軍用航空燃氣渦輪發動機包裝運輸設計研究

趙長輝，邢 晨，皇國英，高進勇，孫同喜

（1.航空工業沈陽飛機工業（集團）有限公司；2.中國人民解放軍駐沈飛軍事代表室:沈陽，110850）

0 引言

軍用航空發動機在裝備使用及維修和生產過程中需要進行較為頻繁的運輸和轉移，燃氣渦輪發動機是高度復雜和精密的熱力機械，在運輸過程中的過載、沖擊、振動容易造成對發動機軸承等零部件的損傷，運輸和存放時還會遭受環境腐蝕等問題。為了使軍用發動機能夠得到有效保護，能夠耐受環境影響并不會遭受物理損傷，需要有良好的包裝運輸設計。

軍用航空燃氣渦輪發動機包裝運輸設計比較重要，美國等西方發達國家對此比較重視，有非常完善的規范和標準體系，設計完備而先進。國內對這個領域不夠重視，總體上設計比較落后，標準和規范不完備。主要采用木質包裝箱，包裝運輸設計已經滯后于發動機的發展，無法有效滿足使用需求，特別是艦載使用等新需求，迫切需要改進和提高。近期研究和設計工作較少，只有唐光輝等研制了1種航空發動機陸運減震裝置[1]，崔峰等設計了1種航空發動機減震包裝箱[2]，還有一些發明專利，相關工作成果沒有得到有效應用。

本文對軍用航空燃氣渦輪發動機設計問題進行比較全面地梳理和初步研究，重點分析美國軍用航空發動機的包裝運輸設計及規范/標準，并與中國相關設計進行對比和分析。提出借鑒吸收美歐軍用發動機包裝運輸設計，以改進和完善中國的軍用航空發動機包裝運輸體系的設想和建議。

1 軍用航空燃氣渦輪發動機包裝運輸設計和發展概述

1940年末開始，航空燃氣渦輪發動機快速取代活塞發動機成為主流軍用航空發動機。隨著大量裝備使用，軍用航空燃氣渦輪發動機的存儲、包裝運輸技術體系建立起來并快速完善和規范。

對軍用航空燃氣渦輪發動機的存儲和包裝運輸有很高的要求。存儲和包裝運輸裝置要能有效保護發動機，防止外界環境及外界物體對發動機造成的損傷，并實現發動機高效快速的轉移和運輸。存儲和包裝運輸裝置要能夠防護環境腐蝕，有效隔離水汽、霉菌、塵埃以及其他的腐蝕物和污染物，并能防止長霉、老化等，材料和方法對發動機及附件性能無副作用。對于惡劣的海上（水面）使用環境下的艦載機發動機的腐蝕防護與控制尤為重要。海上的鹽霧、濕熱、霉菌環境和惡劣氣象條件都對發動機造成嚴重的腐蝕，需要進行特別防護[3]。

軍用航空燃氣渦輪發動機的存儲和包裝運輸有完整的方法、標準和規范，使用專用材料、裝置、設備和工具。發動機的存儲、包裝運輸是密切關聯的，一般采用1套裝置，能夠實現從存儲狀態到運輸狀態的快速轉變。運輸裝置外形應簡潔、緊湊并能在倉庫及各種運輸工具中放置，應適于機械化裝卸，能承受裝卸、吊裝、叉運、堆垛、系留/栓縛、轉運、集裝等不同作業情況。

2 美國軍用航空發動機的包裝運輸設計

2.1 包裝運輸規范

美國軍方對于航空發動機的包裝運輸有著嚴格的標準和規范，可以查閱到文件是美國空軍的技術手冊TO 00-85-20“發動機運輸指南（Engine Shipping Instrcutions）”[4]。TO 00-85-20 公開發布，提供航空發動機包裝運輸的詳細技術要求和操作指南。TO 00-85-20共有7章，各章的題目分別為：概述；職責；發動機運輸裝置；準備和檢查；發動機和運輸裝置處置；系留指南；發動機運輸裝置管理等。第3～6章是重點。第3章給出美國空軍使用的發動機運輸車、適配器的基本數據表。第4章詳細描述使用運輸車、滑木箱、手推車、運輸罐等不同運輸裝置裝載的發動機在不同運輸方式下的工作及檢查要求。第5章內容是裝載發動機的運輸裝置的裝卸操作要求。第6章是鐵路運輸、空運、卡車運輸等運輸方式下，裝載發動機的各類運輸裝置的系留操作指南。

