。這一方法不僅提高了發(fā)動(dòng)機(jī)壽命評定的準(zhǔn)

確性，還為其后續(xù)的延壽工作提供了有力的支持。

四、未來展望

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的延壽與定壽是一個(gè)不可分割的整體。國內(nèi)

外在這一領(lǐng)域開展了大量的工作，從最初的限定壽命到當(dāng)前

的健康監(jiān)測，一直在不斷探索新技術(shù)以延長發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽

命并最大化其效能。隨著智能化和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的不斷發(fā)展

和應(yīng)用，航空發(fā)動(dòng)機(jī)延壽技術(shù)未來必將發(fā)揮更加重要的作用。

通過對國外先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商定壽策略和技術(shù)的

深入分析，我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)延壽工作可以從以下幾個(gè)方面著

手進(jìn)行：

（一）完善文件體系，指導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命管理

我國現(xiàn)行的《航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)完整性指南》頒布于1997

年，雖然經(jīng)過多年的發(fā)展，我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分

析、定型和生產(chǎn)技術(shù)都取得了顯著的進(jìn)步，但這一頂層指導(dǎo)

文件并未得到及時(shí)的更新和完善。因此，我們應(yīng)當(dāng)充分總結(jié)

當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、使用和管理中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對頂層文件進(jìn)

行修訂和完善，以使其更加符合當(dāng)前的實(shí)際需求并具備更強(qiáng)

的指導(dǎo)意義。

（二）堅(jiān)持?jǐn)?shù)據(jù)為本，確定和延長發(fā)動(dòng)機(jī)壽命

真實(shí)、可靠的數(shù)據(jù)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)延壽的基礎(chǔ)。在研發(fā)階

段，我們應(yīng)深入開展強(qiáng)度、振動(dòng)、疲勞和損傷容限設(shè)計(jì)等工

作，準(zhǔn)確分析和確定零部件的壽命；在制造階段，通過發(fā)動(dòng)

機(jī)循環(huán)試驗(yàn)、零件疲勞試驗(yàn)和臺(tái)架試車等數(shù)據(jù)來驗(yàn)證零部件

的使用壽命；在使用階段，及時(shí)反饋外場故障信息并開展故

障研究，形成體系化的故障與分析數(shù)據(jù)庫。通過對“研發(fā)-制

造-使用”全生命周期的數(shù)據(jù)管理，為發(fā)動(dòng)機(jī)的延壽提供科

學(xué)有效的數(shù)據(jù)支撐。

（三）開展技術(shù)研究，延長關(guān)鍵件的使用壽命

為了進(jìn)一步提升關(guān)鍵部件的使用壽命，我們需要從多個(gè)

方面入手開展技術(shù)研究。一是加強(qiáng)基礎(chǔ)試驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)，提高

關(guān)鍵部件壽命分析的準(zhǔn)確性；二是開展表面強(qiáng)化技術(shù)研究如

激光沖擊強(qiáng)化等，以提高壽命控制件的蠕變性和疲勞性能;

三是深入研究先進(jìn)防護(hù)涂層及噴涂技術(shù)以提高零件的抗氧

化、抗腐蝕和耐磨損性能；四是加大復(fù)合材料與制造技術(shù)的

研發(fā)力度以延長零件本身的使用壽命。

（四）發(fā)展健康管理，