李進，談軼，張世堂

(1.北京航空技術(shù)工程研究中心,北京 100076;2.92228部隊,北京 100072)

0 引言

現(xiàn)代航空燃氣渦輪發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展推動了各國飛機對高推重比的要求，推重比的提高使得渦輪前溫度也隨之提高，直徑影響附近主軸承及軸承腔的溫度，導(dǎo)致發(fā)動機潤滑系統(tǒng)的熱負荷陡增，這就要求潤滑油在系統(tǒng)流動過程中帶走摩擦產(chǎn)生的熱量，維持軸承和傳動齒輪嚙合處等摩擦面的正常工作溫度等。航空潤滑油涉及到航空飛行安全的重要材料，因此國內(nèi)外發(fā)達國家都制定了嚴格的航空潤滑油標準以滿足控制產(chǎn)品質(zhì)量、保障飛行安全的需求，如前蘇聯(lián)的ГОСТ 13076、法國的AIR 3514和英國的DEF STAN 91-91/4等。美、英、俄等國家建立了科學、完整的航空油料質(zhì)量綜合鑒定體系，并不斷進行完善，對航空油料的質(zhì)量鑒定有嚴格的規(guī)定，對噴氣燃料、發(fā)動機潤滑油等都有明確的鑒定程序和需要進行的試驗項目，并有明確的質(zhì)量指標，如理化性能測試、使用性能試驗、部件模擬臺架評定、發(fā)動機臺架評定和飛行試驗評定要求。

1 歐美軍用航空潤滑油規(guī)范

歐美的現(xiàn)代航空渦輪發(fā)動機主要使用滿足MIL-PRF-7808和MIL-PRF-23699兩種規(guī)范的產(chǎn)品，石油基油主要用于發(fā)動機燃油系統(tǒng)內(nèi)部封存，合成酯類油主要用于發(fā)動機潤滑系統(tǒng)。這些標準自制定起就經(jīng)歷了一系列對潤滑油質(zhì)量指標和試驗方法的從嚴變化。其中，最具代表性的是美國空軍制定的MIL-L-7808規(guī)范，不僅在北大西洋公約組織內(nèi)有品種代號，3級油代號為0-148，4級油代號為0-163，在國際上也廣泛被采用。自1951年提出以來，經(jīng)過數(shù)十次的修訂、補充和完善，可以說基本代表了國際上先進產(chǎn)品質(zhì)量變化過程，同時也反映出國際上航空渦輪發(fā)動機發(fā)展過程。實際上美軍在標準實施過程中也遭遇無法兼顧的難題，例如酯類油在熱穩(wěn)定性和低溫性能的兼顧方面，因此美軍提出了熱穩(wěn)定性更強的4級油，同時取消了堅持多年的MIL-STD-210B關(guān)于美國空軍飛機必須在全球飛行中能適應(yīng)使用時全球低溫限定-54 ℃的要求，改用了-51 ℃的低溫限定，同時低溫黏度從不大于17000 mm2/s放寬至不大于20000 mm2/s。MIL-PRF-7808L除了對常規(guī)性能(理化指標和使用性能)規(guī)定外，在臺架試驗方面要求通過美國聯(lián)邦試驗方法FED-STD-791 3450 Erdco軸承沉積試驗、ASTM D1947 Ryder齒輪試驗和ASTM D5182 FZG齒輪試驗測試齒輪載荷能力，同時要求進行足夠時間的渦軸發(fā)動機壽命全尺寸使用性能試驗。

后來，美軍提出了能適應(yīng)更高溫度的100 ℃黏度為5 cst航空潤滑油規(guī)范MIL-PRF-23699[1]，北約代號為0-156，期間對其進行了多次修訂，1994年頒布了MIL-PRF-23699E，將合成航空渦輪發(fā)動機潤滑油分為標準型(STD級)和防腐型(C/I級)兩個等級，1997年修訂為MIL-PRF-23699F，在原有基礎(chǔ)上增加了高溫穩(wěn)定型(HTS級)。目前，美國海軍普遍使用的合成航空潤滑油是防腐型合成航空潤滑油，標準型只有在應(yīng)急狀態(tài)下才使用，如境外加油等，高溫型主要用于特殊的工況條件[2]；除了對理化指標和使用性能規(guī)定外，在臺架試驗要求通過聯(lián)邦FED STD 791 6508 Ryder齒輪試驗機的齒輪載荷能力試驗和FED STD 791 3140 Erdco軸承沉積試驗(對高熱穩(wěn)定型要求更高)，對海軍使用的腐蝕抑制型增加了SAE ARP4249法的軸承腐蝕試驗，同時要求通過全尺寸渦輪軸發(fā)動機試驗，最后進入模擬發(fā)動機試驗評估和飛行試驗評定，國外20世紀90年代末已研究開發(fā)了防腐抑制型合成航空潤滑油，美國海軍已普遍使用該類型的航空潤滑油[3]，國內(nèi)早期開發(fā)的產(chǎn)品相當于MIL-L-23699C規(guī)范的產(chǎn)品，此后在配方技術(shù)上進行了調(diào)整改進，后來研發(fā)了高溫型和防腐型航空潤滑油，整體性能相當于MIL-L-23699F，部分性能甚至更優(yōu)[4]。