美國海軍航空發動機包裝運輸規范尚未查到，有待補充。可以在美國海軍官網圖片庫中查看艦載機發動機包裝運輸操作的圖片[5]。

2.2 發動機運輸裝置及運輸方式概況

發動機運輸裝置主要有：發動機運輸車、運輸罐、托架/手推車、包裝箱及滑木箱、貨盤。發動機運輸車和運輸罐是使用最為廣泛的發動機運輸裝置，托架/手推車也較常使用。木質包裝箱及滑木箱不推薦使用，僅在沒有其他運輸裝置可用的情況下才使用，貨盤僅用于空運。

發動機的運輸方式主要是車輛陸運和運輸機空運，以及火車陸運和船舶海運。

車輛陸運是最為廣泛使用的1種發動機運輸方式，可以運輸各種類型的運輸裝置-發動機。陸運專用車輛使用帶有空氣懸掛系統（氣囊減震器）的專用牽引車-拖車或卡車如圖1所示。卡車運輸的發動機需要排空燃油系統。牽引車-拖車包括：矮車身或下陷車身拖車。卡車、牽引車-拖車必須要采用木質車廂底座，以便于系留和擋塊安裝。

運輸機用于空運，較為常用，可以裝運運輸車、運輸罐、貨盤等裝置裝載的發動機。

陸地火車運輸，較少采用，不允許運送運輸車裝載的發動機，僅允許運送運輸罐裝運的發動機。

美國空軍的F100等系列發動機，在使用運輸車運載時允許運輸時間在72 h以下的受限的海上運輸。發動機用防護罩進行保護，運輸車-發動機裝載在帶空氣懸掛系統（氣囊減震器）的封閉卡車或拖車內。

美國海軍主要使用密封運輸罐裝運發動機，海上運輸不受限。

2.3 通用運輸車運輸

通用發動機運輸車廣泛用于發動機存放、短距離轉移和長途運輸，可以裝運多種型號的發動機，可進行陸運、空運及受限的海運，不能用于鐵路運輸，不可以疊放。專用牽引車-拖車運輸裝載發動機的運輸車如圖2所示。陸運必須使用專用運輸車，拖車車廂有敞開式和封閉式2種，后者用于受限的海上運輸。

典型的通用型運輸車是Air Log 3000/3000E和4000系列運輸車。這些運輸車的特點是頂部2個標準導軌和下部4個標準充氣輪胎車輪。標準化通用化的導軌設計能夠實現運輸車與發動機安裝車、飛機發動機安裝導軌對接，實現發動機的轉移。

發動機通過支臂或安裝架-滾輪適配器安裝固定在運輸車上，在運輸狀態發動機必須使用防護罩，在使用維護狀態時不使用保護罩，運輸車-發動機系統如圖3所示[6]。防護罩帶有發動機漏油收集裝置，護罩與發動機尖角之間要安裝保護材料，以防止損傷。防護罩材料是0.10 mm（4MIL）的聚乙烯，以及有乙烯基涂層的玻璃布或相當的材料。防護罩是保護發動機的最基本的方法，不應被用作發動機存儲容器，限制使用期為45～180 d。

F119采用專門設計的發動機運輸系統（ESS）如圖4所示。ESS是1種增強型發動機安裝架，相較于以前的發動機安裝架，采用新的焊接整體結構，結構強度大幅提升，能夠滿足承載F119大推力發動機的要求；增加帶有鋼絲繩減震裝置，具有良好的減震性能。使用3000E運輸車或裝載能力為4536 kg等效的運輸車。

F135發動機配套設計了專用的發動機運輸車，與F119發動機類似的發動機運輸系統（ESS），如圖5所示[7]。在保持通用型運輸車基本形式的基礎上，增加了發動機支撐-連接結構和其他結構及系統。ESS有2種構型：構型1與F119發動機類似，采用矩形截面鋼管骨架；構型2采用圓形截面鋼管骨架。

