國內外軍用航空發動機油技術規范發展概述

戴振華，張崢

(中國石化石油化工科學研究院，北京 100083)

0 引言

作為航空發動機的血液，航空發動機潤滑油的作用至關重要，它可為發動機提供高低溫潤滑保護、清洗、冷卻、防銹以及密封作用等[1-3]。隨著航空發動機技術的不斷進步，航空發動機潤滑油在日益更新與發展，同時作為規范航空發動機潤滑油品質和性能，甚至是作為航空發動機型號設計的一部分技術類文件，航空發動機技術規范也都在不斷進步與發展。

發動機是飛機的“心臟”，從1903年到二戰末期，飛機絕大多數采用活塞式發動機，直到二戰末期航空渦輪發動機才正式進入開發階段，并因為其能夠滿足飛機高速行駛等要求，能更好地保障運輸和作戰動力，迅速占領了航空發動機主導地位并快速發展[4-6]。航空發動機潤滑油技術規范最初為軍隊制定，由于其具有優良的發動機保護性能，后來逐漸被民航領域采用并改進，進而演變成了民用航空的技術規范。航空潤滑油技術規范作為航空油料質量綜合鑒定體系中的一部分，規定了發動機潤滑油的質量指標，例如理化性指標、使用性能測試、模擬臺架評定、全尺寸臺架評定和最終的飛行測試等指標要求[7-8]。文章對國內外軍用航空發動機潤滑油技術規范進行了綜述。

1 國外軍用航空發動機潤滑油技術規范發展

目前國際上航空發動機潤滑油技術規范主要是根據美國和前蘇聯的航空發動機潤滑油規范加以演變和發展。

1.1 美國軍用航空發動機潤滑油規范發展

早期的美國軍用航空發動機為活塞式發動機，其均使用航空活塞式發動機潤滑油，此類潤滑油分為兩種規格，一種為MIL-L-6082，不含清凈分散劑航空活塞發動機潤滑油；一種為MIL-L-22581，含無灰分散劑航空活塞發動機潤滑油。其中MIL-L-6082技術標準中包括兩種潤滑油品種，分別為1065和1100，北約代號分別為О-113和О-117。MIL-L-22851技術標準中包括了三種潤滑油品種，分別為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。雖然兩種技術標準在1990年采用SAE等級進行了修訂，但隨后在1995年分別被SAE制定的SAE J1966和SAE J1899技術規范所取代，均適用于四沖程往復式活塞發動機潤滑油。

美國渦輪發動機發展初期，發動機對潤滑油性能要求較低，所以早期是將航空活塞發動機潤滑油應用在渦輪發動機上。根據當時實際情況，如飛行速度低，輸出功率小，整個潤滑系統溫度低等，1950年頒布了MIL-L-6081技術規范，并研制了符合規范的黏度礦物型航空潤滑油。它包括了兩個品種，分別為1005和1010。目前最新版本為MIL-PRF-6081D(期間將特征性標識如“L”改為了統一性標識“PRF”)。但由于航空發動機向高負荷、高轉速方向發展，必會導致發動機工作溫度尤其是渦輪軸承溫度升高[9]，這就要求潤滑油必須能夠承受高溫工況，反之定會迅速分解并產生積炭，所以礦物型潤滑油已不能滿足當前要求，換言之，MIL-L-6081規范產品不能滿足當前要求，因此1951年由美國空軍制定了MIL-L-7808技術規范，也就是今天美國兩大航空發動機潤滑油標準之一。

MIL-L-7808技術規范中規定了Ⅰ型合成潤滑油標準，Ⅰ型合成潤滑油是以雙酯為基礎油，并且添加了高溫抗氧劑、極壓抗磨劑和金屬腐蝕抑制劑等，其使用溫度在-54～175 ℃，該潤滑油不僅能用于軍用航空，也能用于民用航空，并廣泛應用于渦輪噴氣發動機[10]。隨著渦輪發動機高速發展，1982年美軍頒布了MIL-L-7808J技術規范，進一步對發動機潤滑油性能進行了提升，將雙酯基礎油更換為多元醇酯，更換可增加發動機潤滑油的氧化時間[11]；1994年頒布了MIL-L-7808K規范，該版本包括了兩個黏度級別分別為3 mm2/s和4 mm2/s，并且規定從該規范開始，針對規范中的齒輪試驗可以平行使用ASTM D1947中的Rydef法和ASTM D5182中的FZG法。目前該系列技術規范經過16次修訂，最新版本為1997年頒布的MIL-PRF-7808L版。

