航空发动机研制过程中，在成熟型号基础上改进改型，能缩短周期、节约成本，是航空发动机系列化发展的重要途径。从系统工程角度出发，探索航空发动机研发体系框架下的衍生型发动机需求分析方法，能够为发动机系列化发展提供参考。

在航空发动机的系统需求分析过程中，发动机类型和设计特点不同导致的需求差异会在需求梳理中直接体现出来，对于适应性改进的衍生型发动机，需求的差异分析起来较为困难。例如，同为大涵道比涡扇发动机，可以配装民用客机也可配装军用运输机，但是用途不同，设计侧重点不同，甚至研制体系不同，为需求分析带来挑战。本文主要针对以上情况，在基于系统工程的航空发动机产品研发框架下，以适应性改进发动机需求分析为例，重点研究基于差异的场景分析方法，以及不同考核标准的差异分析方法，为衍生型发动机需求分析与转化提供技术储备。

航空发动机系统需求分析

由于航空发动机的研制是典型的复杂系统工程，以需求为导向的工程活动一直存在于航空发动机的全生命周期^[1]。需求分析是需求管理的重要组成部分，需求分析包含需求的收集、确认、描述、分类、分解与整合等工作，通过原始需求和初始需求梳理和分析，获取系统需求，用于后续需求的分配和验证^[2]。

针对航空发动机研制，需求输入通常来源于飞机方、监管部门、用户和乘客等利益攸关方，同时还应考虑自身研制经验和发展需求。需求的梳理应秉承完整、准确、责任清晰、可追溯等原则，并且实施动态管理，当发生需求变更时应及时进行迭代和更新。需求分析细化过程中，应对需求进行准确定义和描述，并给出需求状态和需求验证方式^[3]。航空发动机系统需求分析流程如图1所示。

在适应性改进型发动机的需求分析过程中，需要考虑需求的继承、需求的差异，值得注意的问题有：如果需求的利益攸关方不同，需求的收集和捕获需要进行充分迭代，确保其完整性；改进型需求有明确的差异和潜在的差异，潜在的差异容易遗漏，需要利用系统的方法进行拆解；当发动机监督考核机制不同时，对于需求的验证有交叉与异同的部分应进行详细分析。

需求分析中的场景差异分析

场景分析方法

场景分析和假设分析是系统工程中基本的分析方法，用于计划制订者对未来不确定性的处理，其中，场景分析技术一直被军事战略家作为战略规划工具。场景分析是一种创造性思维， 通过场景分析，可以降低系统中重要需求被忽视的可能性， 同时开发场景的活动能够促进组织机构内部之间的沟通^[4]。

航空发动机运行场景具有多样性和复杂性，包括飞机交互、空中和地面使用、人员维护等，涉及多领域、多专业的耦合。场景分析可分层级、多维度开展。例如，按照层级分类，可分为发动机整机级运行场景、子系统层运行场景、零部件层运行场景^[5]。按照维度分类，可分为运行维度、发动机状态、内外部环境等^[6]。无论何种分类，应考虑场景的完整性和系统性，确保能够识别发动机全生命周期内的运行事件，包括正常运行和异常运行情况。

对于改进改型的发动机，发动机的架构比较稳定，可以开展少量基于场景的需求分析，优先对型号研发涉及的新的、特殊的场景，开展基于场景的需求分析，以提升研发效率、节约研发成本。针对飞机不同使用需求的差异，主要区别来自运行场景和任务场景，可按照场景清单逐层开展差异分析。

以简易跑道起降场景为例进行分析，如图2所示。从程序维，发动机运行阶段包括起动、慢车、起飞、着陆、反推、停车；从环境维，包括跑道距离、沙尘、积水等情况；从状态维，包括正常工作、喘振、失速等异常情况；从干系人维，包含飞机（短舱、环境控制系统、飞行控制系统）、人员（飞行员、地勤人员）、地面设备（地面检查设备、地面监测系统）等。

基于需求差异的场景分析

按照上述的场景分析方法，以程序维的地面起动场景和环境维的沙尘为例，开展需求分析过程中的场景分析，详见表1和表2。可以看出，在不同维度开展详细的分析时，每个场景在不同维度存在交叉。例如，起动场景分析中需要考虑沙尘环境，在沙尘场景分析中起动也是重要的组成部分。因此，在开展简易跑道相关场景分析时，每个维度都应交叉考虑，有助于避免需求的遗漏。

表1   地面起动场景分析（ 程序维举例 ）

表2   沙尘场景分析（ 环境维举例 ）  

需求分析中的体系差异分析

考核体系的差异

当考核体系存在差异时，会给衍生型产品的需求分析带来一定的困难，分析出的差异直接影响设计改进的增量和验证增量。以军用产品和民用产品的考核体系为例，差异体现在军用发动机按照军用装备研制体系进行设计和验证，鉴定考核受军方监管，在状态鉴定前，按国军标要求完成整机、零部件、系统/成附件的鉴定试验；民用发动机的设计和验证执行民用航空产品研制体系，由适航当局监管其适航取证，在适航取证前，按适航条款要求完成适航审定试验。

