于宏軍 朱　瑾

（中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所，北京　100028）

基于單元體設(shè)計的航空渦扇發(fā)動機裝配標(biāo)準(zhǔn)研究

于宏軍 朱瑾

（中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所，北京100028）

針對目前航空發(fā)動機在裝配過程中裝配標(biāo)準(zhǔn)缺失的問題，在對傳統(tǒng)航空發(fā)動機和基于單元體設(shè)計的航空渦扇發(fā)動機的裝配流程進行對比分析的基礎(chǔ)上，給出基于單元體設(shè)計的航空渦扇發(fā)動機裝配過程中需要采用的裝配過程標(biāo)準(zhǔn)、工藝方法標(biāo)準(zhǔn)、檢測方法標(biāo)準(zhǔn)、工裝及設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容，并對航空發(fā)動機裝配標(biāo)準(zhǔn)編制工作開展提出了建議。

航空；渦扇發(fā)動機；裝配標(biāo)準(zhǔn)；研究

［DOI編碼］ 10.13237/j.cnki.asq.2016.04.001

航空發(fā)動機裝配是根據(jù)尺寸協(xié)調(diào)原則，按設(shè)計圖樣、技術(shù)文件、工藝規(guī)程要求，采用裝配工具、工裝和設(shè)備等將發(fā)動機零件或組件按照技術(shù)要求進行組合、連接，形成更高一級的裝配件或發(fā)動機整機的過程。航空發(fā)動機在裝配過程中要將數(shù)千或上萬個零件組合在一起，除了要保證精密配合和牢固連接，良好的機件表面完整性，高的同心度、同軸度，精密和穩(wěn)定的轉(zhuǎn)、靜子間隙匹配外，還要滿足高速轉(zhuǎn)動件的良好平衡，大功率傳動件傳動的平穩(wěn)可靠以及各復(fù)雜系統(tǒng)的良好匹配和特性，更要保證各種附件和管線在抗震、防震、防磨、絕緣、搭鐵上的嚴(yán)格要求，整個過程極其復(fù)雜。

航空發(fā)動機的結(jié)構(gòu)特征在很大程度上決定著裝配工藝過程的特征，而先進的裝配工藝是解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)問題的裝配，滿足復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)要求和提高勞動生產(chǎn)率的重要保證。航空發(fā)動機的裝配是整個發(fā)動機制造過程的龍頭，涉及發(fā)動機設(shè)計、工藝計劃、零件生產(chǎn)、部件裝配和全機對接總裝的全部過程，囊括了自動化鉚接、先進定位裝配等技術(shù)。裝配標(biāo)準(zhǔn)則是運用裝配技術(shù)滿足裝配要求的關(guān)鍵，但目前，航空發(fā)動機裝配相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，特別是裝配過程標(biāo)準(zhǔn)極度匱乏，造成了航空發(fā)動機各單位裝配質(zhì)量差異，對于航空發(fā)動機型號裝配質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。

1　航空發(fā)動機裝配流程

航空發(fā)動機要求高推重比和大推力（功率），因而空氣壓力比、燃?xì)鉁囟群蜋C械轉(zhuǎn)速都較高，結(jié)構(gòu)上一般有1至3個同心轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子，具有各種復(fù)雜的控制功能及高可靠性、維修性和持久性，這些都使得發(fā)動機的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量要求嚴(yán)格。航空發(fā)動機裝配技術(shù)是航空發(fā)動機制造技術(shù)的組成部分，裝配工作是發(fā)動機制造過程中的后期工序，在整個生產(chǎn)過程中占有十分重要的位置，是一個獨立的生產(chǎn)階段［1］。

對于非單元體設(shè)計航空發(fā)動機，裝配工藝主要包括裝配、拆卸、分解、檢查等過程，其中，裝配過程又可包括部、組件裝配、整機裝配等步驟，典型裝配流程如圖1所示。

對于現(xiàn)代先進航空發(fā)動機，由于對性能、維護性和維修性要求越來越高，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)也愈發(fā)復(fù)雜，給發(fā)動機裝配、分解、貯存、運輸以及后續(xù)維修帶來了諸多問題，現(xiàn)代先進航空發(fā)動機已經(jīng)愈來愈多地采用單元體設(shè)計，在提高發(fā)動機裝配和分解效率的同時，減少發(fā)動機修理維護成本，以降低其全壽命周期費用。但是，采用單元體設(shè)計方法也進一步提高了對單元體裝配互換性、內(nèi)部檢測和試驗方法的要求。

