唐 偉 劉啟國 汪 東

（1.中航工業(yè)綜合技術研究所，北京 100028；2.沈陽發(fā)動機設計研究所，遼寧 沈陽 110015）

隨著航空技術的發(fā)展，軍用運輸機的飛行速度和運載能力不斷提高，起飛和著陸滑跑距離愈來愈長。為減小著陸滑跑距離和處理起飛/降落時遇到的各種緊急情況，現代軍用運輸機通常需要配備可靠而有效的減速裝置。與機輪剎車、飛機氣動減速相比，反推力裝置減速具有可顯著縮短飛機著陸滑跑距離，減速平穩(wěn)，制動效果不因跑道濕滑而受影響，并可保持減速效率直至飛機速度為零，同時還可用于緊急停止滑跑起飛等優(yōu)點。目前，反推力裝置已成為大涵道比渦扇發(fā)動機的常備裝置，具有重大的經濟及軍事效益。

反推力裝置通用規(guī)范既是反推力裝置研制、考核和驗收的重要依據，又是確保其質量穩(wěn)定性和降低研制風險的重要保障。在目前我國對軍用發(fā)動機反推力裝置研制需求極端迫切的背景下，系統(tǒng)地分析反推力裝置的技術資料，確立其通用規(guī)范的技術要素和技術內容將對反推力裝置的研制和考核具有深遠意義。本文將從技術和標準兩個維度探討軍用反推力裝置通用規(guī)范技術要素的確定方法，以實現與GJB 241A-2010《航空渦輪噴氣和渦輪風扇發(fā)動機通用規(guī)范》、GJB 2187-1994《飛機推進系統(tǒng)通用規(guī)范》等上層標準的對接和細化，達到國外先進標準技術水平，為我國軍用航空發(fā)動機反推力裝置通用規(guī)范的制定提供參考。

1 國內外發(fā)展現狀

1.1 技術發(fā)展現狀

經過半個多世紀的發(fā)展，國外已成功研制出抓斗式、葉柵式、折流板式等傳統(tǒng)的反推力裝置，無阻流器、機翼安裝式等新型反推力裝置也處于研究之中。20世紀50年代初，反推力裝置首次出現，其結構形式為簡單、笨重的抓斗式，主要用于軍用戰(zhàn)斗機，其目的是提高飛機的機動能力，例如采用渦噴發(fā)動機的“獵人”戰(zhàn)斗機。隨后，反推力裝置逐漸應用于“彗星”、“快帆”、波音707等中小型民用客機。70年代以后，反推力裝置開始廣泛應用于波音、空客等大型民用客機。與軍用戰(zhàn)斗機相比，這些民用客機對反推力裝置的性能、重量、安全性、可靠性以及與飛機/發(fā)動機的匹配性提出了更高的要求。80年代以前，反推力裝置主要應用于渦噴發(fā)動機和小涵道比渦扇發(fā)動機，其結構形式多為抓斗式，反推力效率較低。80年代以后，反推力裝置主要應用于大中型民用客機和軍用運輸機的大涵道比渦扇發(fā)動機，其結構形式多為葉柵式，具有集成度高、重量輕、可靠性高等優(yōu)點，例如裝備PW 2040渦扇發(fā)動機的C-17軍用運輸機。為進一步減輕重量，提高經濟性，國外從90年代起開始轉向研制可靠性更高、結構更緊湊、效率更高的新型反推力裝置。

國內反推力裝置的研制起步很晚，早期僅進行過數值模擬及模型試驗等基礎研究，對反推力裝置的工程設計和試驗技術掌握甚少。雖然近年來開始了葉柵式反推力裝置的研制，取得了豐富的工程實踐經驗，但尚未完成一個完整的研制、考核和驗收流程，仍存在部分關鍵技術尚需突破，而且其它結構類型反推力裝置的研制還有待進一步發(fā)展。