2.4 運輸罐運輸

運輸罐能夠重復使用，適用各種運輸方式，因此被廣泛使用。按照材料分為金屬和玻璃纖維復合材料2種；按是否加壓可分為加壓和非加壓2種；按用途分為整臺發動機運輸罐和發動機部件運輸罐。整臺發動機的運輸罐主要使用加壓型運輸罐，一般使用干燥氮氣加壓。發動機部件運輸不需要加壓，使用非加壓型運輸罐。整臺發動機的非加壓型運輸罐不能用于空運。運輸罐裝載的發動機需要排空油。J57發動機和F119發動機運輸罐如圖6所示[8]。

按照TO 00-85-20的規定，加壓要求僅應用于可能包含剩余燃油的完整狀態的發動機。在發動機拆解過程中發動機模塊內的全部燃油都被去除的情況下，包裝箱不需要加壓。

發動機整體運輸罐多采用鋼材焊接密封容器設計。運輸罐的外形主要為平放圓柱形，少數采用其他空間形狀。一般都設計成上下兩半，下半段為運輸罐的承載主體，包括下罐體及其內部有發動機安裝支架及連接系統。下罐體底部有底座和鋼滑木等結構。罐體外還按需布置系留環。上半段為上蓋，外部有吊環等裝置。整個罐體能夠實現其中設備吊運和叉車叉運作業以及系留。上半段和下半段罐體之間多采用螺栓連接，并有橡膠條密封裝置。

下半段運輸罐內一般有鞍形發動機安裝座，發動機與底座之間使用快卸銷連接，安裝拆卸方便。鞍形安裝座與罐體之間一般安裝減震裝置，常用鋼絲繩減震器。增壓運輸罐帶有比較復雜的充氣和放氣裝置，以及濕度控制和指示裝置。

典型的燃氣渦輪發動機運輸罐的結構如圖7、8所示[9-11]。美國海軍和海軍陸戰隊艦載機的燃氣渦輪發動機普遍采用運輸罐裝置運輸。美國海軍的一些燃氣渦輪發動機的運輸罐如圖9所示。F/A-18艦載戰斗機的F404/F414發動機的運輸罐如圖10所示。

歐洲國家戰斗機發動機也采用密封運輸罐裝置。如英國羅羅公司的“斯貝”、“飛馬”和“阿杜爾”發動機，直至最新的EJ200發動機都采用密封罐裝置如圖11 所示[12]。

2.5 專用運輸車大涵道比渦扇發動機運輸

大型軍用運輸機的（大涵道比）渦扇發動機很多都是民用渦扇發動機的改型或衍生型，配套的專用運輸車與之相同或結構近似。如F118發動機（CFM56）使用ETU-111/E多用途運輸車（Multi-Purpose Trailer）如圖 12所示[13]。C-17運輸車的 F117-PW-100發動機（衍生自PW2000系列），則采用專用的TT90-F運輸車如圖13所示，可用于空運發動機[14]。TT90-F運輸車還有配套的PT90-F發動機舉升安裝車，二者的頂部寬軌距導軌能夠對接，實現發動機在二者之間的轉移[15]。

托架主要作用是支撐、保護和運輸發動機，分為支架和運輸架2部分，二者可通過鎖定銷釘進行組合和分離。在運輸狀態時，發動機使用專用防護罩進行保護，同戰斗機的加力式渦扇發動機相似。保護罩分為上下兩半，中間部分用拉鏈連接，并有防潮搭扣，需要使用MVPBAG自帶的鎖閉工具才能正確連接和封閉。主要作用是將發動機與外界環境隔開，防止有害氣體、有害液體、或外界潮氣對發動機本體及外圍管路附件造成損害。