2 俄羅斯軍用航空潤滑油規(guī)范

由于冷戰(zhàn)對抗，美蘇兩個完全不同的航空體系所要求的航空油料完全不同。前蘇聯(lián)從上世紀60年代開始進行航空潤滑油綜合鑒定法的研究，形成了完整的航空潤滑油綜合鑒定體系，在整個俄羅斯幾十年的武器裝備發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用。俄羅斯石油資源相對豐富和其飛機特殊材質(zhì)等原因，現(xiàn)代高熱強度渦輪發(fā)動機的潤滑系統(tǒng)一般都將熱氧化安定性較好的合成油ИПМ-10(У)作為主要推薦使用品種，合成酯類油ВНИИ НП50-1-4Ф(У)僅作為備用油，老式渦輪發(fā)動機上使用的MC-8п礦物油用做燃油系統(tǒng)內(nèi)部封存。俄羅斯航空潤滑油的技術(shù)指標包括研制過程內(nèi)控指標和產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格兩大部分，僅僅從技術(shù)規(guī)格上是不足以把握油品質(zhì)量，一個標準只有一種產(chǎn)品。

俄羅斯?jié)櫥椭笜思夹g(shù)規(guī)范ГОСТ 4.24-84《石油產(chǎn)品：潤滑油指標項目》，該規(guī)范將滑油技術(shù)指標按功能劃分為使用指標、儲存指標、人體工程指標、安全指標四類，共40個項目。對于航空渦輪發(fā)動機潤滑油，實驗室階段必須確定研制過程和生產(chǎn)過程中所有的理化指標和使用性能指標，允許對ГОСТ 4.24-84有所取舍，也包括ГОСТ 4.24-84所沒有的，而技術(shù)規(guī)格只能保證生產(chǎn)批次的質(zhì)量一致性，不能完全反映出油品的實際使用質(zhì)量。參照《各種燃油、滑油、滑脂和特種液鑒定試驗規(guī)則》，俄羅斯改進型航空潤滑油只需進行性能評定，而新研油料則必須通過國家鑒定驗收。改進油料的評定需要進行對產(chǎn)品的常規(guī)性能(理化指標和使用性能)和實驗室部件模擬項目進行評定。國家鑒定試驗包括實驗室模擬試驗、發(fā)動機臺架試驗、檢驗飛行試驗、飛行使用試驗或監(jiān)控下使用等四個階段。實驗室模擬試驗主要利用標準試驗方法進行常規(guī)分析和綜合鑒定法進行的模擬評定試驗階段；發(fā)動機臺架試驗一般選用高熱強度和大負荷的燃氣渦輪發(fā)動機按照試驗程序進行持久疲勞試驗；檢驗飛行試驗按照標準程序時間一般不超過20～25 h；飛行使用試驗或監(jiān)控下使用一般需要在多種飛機上按照專門試驗程序進行，軍用航空裝備飛行使用試驗時間一般為發(fā)動機使用潤滑油的一個壽命期(500 h)，民用航空裝備飛行使用時間則不確定，不同發(fā)動機、減速器等部件有不同的使用壽命。

俄羅斯航空裝備使用的潤滑油一般規(guī)定主油和備用油兩個牌號，此外還應(yīng)指出和俄制潤滑油等同的國外潤滑油牌號。前蘇聯(lián)解體后，俄羅斯也存在對外開放的問題。隨著大量軍事航空裝備的出口，與歐美體系航空油料的互換變得日益迫切。因此在1993年出版的《用于俄羅斯飛機的外國燃料、潤滑油、潤滑脂和液壓油使用指南(第五版)》中規(guī)定了外國油品用于俄制裝備時必須通過綜合鑒定法評定及已經(jīng)在俄羅斯類似發(fā)動機上經(jīng)過長時間監(jiān)控下使用，如列出了替代ИПМ-10的兩類歐美酯類油，即符合MIL-PRF-7808規(guī)格的2389和MIL-PRF-23699規(guī)格的ESSON Turbo Oil 2380、Mobil Jet Oil II。由于俄羅斯所用材料的特殊性，發(fā)動機對潤滑油腐蝕性具有較大的敏感性，因此在1998年頒布的《用于俄羅斯飛機的外國燃料、潤滑油、潤滑脂和液壓油使用指南(第六版)》中取消了歐美合成酯類油與ИПМ-10的替代關(guān)系，取而代之的是，由NYCO公司和Mobil Oil公司生產(chǎn)的Turbonycoil 210A和Mobil Turbo 319A-2產(chǎn)品。