1.2 標準發(fā)展現狀

國外發(fā)動機通用規(guī)范、適航條例均對反推力裝置提出了相關要求。以美軍標航空發(fā)動機通用規(guī)范中反推力要求演變?yōu)槔ㄒ姳?），美軍在1951年頒布的MIL-E-5007A《航空渦噴發(fā)動機通用規(guī)范》（簡稱“5007A”，其余同）中，未提及反推力裝置相關的任何要求，這是因為當時反推力技術還不成熟，反推力裝置還沒有得到應用。隨著反推力裝置的逐步應用，在美軍1959年頒布的5007B中，已明確規(guī)定了發(fā)動機從最大推力狀態(tài)和慢車狀態(tài)向最大反推力狀態(tài)的過渡時間。由于航空推進技術的飛速發(fā)展，在美軍1965年頒布的5007C《航空渦噴和渦扇發(fā)動機通用規(guī)范》中，將發(fā)動機從慢車過渡到最大反推力的高度條件從5007B要求的6 000ft提高到了10 000ft。在美軍隨后頒布的5007D、5007E和5007F中，出現了反推力系統(tǒng)的概念，并對反推力裝置打開/關閉時間、控制、壽命、安裝界面、安全性等提出了要求。美軍2004年頒布的JSSG 2007A《航空渦輪發(fā)動機》還對反推力效率、振動、鎖定、指示等提出了要求。以上表明，反推力技術的發(fā)展和使用經驗的積累，發(fā)動機通用規(guī)范中的反推力裝置相關要求也在不斷完善和進步。

在反推力裝置行業(yè)標準方面，俄羅斯1982年發(fā)布的OCT1 01040《航空燃氣渦輪發(fā)動機反推力裝置通用技術要求》對反推力裝置的結構，控制、鎖定和信號系統(tǒng)，使用特性和標準、可靠性、使用條件、試驗范圍等提出非常詳細的要求，可操作性較強。由于技術封鎖等原因，尚未獲得美國的反推力裝置行業(yè)標準或企業(yè)標準。除此之外，FAR 33《航空發(fā)動機適航標準》、CS-E《發(fā)動機合格證規(guī)范》等適航條例也對反推力裝置提出嚴格要求。

國內反推力裝置的研制缺乏相關詳細規(guī)范來指導和約束設計，目前僅在GJB 241-1987及其修訂版GJB 241A-2010以及GJB 2187-1994和CCAR 33《航空發(fā)動機適航規(guī)定》中涉及到了反推力裝置的頂層要求。由于這些發(fā)動機通用規(guī)范和適航條例分別參考了美國MIL-E-5007系列規(guī)范和FAR 33的技術內容，且僅是反推力裝置研制和考核的頂層要求，尚需對這些發(fā)動機頂層標準中的反推力裝置相關要求進行分解和細化，形成指導性、實用性更強的通用規(guī)范，才能滿足型號研制和考核需求。

表1 美軍標航空發(fā)動機通用規(guī)范中反推力裝置相關要求的演變情況

2 技術要素的確定方法

為保證技術內容的全面性、準確性和協(xié)調性，宜從技術和標準兩個維度來從相關資料中歸納、分解和提煉反推力裝置通用規(guī)范的技術要素。具體思路如圖1所示。

從技術層面看，首先應對標準化對象的結構形式及特點進行綜合分析，獲得不同結構類型反推力裝置在連接界面、結構、氣動布局、操縱性等要求上的異同點，以此確立通用規(guī)范的適用范圍。其次，型號研制中的研制要求、型號規(guī)范、技術方案、設計要求、試驗大綱等文件中的相關技術要求和試驗數據均已通過工程驗證，是確立反推力裝置通用規(guī)范技術要素重要的和可靠的技術依據，利用標準化原理進行歸納和提取，最終獲得通用規(guī)范的技術要素和技術要求。另外，發(fā)動機和飛機的設計手冊作為型號研制的參考，這些手冊中與反推力裝置相關的內容具有一定的通用性，故它們也是通用規(guī)范技術要素的重要來源。最后，在確定通用規(guī)范的技術內容時，還須根據反推力裝置在以往飛行中出現過的失效教訓來對標準條文進行補充和優(yōu)化。