因考核体系不同导致的差异主要体现在需求的来源和需求验证上的差异。需求的来源表现利益攸关方需求不同，标准和规范体系不同，民用发动机侧重安全性和经济性，军用发动机侧重功能、性能，能够满意执行任务的工作要求。在需求的验证上，军用标准和民用标准有相同，也有交叉和不同，需要开展详细分析，确保每条需求验证的合理性，既能够进行全面验证，又能最大限度节约资源，缩短研制周期。

目前，在需求分析的层面，军用航空发动机设计和验证标准主要参照《航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范》（GJB241A）、《军用装备实验室环境试验方法》（GJB150）等，民用航空发动机参照的适航规定包括《航空发动机适航规定》（CCAR-33）、《机载设备环境条件和试验程序》（DO-160）、《运输类飞机适航标准》（动力装置相关条款）（CCAR25R4）、《涡轮发动机飞机燃油排泄和排气排出物规定》（CCAR-34）、《航空器型号和适航合格审定噪声规定》（CCAR-36）等。

另外，在我国装备试验鉴定新形势下，装备试验鉴定体系通过改革，试验鉴定全面进入科学化和规范化发展。按照试验鉴定的新要求，装备试验分为性能试验、作战试验和在役考核三大类，分别支撑状态鉴定、列装定型和改进升级。为加速新体制下航空发动机试验鉴定创新发展，在发展衍生型号时，可参考装备试验鉴定指导性文件《装备试验鉴定数据采信通用要求》，遵循一致性、等效性、覆盖性、可信性等方面的原则，充分考虑发动机全生命周期，满足3个试验阶段的验证需求，最终形成可追踪的需求验证矩阵。

基于考核标准差异的需求分析

通过比较国军标和适航标准的差异，可知军用、民用发动机某些试验要求是一致的，GJB241A基本涵盖了CCAR-33中涡喷、涡扇发动机相关的技术要求，但是对于同一技术要素，两者存在较大差异。例如，在结构完整性（超温、超转、包容性、压力容器）、环境适应性（吸鸟、吸雹）、持久试车等重点内容上，两者在技术要求上存在明显差异^[7]，在军转民发动机需求分析过程中，需要通过详细的对比分析，梳理出补充验证项目。

以发动机噪声要求为例，首先开展国军标和适航标准的差异分析（见表3），通过差异分析可知，军用、民用发动机噪声要求侧重不同，民用发动机侧重环境保护指标，军用发动机还要考虑噪声对人员、设备的影响，以及噪声环境下发动机构件的声疲劳问题。因此，通过差异分析可知，应在远场噪声级要求基础上增加发动机近场声载荷测量，考虑噪声环境下的强度和寿命设计。

表3   国军标和适航要求差异分析（ 以噪声要求为例 ）

根据以上军民用标准的差异分析，在系统需求分析中将其进行转化，在需求验证分析上得以体现。航空发动机需求的验证方法包括分析、类比、检查、试验验证（地面试车、高空台、试飞、零部件试验）等。以噪声试验验证为例，可通过需求分析形成需求验证追踪矩阵（见表4），用于后续对需求验证结果和验证符合性进行追踪，需求发生变更时方便进行动态管理。

表4   需求验证追踪矩阵举例

结束语

从航空发动机产品研发角度，衍生型或改进型发动机的需求分析可以从需求的差异入手，包括使用场景的差异、考核体系的差异等，以上差异应在发动机系统需求中进行体现，并在需求管理中进行跟踪。在需求差异分析应用过程中，为保证需求的完整性，需要借助于系统的分析工具；为保证需求验证的效能，应按照实现全面验证，又能节约资源的原则开展系统的差异分析；另外，除了考虑研发域的需求，还应考虑制造域、采购域、质量域等其他领域的需求，才能切实加速发动机研制进程，提升产品竞争力。

（张丹玲，中国航发沈阳发动机研究所，高级工程师，主要从事航空发动机总体技术、声学设计工作）

参考文献

[1] 朱日兴. 航空发动机需求追溯管理分析[J]. 民用飞机设计与研究，2012,3:105-110.

[2] 史妍妍. 航空发动机集成产品开发的需求管理流程[J]. 航空动力，2020,3:41-43.

[3] 史妍妍. 基于需求的航空发动机研制过程分析[J]. 航空科学技术，2017,1:48-53.

[4] INCOSE 国际系统工程协会.系统工程手册[M].北京：机械工业出版社，2013.

[5] 李志敏. 基于模型的发动机场景分析方法[J]. 航空动力, 2022,1:28-31.

[6] 王常亮. 航空发动机功能分析方法研究[J]. 航空动力, 2021,6:51-54.

[7] 唐伟. FAR33与GJB241A技术要求对比分析[J]. 航空标准化与质量，2012,4:36-40.