3 國外民用航空潤滑油規(guī)范

本世紀初，美國汽車協(xié)會SAE E34航空組織在參照美軍標準MIL-PRF-23699F、英國國防部標準DEF STAN91-101/ISSUE 2(DERD2499)和普惠公司PWA521(Ⅱ型5 cst)規(guī)格及美國通用公司D50TF1規(guī)范的基礎(chǔ)上，制定了航空燃氣輪機的核心技術(shù)規(guī)范SAE AS5780。首版SAE AS5780于2001年3月發(fā)布，該版只有標準型一個規(guī)格，基礎(chǔ)指標沿用了MIL-PRF-23699F(STD)的基礎(chǔ)性能及氧化腐蝕評定中的要求，同時增加了一些OEM設(shè)計時計算所需的物理性能參數(shù)，如：在臺架試驗方面，沿用MIL-L-23699E中的Erdco軸承沉積試驗，但具體指標只保留了軸承缺陷評分一項，對Ryder齒輪試驗沒有要求。2005年，國際航空組織第一次對SAE AS 5780進行修訂，這次修訂主要在基本質(zhì)量等級SPC規(guī)格的基礎(chǔ)上，增加了一檔高溫型的產(chǎn)品規(guī)格SAE AS5780 HPC。這個產(chǎn)品規(guī)格與MIL-PRF-23699F中的標準型STD和高溫型HTS規(guī)格相對應(yīng)，其規(guī)定的氧化安定性和軸承沉積指標與它們完全相同，但HPC增加了高溫液相沉積HLPS要求并作為基本性能控制指標。在臺架試驗方面，該規(guī)格完全采納了MIL-PRF-23699F中Erdco軸承沉積試驗和Ryder齒輪試驗的控制指標，并在OEM項目中增加了橡膠相容性、氧化安定性、潤滑性能、結(jié)焦性能、老化特性等諸多評定控制指標。在管控質(zhì)量體系方面，該規(guī)格對過程的追溯性、產(chǎn)品資格、生產(chǎn)變更管理等方面提出了嚴格的控制條款。2013年2月美國SAE協(xié)會對SAE AS5780進行了第二次修訂。修訂的重點主要對個別指標規(guī)定進行了調(diào)整。如將WAM潤滑承載能力等由“6次平均值不小于參比油102%”改為了“報告”；將部分橡膠相容性中標準橡膠膨脹率由“報告”修訂為“5%～25%”；并對黏壓系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)和電導(dǎo)率等的測定溫度點進行了具體化。2015年對SAE AS5780進行了第三次修訂，將高熱流體動態(tài)模擬結(jié)焦試驗HLPS指標(20 h)放寬至“不大于4.0 mg”(STD型)、“不大于0.4 mg”(HTS型)，增加了橡膠試驗失效時的使用有效壽命的具體報告。目前SAE AS5780第三版廣泛用于民用航空領(lǐng)域，在行業(yè)中地位非常高，所有中黏度的民用航空渦輪發(fā)動機潤滑油都必須滿足該規(guī)范[5]。

4 國內(nèi)軍用航空潤滑油規(guī)范

20世紀50年代末，國內(nèi)軍用航空潤滑油處于起步階段，主要以礦物油為原料經(jīng)過精制后的潤滑油，如用于活塞式航空發(fā)動機的8號和20號航空潤滑油；80年代開始對合成酯類航空潤滑油進行研究，研制的合成航空渦輪發(fā)動機潤滑油產(chǎn)品相當于MIL-PRF-23699C規(guī)范的產(chǎn)品，此后在配方技術(shù)上進行了新的調(diào)整和改進，如用于燃氣渦輪發(fā)動機合成潤滑油有4104、4106、4109和4050等產(chǎn)品。

國內(nèi)在軍用航空潤滑油質(zhì)量規(guī)范方面的建設(shè)，1991年，參照美國MIL-PRF-7808H版和L版，建立了GJB 135《合成航空潤滑油規(guī)范》；在美國海軍MIL-PRF-23699的基礎(chǔ)上建立了GJB 1263《航空渦輪發(fā)動機用合成潤滑油規(guī)范》；參照俄羅斯ТУ301-04-010-92規(guī)范，建立了GJB 3460-1998《直升機用高極壓潤滑油規(guī)范》。1998年將GJB 135修訂為GJB 135A，包含了兩個產(chǎn)品。民用航空潤滑油質(zhì)量規(guī)范方面，2010年我國參照SAE AS5780A民用航空渦輪發(fā)動機潤滑油標準，由中國石化潤滑油有限公司合成油脂分公司與中國民用航空航油航化適航審定中心聯(lián)合制定了MH6084《民用航空燃氣渦輪發(fā)動機油技術(shù)規(guī)范》。

