某型渦軸發動機LRU布局設計

向有志

（中國航發湖南動力機械研究所，湖南株洲 412002）

航線可更換單元（Line Replaceable Unit，簡稱LRU）作為一種實時便捷更換單元，可以在民用飛機運營過程中實現故障快速檢測/定位/隔離/維修等措施。合理的LRU不僅可以有效提高民用飛機的維修效率，避免飛機停場（Aircraft on Ground），簡稱AOG）現象，而且可為修理級別分析(Level of Repair Analysis,簡稱LORA)和維修資源保障提供有效的輸入，降低維護成本并提高可靠性[1-5]。同樣，先進渦軸發動機普遍通過采用LRU布局設計的方式來提高發動機維修性，將維修頻率高的單元或附件設置在便于維修的部位，以此來降低發動機維修難度、縮短發動機維修時間，最終達到降低發動機維修成本的目的[6]。

本文通過分析渦軸發動機LRU布局設計一般原則，完成了某自主研制的民用渦軸發動機的LRU布局設計。

1.渦軸發動機LRU布局設計原則

在渦軸發動機LRU布局設計中，尚未有通用的設計原則，在民用飛機領域，根據參考文獻[5]，LRU設計考慮的主要因素包括：

（1）經濟性。在民用飛機LRU劃分過程中，若研究對象更換超出經濟性指標限制，則部附件不適宜作為LRU；如果LRU劃分不合理，將導致航材購置及庫存成本升高。

（2）可靠性。可靠性指標是影響LRU劃分的一個關鍵因素，對于故障發生較為頻繁，即平均故障間隔時間較小的部附件，在給定的可靠性指標范圍內影響簽派可靠性的部附件應當考慮設計成LRU。

（3）測試性。根據有關民用航空統計表明，至少10%的延誤是由于測試性造成的，LRU劃分時應以功能互相連接數最少和故障隔離到正確單元為原則。

（4）維修性。維修性設計是與LRU劃分密切相關的一個主要影響指標，通常用航線平均修復時間進行衡量，它不僅是維修性的一個基本度量，還是維修性設計參數的要求值。

（5）重量。LRU劃分必須考慮到重量的影響，對于飛機而言每一個部附件都會分配具體的重量指標，重量直接決定了部附件在發生故障時是否可以實現快速航線維修，是否方便運輸等。

（6）維修工程分析。維修工程分析通常以保障性進行衡量，保障性通過修理級別分析對LRU劃分過程中的維修資源、維修能力進行匹配度研究，如果航線沒有足夠相應航材、沒有相應設備及能力完成故障修復，則不能設定為LRU。

因此，在渦軸發動機LRU布局設計中，考慮的主要因素也可參考，此外應將確定的LRU設置在可達部位。

在設計之初，要分析以上因素，并根據外場發動機使用情況或其它同類型發動機LRU選擇情況來確定LRU清單，一般是將在外場更換/維修頻率高的單元作為LRU，主要涉及各系統的一些外部成附件，如泵、油濾、傳感器、活門組件、點火裝置等。在確定了LRU以后，需要在滿足可達性的要求下完成LRU的布局，而在可達性考慮中，應主要考慮發動機進氣方式及動力艙的布局。

1.1 進氣方式對LRU布局影響

一般來說，發動機有徑向進氣及軸向進氣兩種進氣方式，對于軸向進氣的發動機，附件傳動普遍采用上傳動的布局方式，因此，LRU普遍布局在發動機上方，如某軍用發動機發動機；對于徑向進氣的發動機，附件傳動一般設置在發動機前部，因此LRU一般布局在發動機前部的上半部分。

1.2 動力艙形式對LRU布局影響

直升機動力艙的形式也直接影響LRU的可達性，如某民用發動機動力艙平臺、前防火墻、中防火墻和后防火墻為固定墻，側面防火墻和艙蓋為一體，可向后部滑動，打開動力艙；同時，以前防火墻為界，前整流罩可向前部滑動，對于這種動力艙設計，其前部維修空間受進氣道影響較大，因此，為提升可達性，需將前部的進氣道進行分段可拆卸的設計。而某軍用發動機動力艙平臺、前防火墻、中防火墻和后防火墻為固定墻，側面防火墻和艙蓋為一體，可向側面打開并作為維修人員站立的平臺，對于該類型動力艙布局，LRU設置在發動機上部即可。