從標準層面看，發(fā)動機頂層標準、反推力裝置行業(yè)標準和企業(yè)標準對反推力裝置的要求是逐級向下傳遞的，貫穿于要求輸入到產品實現全過程。反推力裝置通用規(guī)范應首先遵循GJB 241A-2010、GJB 2187-1994等發(fā)動機頂層標準的要求，避免不協(xié)調現象發(fā)生。其次，由于我國反推力裝置研制起步較晚，相關研制經驗和成果不夠豐富，還未正式發(fā)布行業(yè)標準，無法對通用規(guī)范技術要素的確定提供參考。此時應充分借鑒國外反推力裝置行業(yè)標準（例如OCT1 01040），并結合發(fā)動機型號反推力裝置的實際研制經驗來確定技術要素。最后，利用標準化原理對從技術和標準兩個維度形成的技術要素進行綜合集成，并根據GJB 0.2-2001《軍用標準文件編制工作導則 第2部分：軍用規(guī)范編寫規(guī)定》的相關規(guī)定，形成軍用發(fā)動機反推力裝置通用規(guī)范的技術要素。

圖1 軍用反推力裝置通用規(guī)范技術要素的確定思路

3 重點技術內容分析

根據上述方法，軍用發(fā)動機反推力裝置通用規(guī)范的技術要素包括性能、保障性、可靠性、維修性、環(huán)境適應性、運輸性、材料、設計與結構、測試性、電磁兼容性、互換性、安全性、接口、尺寸、重量、顏色、標準零部件、標志和代號、外觀質量等要素以及與之對應的驗證要求。限于篇幅，本文僅對性能、環(huán)境適應性、可靠性、維修性、安全性等重點技術要求以及零部件專項試驗、與發(fā)動機匹配試驗、高空臺試驗、飛行試驗等重點試驗進行分析。

3.1 重點技術要求

3.1.1 性能

在工作包線范圍內，反推力裝置應能在正常著陸、危急著陸和中斷起飛條件下使用。在正常著陸條件下，反推力裝置通常僅使用到規(guī)定的飛機臨界滑跑速度。若小于此速度，則發(fā)動機可能會因吸入反推氣流而出現不穩(wěn)定工作現象，同時還可能吸入地面砂石等異物而損傷葉片。在危急著陸和中斷起飛條件下，反推力裝置應具有可使用到飛機完全停住為止的能力，只要發(fā)動機的喘振不造成飛機和人員的極端危險情況，則可以使用到飛機速度為零。

由于反推力裝置是飛機和發(fā)動機的可選裝置，要求與發(fā)動機和飛機之間具有良好的匹配性，對發(fā)動機和飛機的氣動、結構、操縱等影響最小。另外，為保證反推力裝置的結構完整性，還須對反推力裝置使用壽命、強度等提出要求。綜上所述，通用規(guī)范應對反推力裝置的最大反推力、反推力效率、打開/關閉時間、推力瞬變時間、最大連續(xù)工作時間、臨界滑跑速度、發(fā)動機性能（推力、耗油率）損失限制值、氣動穩(wěn)定性裕度（低壓轉子共同工作線偏移系數、風扇后總壓脈動值）、壽命、靜強度安全系數等指標提出要求。

3.1.2 環(huán)境適應性

對于軍用運輸機，反推力裝置一般安裝在發(fā)動機短艙上，其結構和子系統(tǒng)面臨各種大氣環(huán)境和使用環(huán)境。研制時，如果未考慮到這些環(huán)境條件的嚴酷性及其對反推力裝置可能產生的影響，那么可能出現設計盲區(qū)，導致設計缺陷，嚴重影響反推力裝置的使用壽命、可靠性和安全性，因此須根據GJB 150A-2009《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法》的規(guī)定，針對反推力裝置在使用、運輸、貯存過程中可能遭遇的自然環(huán)境和誘發(fā)環(huán)境，提出高溫、低溫、溫度沖擊、淋雨、濕熱、霉菌、鹽霧、砂塵、加速度、振動、沖擊等環(huán)境適應性要求。

3.1.3 可靠性

反推力裝置發(fā)生故障、構件損傷或斷裂、控制系統(tǒng)發(fā)生故障和附件失靈都不允許破壞發(fā)動機的工作能力。為提高反推力裝置的可靠性，在設計過程中應盡量采用成熟技術，嚴格控制新技術和新材料的應用比例。同時，應按照GJB 450A-2004《裝備可靠性工作通用要求》的規(guī)定開展可靠性工作，并以整個研制過程中的相關數據進行可靠性統(tǒng)計和評估。通用規(guī)范應對反推力裝置設計定型時和成熟期的平均故障間隔時間（MTBF）等指標提出要求。