由于美國海軍飛機對低溫啟動沒有嚴格要求，為確保高溫性能，防止潤滑系統中出現結焦和沉淀等情況發生，從而損傷發動機零部件，影響密封性等，1963年美國海軍頒布了MIL-L-23699航空渦輪發動機合成潤滑油性能技術規范。規范中規定的為Ⅱ型中黏度合成油，100 ℃運動黏度為5 mm2/s。該油采用的是新戊基多元醇酯基礎油，該基礎油具有更好的熱氧化安定性，適用范圍是-40～200 ℃，該油被美國海軍應用在渦輪螺旋槳式飛機中，同時也應用在渦輪式直升飛機中，隨后也迅速在民用航空飛機中得到廣泛應用。

為了強化臺架、固體顆粒、油泥和高溫腐蝕試驗等項目指標，1969年美國海軍完善了該技術規范，并頒布了MIL-L-23699B版本；為了對新油中的12種元素進行控制，20世紀80年代確立了MIL-L-23699C技術規范；由于海上飛行環境惡劣，鹽霧濃度較高，易造成多金屬和非金屬材料的腐蝕，1994年海軍頒布MIL-L-23699E版本，主要增加了軸承腐蝕試驗；1997年升級為MIL-PRF-23699F版本，在標準型(STD)和防銹型(C/I)基礎上增加了高溫型(HTS)產品規范，并且將SAE標準發展成為了SAE AS 5780技術規范，供民用和商用飛機使用。該技術規范系列從首版經過11次的修訂，2014年頒布了MIL-PRF-23699G版本，增強酯型(EE)的潤滑油產品，并對高溫和增強酯型產品增設了橡膠相容性指標要求，該版本為目前最新版本，并且引領著航空發動機潤滑油發展與進步。

1.2 俄羅斯(前蘇聯)軍用航空發動機潤滑油規范發展

俄羅斯(前蘇聯)所用航空潤滑油與美國不同，這是因為兩者航空體系不同導致。1941年俄羅斯(前蘇聯)頒布ГОСТ 1013-41技術規范，隨后又在1949年前發布了ГОСТ 1013-49國家標準，規定了四種航空活塞發動機潤滑油(通常稱為20號油)，分別為МС-14、МС-20、МК-22和МС-24。60年代研制出含硫的МС-20C潤滑油后制定了ГОСТ 9320-60技術規范，不過隨著在1976年ГОСТ 21743-76技術規范的頒布，將其合并。目前ГОСТ 21743-76為現行技術規范，規范中只包括МС-14和МС-20潤滑油。

俄羅斯(前蘇聯)早期的航空渦輪發動機油采用其他機械用油，例如變壓器油、錠子油、航空活塞式發動機潤滑油以及混合油等。由于種類多，并且不同潤滑油的性能指標各不相同，在實際使用中遇到很多困難，因此1953年研制出МК-8潤滑油(通常稱為8號油)，工作范圍為-25～120 ℃，并制定了ГОСТ 6457-53技術規范。為改善МК-8潤滑油的熱氧化安定性，向其中加入抗氧劑，并將此油定名為МК-8Л，同時制定了ГОСТ 6457-66技術規范。由于МК-8潤滑油低溫性差等原因，并且煉制其基礎油所用的原油產量下降，故改用含硫原油煉制并研發出МС-8潤滑油，并制定了МРТУ 38-1-163-65技術規范，同時在該油中加入抗氧劑研制出МС-8Л，并制定了ОТС 38.01163-78技術規范，該油主要應用在亞、超音速渦輪發動機當中。

目前俄羅斯(前蘇聯)所使用的航空渦輪發動機有3 mm2/s和5 mm2/s兩種級別，其中3 mm2/s航空潤滑油主要包括ИПМ-10、50-1-4Ф和50-1-4У。ИПМ-10(ТУ 38.1011299-90)由合成烴、癸二酸雙酯和抗氧劑調配而成，工作溫度為-50～200 ℃；50-1-4Ф(ГОСТ 13076-86)和50-1-4У(ТУ 38.4015812-85)由癸二酸二異辛酯為基礎油添加抗氧劑和抗磨劑等研制而成，其中50-1-4У油添加劑較50-1-4Ф油得到改進，提高了熱氧化安定性，最高使用溫度高達175～200 ℃。而3 mm2/s航空潤滑油主要包括Б-3В、Л3-240和ПТС-225。其中Б-3В油由季戊四醇酯為基礎油并添加抗磨劑和抗氧劑調配而成，并在1985年制定ТУ 38.101295-85技術規范；Л3-240油由季戊四醇酯為基礎油并添加抗磨劑、抗氧劑和腐蝕抑制劑調配而成，該油熱氧化安定性優于Б-3В油，并將其替代，同時在1986年制定ТУ 38.401579-86技術規范；ПТС-225應用于大功率航空發動機，符合ТУ38.401337-81技術規范，并在后來修訂為ТУ38.401-58-1-84。

