民用航空發動機型號持續適航設計更改管理

■ 郭犇 陳芝來 龔立鋒 肖華中/ 中國航發動研所

（郭犇，中國航發動研所，工程師，主要從事航空發動機標準化和構型管理工作）

民用航空發動機持續適航階段的設計更改管理是持續適航階段構型管理的重要活動，涉及發動機產品基線的變更，也關系到發動機適航安全性和經濟性的持續提升。型號合格證的申請人必須在適航取證階段明確持續適航階段的設計更改管理程序。

中國航發東安與法國賽峰直升機發動機公司（原透博梅卡公司）于2008年7月15日正式簽署了合作協議，雙方以50∶50對等合作模式聯合研制1300kW功率級民用渦軸發動機，中方代號為渦軸16（WZ16），配裝AC352直升機（見圖1）。WZ16發動機于2019年10月8日取得中國民用航空局（CAAC）頒發的型號合格證（見圖2），進入了持續適航階段。WZ16發動機是國內第一型嚴格遵照適航規章完成適航取證的國際合作民用航空發動機型號，進入持續適航階段后，設計更改不僅要接受中法雙方的協同管控，最終還要接受CAAC的直接管控。中國航發動研所、中國航發東安和賽峰直升機發動機公司基于前期國際合作基礎，共同建立了三方認可的持續適航階段設計更改管理程序，并接受了CAAC對設計更改的管控，可為其他民用航空發動機型號設計更改管理提供重要借鑒。

圖1 AC352直升機

圖2 渦軸16發動機及型號合格證

適航規章中的更改

CCAR-21-R4《民用航空產品和零部件合格審定規定》中第21.93條將持續適航階段的更改分為大改和小改兩類。其中第21.101條又將大改分為實質性更改、重大更改和非重大更改3類。這3類大改的典型示例已被美國聯邦航空局（FAA）、歐洲航空安全局（EASA）和加拿大運輸民航局（TCCA）通過國際合作項目的形式采納，并已被寫入了AC-21-AA-2014-36《航空產品設計更改審定基礎的確定方法》附錄A和AC33-2B《航空發動機型號合格審定手冊》中。

實質性更改定義與典型示例

CCAR-21部第21.19條對實質性更改的定義為：民用航空產品的設計、動力、推力或者質量發生重大改變，需對該民用航空產品與適用規章的符合性進行實質性的全面審查，并需要重新申請新的型號合格證。AC-21-AA-2014-36附錄A表4中給出了民用航空發動機典型的實質性更改示例，主要包括傳統的渦扇發動機變為齒輪風扇發動機；低涵道比發動機變為高涵道比發動機，增加進氣道面積；渦軸發動機變為渦槳發動機；傳統的有涵道風扇變成無涵道風扇。從第21.19條定義和實質性更改示例可以看出，實質性更改實際上對應為發動機的改型。

重大更改定義與典型示例

CCAR-21部第21.101條第（二）款第1項對重大更改的定義為：原民用航空產品的總體構型、構造原理發生產品級的重大更改，或者用于原民用航空產品的合格審定假設不再有效的重大更改。AC-21-AA-2014-36附錄A表4和AC33-2B中給出了民用航空發動機典型的實質性更改示例，主要包括增加或減少壓氣機或渦輪級數、更改壓氣機壓比、高應力零件材料或設計更改對適航性產生不利影響等發動機性能方面的更改，以及主要部組件互換性的更改。從第21.101條定義和重大更改示例來看，重大更改實際上對應為發動機型號的系列化發展。

非重大更改定義與典型示例

對于不滿足CCAR-21部第21.101條第（二）款第1項要求的更改，即更改不涉及原民用航空產品的總體構型、構造原理變化的更改，以及用于原民用航空產品的合格審定假設依然有效的較大更改。AC-21-AA-2014-36附錄A中基于功能、性能沒有發生改變且合格審定的假設仍然有效的前提，給出了非重大更改的典型示例，主要包括壓氣機盤更換材料；增加或減少壓氣機/渦輪的級數，但不改變運行性能包線；發動機電子控制系統內部引進新部件，但未影響系統功能；軸承更改；用改進的相似材料進行新的葉片設計；改進風扇葉片設計；滑油箱重新設計；改變時壽件的限制；改變排氣溫度限制；構型更改沒有改變審定維修要求等。

小改定義與典型示例

CCAR-21部第21.93條將小改定義為：對民用航空產品的質量、平衡、結構強度、可靠性、使用特性以及適航性沒有顯著影響的更改，包括除大改以外的所有更改。AP-21-03-R4中第6.2條給出了典型的適航小改示例。針對航空發動機型號，AC33-2B中將更改范圍擴充至工藝更改。民用航空發動機典型的小改示例主要包括公差微小變化，合理加大圓角半徑，允許增加厚度而不產生不利影響，一般零件材料的代用與改進，熱處理改進（不降低經受高應力零件的延伸率），一般零件設計方面的小改，不降低材料機械性能的零件加工或工藝上的改進。

型號更改分類、定義

在WZ16發動機研制階段，CAAC只審核設計更改程序，并不限定設計更改的具體分類方法。中法雙方根據適航規章和型號內部程序文件，統一了雙方份額的設計更改分類，主要依據是否影響“3F”，即功能（Function）、接口（Fit）、形狀（Form），來劃分大改和小改。由于適航規章中大改的實質性更改和重大更改分別對應發動機的改型和型號系列化發展，在國內一般均按照新型號開展研制工作，所以型號持續適航階段不會出現這兩類更改。因此，WZ16發動機仍按研制階段設計更改分類方法，將設計更改分為大改和小改兩類，且對大改不再進行細分。