3.1.4 維修性

維修性與反推力裝置的經濟性直接相關，從設計開始就應該考慮反推力裝置的維修性要求。原則上，反推力裝置應設計成單元體，在不需要過多地拆卸自身構件的條件下，就能將反推力裝置從發(fā)動機或飛機上安裝或拆卸。為便于維修，還應設置專門的觀察孔或艙口，以便對負載嚴重的零件進行檢查，同時還應該將易更換的附件置于維修人員易接近的位置。通用規(guī)范應對反推力裝置的每飛行小時直接維修工時、平均修復時間（MTTR）、外場可更換組件平均更換時間等指標提出要求。

3.1.5 安全性

運動機構斷裂、控制系統(tǒng)附件失靈等都可能引起反推力裝置失效，導致災難性事故。其中，最嚴重的失效是著陸時需要打開而未能打開，在空中飛行時不需要打開而意外打開。例如，2006年俄羅斯西伯利亞航空公司一架A310-300雙發(fā)客機著陸時，由于左側發(fā)動機反推力裝置未能打開而沖出跑道撞毀；1991年奧地利勞達航空公司一架波音-767客機在空中巡航時，由于一號發(fā)動機反推力裝置意外打開而引起飛機空中解體爆炸。因此，研制時，應按規(guī)定開展安全性設計、分析與評估，從反推力裝置的結構、控制等方面的安全性提出要求，并對各類故障發(fā)生的概率提出定量要求。

3.2 重點試驗項目

3.2.1 零部件專項試驗

在反推力裝置研制初期，需進行大量的零部件專項試驗，以考核反推力裝置的功能、性能、強度、壽命、安全性是否滿足研制要求。通用規(guī)范應對機構運動和鎖定功能試驗、靜力試驗、循環(huán)加載試驗、驅動功率試驗等試驗提出要求。

3.2.2 與發(fā)動機匹配試驗

反推力裝置零部件的性能、功能滿足要求后，需在發(fā)動機真實環(huán)境下對整個反推力裝置的功能、性能、強度、壽命、安全性、可靠性等進行考核，驗證零部件之間工作的協(xié)調性以及反推力裝置與發(fā)動機之間的匹配性。通用規(guī)范應對整機環(huán)境功能試驗、整機環(huán)境性能試驗、氣動穩(wěn)定影響試驗、臺架狀態(tài)溫度應力測量、正推力狀態(tài)試車、推力瞬變試車、持久試驗、模擬故障試驗等試驗提出要求。

3.2.3 高空臺試驗

為確保反推力裝置在空中飛行時對發(fā)動機的性能影響最小，要求在模擬高空真實環(huán)境下隨發(fā)動機整機一起對反推力裝置進行高空臺試驗，驗證反推力裝置在高空條件下與發(fā)動機的匹配性（推力損失、耗油率增加）是否滿足要求。

3.2.4 飛行試驗

通過所有地面試驗后，還需在真實飛行環(huán)境以及飛機和發(fā)動機的安裝環(huán)境中對反推力裝置的性能、功能、結構強度、安全性、可靠性等進行考核，驗證最終使用效果是否滿足研制要求。通用規(guī)范應對功能試驗、匹配性試驗、臨界滑跑速度試驗、效率對比試驗等試驗提出要求。

4 結論

反推力裝置是軍用運輸機發(fā)動機的常備裝置，通用規(guī)范對其研制和考核至關重要。本文基于反推力裝置國內外技術和標準發(fā)展現狀的分析，軍用反推力裝置通用規(guī)范技術要素確定方法的探討及重點技術內容的分析，認為應基于技術和標準兩個維度來確定軍用反推力裝置通用規(guī)范的技術要素，從發(fā)動機頂層標準，反推力裝置行業(yè)標準、企業(yè)標準以及型號研制經驗、技術手冊、失效教訓等資料中提取技術要素，利用標準化原理對這些技術要素進行綜合集成，形成協(xié)調、科學、適用的軍用反推力裝置通用規(guī)范，滿足發(fā)動機型號反推力裝置研制的需求。