2 國內軍用航空發動機潤滑油規范發展

由于歷史原因，我國早期航空發動機潤滑油技術規范多參照俄羅斯(前蘇聯)制定。同樣由早期的礦物油到后期對合成酯類油轉變，與此同時研制出了很多品種的航空發動機潤滑油。20世紀50年代末參照俄羅斯(前蘇聯)標準，我國采用大慶、玉門或混合原油煉制，研制出20號航空潤滑油，簡稱20號航滑(代號HH-20A)，質量水平與МС-20相當，性能與MIL-L-6082D標準接近，應用于活塞5、活塞6、運5和初教6等發動機上，并于1964年頒布了GB 440-1964技術規范，最新版本為GB 440-1977(1988)《20號航空潤滑油》。由于20號航滑凝點較高(-20 ℃左右)，在-5 ℃環境中就需要用燃油沖稀使用，為改善低溫性能，并保證其能在北方的使用效率，1969年由撫順一廠對其煉制工藝進行改進，研制出了20號合成烴潤滑油，凝點在-35～40 ℃，代號HH-20B。隨后在1980～2002年間又對其進行了工藝和原料方面的改進，研制出了新20合成烴航空潤滑油，俗稱20B。我國軍隊在1991年參照俄標ГОСТ 21743-76發布了GJB 1219-1991《航空活塞式發動機潤滑油》技術規范。2004年由中國石化石油化工科學研究院和原空軍油料所聯合研制了清凈分散型航空活塞式發動機潤滑油，包括三種產品，分別為20、20-50和20-15W-50(又名4060)。并參照SAE J1899技術規范，解決了低溫啟動和積炭問題，并制定GJB 1219A-2009《航空活塞式發動機潤滑油規范》技術規范。

我國合成酯類航空潤滑油研究較晚，在研究初期，參照俄羅斯(前蘇聯)ГОСТ 6457-66技術規范制定了GB 439-1990(2004)《航空噴氣機潤滑油》技術規范，其中涉及的8號航空潤滑油與МС-8Л水平相當；1991年在美軍標MIL-L-7808基礎上制定了GJB 135-1986《4109合成航空潤滑油》技術規范，并于1998年修訂成GJB 135A-1998《合成航空潤滑油規范》，并且規定4010和4109兩種產品要按照其規范檢驗，其中4109航空潤滑油質量水平接近ИПМ-10和50-1-4Ф，性能接近美軍標MIL-L-7808H技術規范。規定的工型合成潤滑油4010性能接近50-1-4У，與美軍標MIL-L-7808J技術規范接近；參照美軍標MIL-PRF-23699C技術規范制定了GJB 1263-1991《航空渦輪發動機用合成潤滑油》技術規范，4106和4050兩種產品按其進行檢驗。

3 結束語

航空發動機潤滑油技術規范的發展與演變，反映了航空發動機對運行工況要求的日益提高，同時發動機的發展也促使著航空發動機潤滑油和潤滑油技術的完善與升級，從最初的礦物油到雙酯類油再到多元醇酯并繼續向前發展，但是目前軍用飛機對多元醇酯性能的要求已經達到了極限，因此研制出具有更高溫度下的熱氧化安定性、低蒸發損失和高黏度指數的基礎油尤為關鍵。同時也可以看出美軍航空發動機潤滑油在世界上占據著主導地位，我國技術規范制定也由最初參照俄羅斯(前蘇聯)技術規范轉變為向美軍技術規范學習。但是我國要建立具有自主特色的航空潤滑油質量規范評價體系，不僅要吸收國外特色檢測技術而且還要結合自身實際。為提升航空推進系統，20世紀末期美國提出了ATR計劃和IHPTET計劃[12]，為發展高性能的渦輪風扇發動機，中國也于2015年提出了《中國制造2025》[13]。軍用飛機戰斗能力的提升離不開發動機技術的提升，所以同時也應該加快航空發動機潤滑油的質量升級和通用化、標準化質量體系的建立。