此外，在LRU布局設計中，為進一步提升其可達性，普遍采用附件傳動單元體設計，并考慮將燃油濾、滑油濾等殼體集成在附件機匣上，即設計油濾組件，外場更換時僅更換濾芯即可。

在完成LRU布局設計后，一般需通過物理模型的模擬檢查或裝機實際維護性檢查，如圖1所示。在檢查時，主要考慮動力艙形式、發動機安裝位置、操作空間等方面進行分析，分析后提出LRU布局設計相關完善要求，與直升機方協調進一步完善LRU布局，提升發動機維修性。

圖1 虛擬維修檢查示意圖

2.某型渦軸發動機LRU布局設計

某型渦軸發動機是我國自主研制的先進民用渦軸發動機，其維修性及經濟性要求較高，因此在設計之初便將LRU設計理念貫徹至發動機設計中。

2.1 LRU范圍的確定

該渦軸發動機的研制是按適航要求完成的，因此在LRU清單確定過程中，主要參考了某發動機在外場的使用情況，將外場維護檢查率較高的附件作為了LRU，主要包括：

（1）燃油與控制系統附件：燃油調節器、組合泵、燃油總管、散熱器、交流發電機、燃油濾、壓力傳感器、溫度/壓力組合傳感器、Np傳感器、Ng傳感器等；

（2）滑油系統附件：滑油泵、滑油濾、壓力傳感器、溫度/壓力組合式傳感器、滑油冷卻裝置等；

（3）電氣系統附件：點火電嘴、點火裝置、起動發電機（直升機附件）等。

2.2 LRU布局

由于該型渦軸發動機采用軸向進氣，為單轉子燃氣發生器、功率前輸出的渦軸發動機，考慮到與某型軍用渦軸發動機的繼承性，參考某軍用發動機的布局形式，結合發動機進氣方式及動力艙形式最終完成了LRU布局。

（1）進氣方式分析。該型渦軸發動機進氣方式為軸向進氣，因此將附件傳動布局在進氣機匣上方，且采用上傳動的方式。

（2）動力艙形式分析。由于該型渦軸發動機擬裝機對象為現有直升機，其動力艙形式與某軍用發動機動力艙形式類似，動力艙平臺、前防火墻、中防火墻和后防火墻為固定墻，側面防火墻和艙蓋為一體，可向側面打開并作為維修人員站立的平臺。基于此動力艙，將前期確定的LRU均布局在發動機上方。

此外，在附件傳動單元體設計中，為方便內部油路設計，采用了油濾組件的設計，將燃、滑油濾芯和燃滑油散熱器等燃、滑油附件的油濾組件一體化設計，這樣可有效減少外部管路。最終完成了LRU布局設計。

在完成LRU布局初步設計后，采用模擬裝機的方式對發動機的維護性進行了初步分析，在分析時，考慮發動機艙、發動機安裝位置、操作空間等因素影響，分析結果表明，該型渦軸發動機裝機后左、右發LRU維修均可達性較好。

3.結論

（1）本文根據民用飛機LRU設計考慮因素，分析了渦軸發動機LRU布局設計的可達性一般準則，據此，以某型渦軸發動機為例，在LRU布局設計中，基于某型軍用渦軸發動機外場使用情況，確定了LRU清單，結合發動機進氣方式及動力艙的形式，最終完成了LRU的布局設計。

（2）基于LRU布局設計的結果，完成了物理模型的裝機檢查，檢查結果表明滿足維護性要求。

（3）本文所提LRU選取因素及布局設計一般準則，對開展航空渦軸發動機LRU設計具有重要意義，可為發動機維修性設計提供參考。