2.6 托架運輸

F110發動機的ETU-114/E發動機運輸和儲存托架如圖14所示，用于存放和運輸安裝加力燃燒室的F110-GE-100（系列）發動機。托架組成部分包括外側剛性支撐結構和內側框架，二者之間使用彈性減震裝置連接。內側框架有與發動機安裝結構的連接接口。ETU-114/E托架可以使用帶空氣懸掛系統（氣囊減震器）的牽引車-拖車陸運。托架可以疊放，單臺拖車可以運輸1～4個托架-發動機。

ETU-114/E托架更詳細的資料尚未查閱到，有待補充。

3 中國軍用航空發動機的包裝運輸設計

中國軍用航空發動機儲存和包裝運輸基本上是沿用前蘇聯/俄羅斯體系[16]。存儲和包裝運輸裝置設計單一，基本上都采用木質結構包裝箱。采用汽車或火車陸運的方式。規范性文件是GJB1284-91《航空燃氣渦輪發動機的封存包裝》。

包裝箱主體結構使用木材，局部使用鋼制加強帶板以及系留環/吊耳等鋼件。包裝箱箱底上安裝固定鋼結構發動機固定支架，在支架上有發動機前后連接裝置，分別與前部推力銷座和后部加力筒體外的承力環連接。采用油紙和塑料封裝發動機安裝在支架上。木質包裝箱存在問題和不足，其效能低，不能有效滿足使用要求；密封性差，無減震裝置，無法有效保護發動機，容易造成發動機損傷；不能重復使用，浪費嚴重；沒有進行標準化設計，規格多，隨發動機變化。包裝箱與其他地面設備無法形成有效銜接。由于沒有減震裝置，因此發動機時常由于運輸振動而導致故障。由于各種原因，木質包裝箱裝置仍廣泛使用，已經不能適應發動機的發展。

針對無減震措施的木質包裝箱易損傷發動機、使用限制條件多等問題，國內有關單位進行帶減震措施的發動機運輸裝置的研制和發展。唐光輝等研制的1種航空發動機陸運減震裝置，但是可能由于設計上的局限和問題，沒有大面積推廣和應用。

4 發動機包裝運輸設計比較

通過對美國和中國軍用燃氣渦輪發動機的包裝運輸設計的介紹和分析，可以看出中國在這方面與美國的差距。

美國有完善的燃氣渦輪發動機包裝運輸規范和標準，設計技術先進，使用性能好。采用多種可重復使用的、有較高通用性的運輸裝置，包括：通用/專用運輸車+發動機安裝架/運輸系統、（密封）運輸罐、托架等。運輸裝置可以適應卡車陸運、運輸機空運/直升機吊運、船舶海運、火車陸運等多種運輸方式。采用標準化、通用化和系列化設計的通用運輸車+安裝架設計發動機安裝和拆卸，作業方便快捷，能夠實現運輸狀態與地面工作狀態的快速轉換。具有標準導軌及對接裝置的運輸車能夠與發動機安裝車、維護臺架的直接對接，實現發動機的快速轉移。帶有減震裝置的密封運輸罐裝置能夠實現對發動機的全面保護，適應幾乎所有運輸方式，充分滿足惡劣的海上環境的使用要求，被美國海軍廣泛使用。

中國采用比較單一的不帶減震裝置的木質包裝箱系統，使用火車和卡車運輸。這種包裝運輸設計不能實現對發動機的全面有效的保護：在運輸過程中的振動和沖擊載荷大，容易造成發動機部件和整機損傷；防潮、耐環境腐蝕密封措施不夠有效，不能對發動機進行有效保護，遠遠不能滿足海上使用要求；系統使用性能差、適應性差、運行效率低，主要適用于火車和卡車運輸，發動機拆卸、安裝和轉運作業較為繁瑣復雜，需要起吊設備；包裝箱一次性使用，浪費嚴重。從總體上看，中國發動機包裝運輸設計非常落后，與美國相比差距巨大，遠遠不能滿足空軍海軍發展需求。