但在航空渦輪發(fā)動機潤滑油質(zhì)量綜合評定體系方面，目前國內(nèi)尚未建立比較科學規(guī)范的評定手段，多以產(chǎn)品規(guī)范為主對航空潤滑油進行質(zhì)量評價，既參考俄羅斯標準體系，一個潤滑油產(chǎn)品對應(yīng)一個質(zhì)量標準，又對照歐美質(zhì)量規(guī)范，同時缺少有針對性的模擬性能和部件模擬評價手段，完全參照俄羅斯綜合鑒定法或美國航空油料質(zhì)量評定體系，一方面試驗方法和評價手段混雜，另外一方面評價儀器尤其是大型臺架模擬評定較少。

5 啟示

(1)20世紀末由美國空軍、海軍、陸軍、國防部預(yù)研局、NASA和7家主要發(fā)動機制造商啟動了先進戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機發(fā)展計劃(ATF計劃)和綜合高性能渦輪發(fā)動機技術(shù)計劃(計IHPTET劃)，總目標是到2025年航空推進系統(tǒng)能力翻一翻。2015年，我國相應(yīng)提出了“中國制造2025”計劃關(guān)于航空航天裝備要求高推重比、先進渦槳(軸)發(fā)動機及大涵道比渦扇發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展目標。飛機的飛行速度、升限高度、航程、載重量和機動作戰(zhàn)能力都離不開發(fā)動機推力的提高，發(fā)動機推力的提高使得增壓比、燃氣溫度、渦輪前溫度、轉(zhuǎn)子和齒輪的轉(zhuǎn)速越來越高，從而使得對配套保障的潤滑油的性能要求也越來越高，而目前現(xiàn)有規(guī)范對于油品的苛刻程度已經(jīng)達到了新戊基多元醇酯的承受極限，亟需進行油品的更新?lián)Q代和質(zhì)量升級，走出與我國自主裝備發(fā)展體系相配套的高規(guī)格潤滑油質(zhì)量規(guī)格標準，加快國內(nèi)油品通用化、標準化建設(shè)。

(2)呼吁建議盡快協(xié)調(diào)并成立由裝備發(fā)展部門、航空發(fā)動機部門、飛機部門、油料廠商、發(fā)動機修理單位和機場保障部門的協(xié)會，類似于國際上SAE航空協(xié)會組織，充分吸收歐美等國航空油料質(zhì)量發(fā)展體系經(jīng)驗，參考俄羅斯航空油料評定體系發(fā)展脈絡(luò)，在引用俄羅斯綜合鑒定法的基礎(chǔ)上補充并完善西方國家的部分特色評價技術(shù)，綜合國內(nèi)裝備發(fā)展部門要求一些設(shè)計關(guān)系的特定參數(shù)，建立具有國內(nèi)特色自主的航空潤滑油質(zhì)量規(guī)范評價體系，配套國內(nèi)裝備研發(fā)體系，指導(dǎo)裝備技術(shù)和油品質(zhì)量的互相推動，力爭在“十三五”期間末期建立起完善的自主航空潤滑油評定體系。

(3)國內(nèi)航空領(lǐng)域的逐漸開放及通用航空理念促使今后軍民兩用航空發(fā)動機潤滑油規(guī)范和質(zhì)量體系的逐步統(tǒng)一，民用航空潤滑油基本上參照歐美標準規(guī)范，在理化指標方面更多兼顧了OEM廠商的評定控制經(jīng)驗，同時對油料供應(yīng)商的保障能力要求更高也更具體；軍用航空潤滑油由于歷史原因多參照俄羅斯標準規(guī)范，較少參照歐美航空體系，為了配套國產(chǎn)裝備通用發(fā)展體系，加快將軍用航空潤滑油和民用航空潤滑油統(tǒng)一到與國際通用化程度較高的歐美航空體系，有利于提高后勤保障效率，簡化程序，通用化標準化程度更高。

(4)隨著全球通用航空體系的發(fā)展，我國的試航認證和目前全球比較認可的適航證歐洲航空安全局(EASA)及美國航空管理局(FAA)的雙方審定互認成為了一個難題，國內(nèi)航空油料檢測數(shù)據(jù)及手段不被EASA和FAA認可，因此亟需建立國內(nèi)民用飛機適航認證油料審定評價手段，建議在依靠適航司在與EASA和FAA適航認證機構(gòu)的合作過程中推動使EASA和FAA逐步認可國內(nèi)自主的油料適航審定評價手段。