設計大改

當更改影響“3F”中的任何一個或多個時，就判定為設計大改（Modification），需要更改零件號。典型的設計大改主要包括影響構型規范要求、功能互換性、尺寸互換性、部組件特性、維護和維修手冊或安裝/使用手冊中的適航限制章節或型號合格證書數據表（TCDS）的更改。

設計小改

當更改不影響“3F”中的任何一個時，就判定為設計小改（Amendment），僅需要更換零件版本號。典型的設計小改主要包括：僅影響部組件的物理特性，但不影響物理接口、功能接口及與其他部件的連接放入更改；僅對定義文件做修訂錯誤、規范內容表達、調整排版等修正處理，但不影響定義本身，不涉及實際的設計更改工作，對制造方法不產生影響的更改；因設計大改導致的發動機構型清單文件的關聯更改。

圖3 大改更改流程

圖4 小改更改流程

更改流程

為保證持續適航階段設計更改分類的一致性，中國航發動研所提出的設計更改先按型號更改分類方法提交更改申請。中國航發東安向CAAC呈報更改申請的同時遞交產品設計更改呈報表，再次明確按適航規章中的設計更改類別，來保證對適航規章要求的一致性。WZ16發動機持續適航階段設計更改流程主要由更改請求、更改申請、更改通知、更改驗證、更改實施和更改反饋等環節組成，設計大改和小改的更改流程分別如圖3和圖4所示，兩者主要在更改申請和更改驗證兩大環節上存在較大差異。

更改請求

中國航發動研所和中國航發東安均可根據CAAC、直升機用戶和內部實際需求提出設計更改請求，并初步判定更改的必要性和可行性。中國航發動研所作為設計更改請求的匯總方，中國航發東安提出或代為提出的更改請求通過協調函的形式傳遞至中國航發動研所。

更改申請

中國航發動研所設計人員接收并初步同意更改請求后，將編制更改申請單初稿并初步判別更改類別，分析更改影響以及是否存在關聯更改或不一致更改，制定具體的更改方案，提出更改實施建議。構型控制委員會（CCB）一般在工作例會或專題會議上對更改申請進行評審。

對于小改申請，中國航發動研所僅與中國航發東安展開協調，不涉及審定基礎的變更和符合性驗證計劃的編制。而對于大改申請，中國航發動研所將與賽峰直升機發動機公司、中國航發東安共同協商更改方案，中國航發動研所的適航工程師（AE）將按照原TC取證時采用的審定基礎，根據更改可能的影響范圍重新梳理適用的適航要求，形成更改的審定基礎。如果更改相對于原審定基礎采用了新技術、新設計或添加了新用途，中國航發動研所適航工程中心將制定專用條件草案，或采用后續能覆蓋該新技術、新設計或新用途的規章版本作為審定基礎。同時，AE根據重新梳理的審定基礎，編制對應的符合性驗證計劃。

在為期1年的證后試運行期間，中國航發東安在產品設計更改呈報表中明確按適航規章中的設計更改類別（僅包括大改-非重大更改和小改兩類），并及時將小改更改申請單，或大改更改申請單、審定基礎和符合性驗證計劃提交CAAC審批。只有當更改申請被批準后，方可發放更改通知，啟動后續的更改程序。在試行期結束后，CAAC授權委任工程代表（DER）審批設計小改申請，不再直接由CAAC審批。中國航發東安每6個月向CAAC集中報備一次設計小改申請，但大改申請仍是及時報批。

更改通知

設計人員根據CAAC或DER批準的更改申請單、更改方案來編制更改通知或更改單，同時更改相關構型定義文件。大改更改須發放至中國航發東安和賽峰直升機發動機公司確認，小改更改通知中國航發東安和賽峰直升機發動機公司。

更改驗證

對于無須開展驗證試驗的更改，符合性核查工程師（CVE）按《民用航空發動機適航符合性核查程序》完成設計符合性核查后，由CAAC開展非試驗類驗證工作審查。

對于需開展驗證試驗的更改，更改申請人以技術通知單的形式通知中國航發東安準備試驗件或試驗發動機。CAAC將依次開展試驗件或試驗發動機制造符合性檢查和試驗制造符合性檢查。制造符合性核查通過后，試驗部門按《民用航空發動機適航取證程序》的取證試驗流程開展試驗驗證工作，向CAAC提交符合性驗證資料。

更改實施

對于設計大改，完成符合性驗證工作后，中國航發動研所及時對發動機基礎構型清單進行關聯更改，并及時經中國航發東安向CAAC遞交更改后的發動機構型定義文件及清單。對于設計小改，中國航發動研所定期對發動機基礎構型清單進行關聯更改，并定期經中國航發東安向CAAC報備更改后的發動機構型定義文件及清單。只有當更改數據被納入發動機基礎構型清單時，才認為是有效更改。中國航發東安在接收到新版發動機基礎構型清單后，開展更改貫徹與實施工作。

更改反饋

中國航發東安完成更改貫徹后，以設計更改貫徹反饋單的形式向中國航發動研所反饋工藝文件的貫徹情況，在制品、制成品、已交付產品（含外場產品和返廠產品）等實物的貫徹情況，以及制造方關聯更改的貫徹情況，實現對設計更改的閉環管理。

結束語

民用航空發動機持續適航階段設計更改是對發動機取證構型和產品基線的更改，將直接影響批產發動機的最終交付狀態，因此是構型管理的重要活動之一。目前，國內在民用航空發動機持續適航階段對設計更改的管控經驗還相對薄弱，需要持證人進一步規范設計更改程序，增強對更改分類的準確判別，強化對更改申請的評審與決策，提高更改貫徹效率，加強對設計更改的全閉環管控。