5 改進中國發動機包裝運輸設計的建議

建議充分吸收借鑒美國的先進實用的發動機包裝運輸設計，改進完善中國軍用航空發動機包裝運輸設計。

在發動機運輸裝置方面，逐步淘汰一次性使用的木質包裝箱，采用與美國近似的可重復使用的通用型運輸車和運輸罐系統，適應空運和海運等新的高效運輸方式。借用美國發動機運輸車、安裝車和維修臺架、試車臺架的通用化、標準化設計，充分提高系統運行效率。采用帶有減震裝置的發動機安裝架，與F119和F135發動機的發動機運輸裝置（ESS）近似，在設計上采用鋼絲繩減震器等減震裝置，實現高減震性能，可直接使用普通卡車運輸。開發帶有減震裝置的發動機密封運輸罐系統，充分滿足海軍使用要求。

6 結束語

初步研究了軍用航空燃氣渦輪發動機的包裝運輸設計，詳細分析研究了美國的發動機包裝運輸設計，希望對中國的相關工作有所幫助。

[1]唐光輝，楊翠枝，郭明生，等.一種航空發動機陸運減震裝置的研制[J].航空維修與工程，2014（6）：28-30.TANG Guanghui,YANG Cuizhi,GUO Mingsheng,et al.Development of an aero-engine land transportation cushioning device[J].Aviation Maintenace&Engineering，2014（6）：28-30.(in Chinese)

[2]崔峰,齊曉松.一種航空發動機減震包裝箱的開發設計[EB/OL].[2017-09-10].http://www.csaa.org.cn/uploads/xiazai/lwj/3thmyfjgflt CUI Feng,QI Xiaosong.The design and development of packing box with shock absorber for an aeroengine[EB/OL].[2017-09-10].http://www.csaa.org.cn/uploads/xiazai/lwj/3thmyfjgflt

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[4]O 00-85-20 Technical manual-engine shipping instructions(15 Oct.2003，Change 7-15 May 2009)[EB/OL]. [2017-09-10].http://www.tinker.af.mil/shared/media/document/AFD-061220-061.PDF

[5]Navy photo gallery[EB/OL].[2017-09-10].http://www.navy.mil/view-Gallery.asp

[6]King bag and manufacturing jet engine covers[EB/OL].[2017-09-10].http://kingbag.com/aviation/

[7]F135 engine transport trailer[EB/OL].[2016-05-30].http://www.mechanicalprototypes.com/images/works/1.jpg

[8]Photos of trailers,adapters,bags,and containers that are typically used to ship military gas turbine engines [EB/OL].（2010-12-01）[2017-09-10]http://www.f-16.net/forum/viewtopic.php?p=186481

[9]TM 55-2840-251-23 Technical manual-aviation unit and aviation intermediate maintenance manual-turboprop power aircraft engine model T74-CP-700[EB/OL].[2017-09-10].http://www.liberatedmanuals.com/TM-55-2840-251-23.pdf

[10]TM 55-2840-251-23P Technical manual-aviation unit and intermediate maintenance-repair parts and special tools list(including depot maintenance repair parts and special tools)-engine,aircraft,turboprop T74-CP-700[EB/OL].[2017-09-10].http://www.liberatedmanuals.com/TM-55-2840-251-23p.pdf

[11]TM 55-2840-241-23 Technical manual-aviation unit and aviation intermediate maintenance manual-engine,aircraft,gas turbine model T63-A-720[EB/OL]. [2017-09-10].http://www.liberatedmanuals.com/TM-55-2840-241-23.pdf

[12]Photo of EJ200 engine container [EB/OL].[2017-09-10].http://eurofighter.airpower.at/ej200container-IMG_6244.jpg

[13]Photo of F-118 engine and ETU-111/E multipurpose trailer[EB/OL].[2017-09-10].https://www.amazon.com/multipurpose-Stratotanker-aircraft-re-engine-transport/dp/B00KFNV6MI

[14]TT90 Trailer[EB/OL].[2017-09-10].http://www.ddmach.com/ground-support/tt90-f-engine-transport-trailer/

[15]PT90 Engine lift trailer[EB/OL].[2017-09-10].http://www.ddmach.com/ground-support/pt90-f-engine-lift-trailer/

[16] Производство авиационных двигателей (60 фото)[EB/OL].(2015-03-22)[2017-09-10].http://nlo-mir.ru/tech/34128-proizvodstvo-aviacionnyh-dvigatelej-60-foto.html