圖1　典型航空發(fā)動機裝配流程

對于非單元體設(shè)計的傳統(tǒng)航空發(fā)動機，按照功能、作用劃分的結(jié)構(gòu)部件不一定都是裝配工藝部件，如壓氣機、渦輪既不是裝配工藝部件，也不是工藝裝配單元，而有些結(jié)構(gòu)部、組件就是裝配工藝部、組件或工藝裝配單元，如附件傳動機匣等。而對于采用單元體設(shè)計的航空渦扇發(fā)動機，在裝配過程中，單元體就是獨立的工藝裝配單元，直接參與發(fā)動機裝配，這也是其與傳統(tǒng)航空發(fā)動機在裝配方面最主要的區(qū)別，典型裝配流程如圖2所示。

圖2　基于單元體設(shè)計的航空渦扇發(fā)動機典型裝配流程

上述裝配流程中主要包括以下內(nèi)容：

● 維修單元體裝配。主要是將零件、組件按照正確的相對位置、規(guī)定的精度與配合，通過可靠的聯(lián)接裝配成軸承支點、中介機匣、壓氣機、燃燒室等維修單元體。

● 主單元體裝配。將維修單元體進行組裝，完成風(fēng)扇/增壓級、核心機、低壓渦輪和附件傳動裝置等主單元體的安裝、連接及安裝過程中支點同心度和轉(zhuǎn)子軸向活動量的測量，轉(zhuǎn)子、靜子機匣之間間隙的測量和調(diào)整等。

● 整機裝配。將各主單元體進行連接，并完成外部涵道、組件（附件傳動機匣、擴散器、噴口等）、外部管路系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、調(diào)節(jié)和操縱系統(tǒng)及附件的安裝、連接、調(diào)整和試驗，形成完整的航空渦扇發(fā)動機。

● 發(fā)動機試車。航空發(fā)動機裝配完成后，為磨合發(fā)動機零、部件，檢查各附件工作情況和裝配質(zhì)量，以及按技術(shù)條件調(diào)整性能參數(shù)，應(yīng)進行發(fā)動機試車。

● 發(fā)動機拆卸、分解和檢查。航空發(fā)動機在進行試車過程中或過程后出現(xiàn)需要分解檢查和排除故障時應(yīng)進行拆卸、分解和檢查，一般包括高壓及低壓渦輪滾子軸承徑向活動量、高壓及低壓壓氣機轉(zhuǎn)子軸承徑向活動量、低壓壓氣機轉(zhuǎn)子葉片活動量、封嚴(yán)圈間隙測量以及零組件外部檢視等內(nèi)容。

2　航空發(fā)動機裝配技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

目前，我國航空發(fā)動機裝配工作面臨的問題，除了由于航空發(fā)動機自身構(gòu)造復(fù)雜造成裝配工序繁復(fù)而引起的技術(shù)問題，以及由于對裝配過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題查找原因及試驗驗證困難引起的技術(shù)問題，還有由于在裝配過程中暴露的問題導(dǎo)致設(shè)計和工藝頻繁更改而引發(fā)的技術(shù)狀態(tài)管理問題，發(fā)動機裝配操作人員水平造成的質(zhì)量監(jiān)督管理問題等等。這些問題與近年來外場頻繁發(fā)生的由于航空發(fā)動機故障引起的事故暴露了一系列的質(zhì)量問題，這雖然與我國目前在航空發(fā)動機裝配過程中存在的進度要求過緊、裝配車間自動化程度較低等實際困難有很大關(guān)系，但也與裝配工藝標(biāo)準(zhǔn)的缺失有直接關(guān)聯(lián)。

航空發(fā)動機的裝配是一個龐大的系統(tǒng)工程，涉及裝配工藝方法、檢測方法、工裝、設(shè)備、人員、安全等眾多專業(yè)，且與其他機械設(shè)備相比，航空發(fā)動機裝配中使用的工藝設(shè)備、工裝夾具數(shù)量更多，在新機研制階段，專用工裝甚至可以達(dá)到1 000件/套以上。但目前，我國國家軍用標(biāo)準(zhǔn)和航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中只有部分針對通用裝配工藝方法、設(shè)備、工裝的標(biāo)準(zhǔn)，如HB/Z 121-1987《航空發(fā)動機螺紋緊固件裝配要求》等，對于裝配過程、工藝方法、專用工具、設(shè)備等，大多以企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、工藝規(guī)程、程序文件的形式存在于各個發(fā)動機廠所，而各廠所主要依據(jù)各自的裝配能力編制相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對于同一標(biāo)準(zhǔn)化對象，標(biāo)準(zhǔn)要素及要求各不相同，某個單位的標(biāo)準(zhǔn)無法直接在行業(yè)內(nèi)推廣使用，這就造成了各個單位裝配質(zhì)量的差異，對于航空發(fā)動機型號裝配質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。

我國現(xiàn)行研制的發(fā)動機均是多流水制造，涉及多個制造單位，由于沒有統(tǒng)一的裝配操作過程標(biāo)準(zhǔn)、工藝方法標(biāo)準(zhǔn)、檢測方法標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)對發(fā)動機的裝配工作進行規(guī)范管理，針對同一部件在不同單位采用不同的裝配方法進行組裝，在試驗調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)兩部件性能差異較大，會對整機裝配后的航空發(fā)動機性能產(chǎn)生較大影響。

綜上可知，統(tǒng)一的裝配操作過程標(biāo)準(zhǔn)、工藝方法標(biāo)準(zhǔn)、檢測方法標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的編制可以有效規(guī)范航空發(fā)動機裝配工作，最大程度上減小由于流程、設(shè)備、方法的不同導(dǎo)致的裝配差異，同時，裝配操作過程標(biāo)準(zhǔn)的編制還可為設(shè)計部門裝配要求的提出提供依據(jù)。

3　基于單元體設(shè)計的航空渦扇發(fā)動機裝配標(biāo)準(zhǔn)

為解決上述問題，需要從航空發(fā)動機裝配流程入手，同時運用標(biāo)準(zhǔn)化原理與方法，首先將裝配標(biāo)準(zhǔn)劃分層級，使其形成關(guān)系清晰、合理的有機整體，在此基礎(chǔ)上，再對現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)進行整合，并對缺項標(biāo)準(zhǔn)進行編制，使目前航空發(fā)動機裝配標(biāo)準(zhǔn)不成體系且缺項嚴(yán)重的現(xiàn)狀得到逐步改善。

按照圖2，對于采用單元體設(shè)計的航空渦扇發(fā)動機，其裝配流程可主要劃分為維修單元體裝配，主單元體裝配，整機裝配，試驗，以及發(fā)動機拆卸、分解、檢查5大過程，其中發(fā)動機拆卸、分解、檢查過程中涉及的操作過程標(biāo)準(zhǔn)可分解到各維修單元體和主單元體標(biāo)準(zhǔn)中。同時，由于相同的工藝方法、檢測方法、工裝及設(shè)備可能會在多個過程中使用，可將其通用部分進行提煉，形成獨立的標(biāo)準(zhǔn)。通過以上分析，可將圖2中裝配流程所涉及的標(biāo)準(zhǔn)劃分為5大類，其相互關(guān)系如圖3所示。

為確保航空發(fā)動機裝配標(biāo)準(zhǔn)能夠形成關(guān)系清晰、合理的有機整體，應(yīng)清晰劃分出各類裝配標(biāo)準(zhǔn)間的界面，表1中給出了基于單元體設(shè)計的航空渦扇發(fā)動機裝配過程標(biāo)準(zhǔn)、工藝方法標(biāo)準(zhǔn)、檢測方法標(biāo)準(zhǔn)、工裝及設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容，為現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)整合及新標(biāo)準(zhǔn)編制提供支撐。

圖3　基于單元體設(shè)計的航空渦扇發(fā)動機裝配標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系

表1　基于單元體設(shè)計的航空渦扇發(fā)動機裝配標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

4　結(jié)束語

由于裝配質(zhì)量將直接影響到航空發(fā)動機的性能、壽命及工作可靠性，因此航空發(fā)動機裝配是保證發(fā)動機各裝配件和整機使用性能的關(guān)鍵技術(shù)，也是航空發(fā)動機產(chǎn)品質(zhì)量必須控制的重要環(huán)節(jié)。隨著轉(zhuǎn)子組合件同心度控制技術(shù)、精密流量和密封性檢測技術(shù)、用于狹小空間使用的幾何可調(diào)精密工裝設(shè)計制造技術(shù)等航空發(fā)動機裝配關(guān)鍵技術(shù)的不斷突破和應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一和規(guī)范作用也愈發(fā)顯著，對于裝配標(biāo)準(zhǔn)的需求也愈發(fā)急迫。

建議以某一或兩型在研或新立項航空發(fā)動機為試點，從型號立項論證階段即啟動裝配標(biāo)準(zhǔn)的梳理和編制工作，并在型號裝配過程中對標(biāo)準(zhǔn)適用性進行驗證，通過驗證的標(biāo)準(zhǔn)可逐步提升為國家標(biāo)準(zhǔn)、國家軍用標(biāo)準(zhǔn)、航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使這些相互作用、互相關(guān)聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)融合為一個關(guān)系清晰、合理的有機整體，在減小由于流程、設(shè)備、方法的不同導(dǎo)致的裝配差異，為設(shè)計部門裝配要求的提出提供依據(jù)的同時，整體推進航空發(fā)動機裝配標(biāo)準(zhǔn)工作。

［1］《透平機械現(xiàn)代制造技術(shù)叢書》編委會.裝配試車技術(shù)［M］.北京：科學(xué)出版社.2002：1.

（編輯：雨晴）

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1003-6660（2016）04-0003-04

2016-03-30