氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過(guò)程關(guān)鍵數(shù)據(jù)控制方法探究

薛方凝 蹇 玥 楊天逸

（北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所，北京 100074）

氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過(guò)程關(guān)鍵數(shù)據(jù)控制方法探究

薛方凝 蹇 玥 楊天逸

（北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所，北京 100074）

氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過(guò)程是一個(gè)連續(xù)、復(fù)雜的生產(chǎn)服務(wù)過(guò)程，只有嚴(yán)格控制試驗(yàn)過(guò)程，才能確保試驗(yàn)質(zhì)量和安全。對(duì)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的試驗(yàn)過(guò)程、工藝、設(shè)計(jì)進(jìn)行了關(guān)鍵特性分析，找出了關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提出了氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過(guò)程關(guān)鍵數(shù)據(jù)的控制措施和緊急處置控制方法，使得試驗(yàn)關(guān)鍵過(guò)程得到了有效控制，有助于試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的實(shí)現(xiàn)。

氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)，試驗(yàn)，關(guān)鍵，緊急處置

隨著新一代運(yùn)載火箭研制、探月工程三期、導(dǎo)航二代二期等重點(diǎn)航天工程研制任務(wù)進(jìn)入關(guān)鍵階段，我國(guó)航天軍品試驗(yàn)任務(wù)進(jìn)入高峰期。目前，我國(guó)氫氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)研制工作已經(jīng)取得了重大進(jìn)展，而隨著研制進(jìn)程的不斷推進(jìn)，在型號(hào)研制過(guò)程中也暴露出了某些薄弱環(huán)節(jié)，例如，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析不到位、現(xiàn)場(chǎng)管理不夠完善等，這表明，在關(guān)鍵特性識(shí)別、量化控制、外包管理等環(huán)節(jié)，型號(hào)研制仍需進(jìn)一步提高精細(xì)化管理水平。針對(duì)科研生產(chǎn)任務(wù)要求，強(qiáng)化管理是試驗(yàn)成功的有力保障，加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵過(guò)程、關(guān)鍵崗位、關(guān)鍵數(shù)據(jù)的把控，能夠有效地確保試驗(yàn)質(zhì)量、安全、風(fēng)險(xiǎn)、計(jì)劃受控。

以氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)為例，試驗(yàn)過(guò)程是一個(gè)連續(xù)、復(fù)雜的生產(chǎn)服務(wù)過(guò)程。對(duì)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過(guò)程、工藝、設(shè)計(jì)進(jìn)行關(guān)鍵特性分析，在試驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中對(duì)關(guān)鍵過(guò)程進(jìn)行重點(diǎn)控制[1]，有利于確保試驗(yàn)質(zhì)量。本文在氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)關(guān)鍵過(guò)程識(shí)別的同時(shí)，也明確了應(yīng)急預(yù)案制定、崗位職責(zé)、判斷依據(jù)和實(shí)施細(xì)則，確保應(yīng)急預(yù)案人員分工明確、職責(zé)清楚、條理清晰。

1 氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)組成

以某型號(hào)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)為例，其試驗(yàn)系統(tǒng)由推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、吊運(yùn)系統(tǒng)等組成，主要用于完成氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)任務(wù)，如圖1所示。

2 氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的識(shí)別與控制

關(guān)鍵過(guò)程即對(duì)形成產(chǎn)品的質(zhì)量起決定性作用的過(guò)程[2]，包括形成關(guān)鍵、重要特征的過(guò)程，以及加工難度大、質(zhì)量不穩(wěn)定、易造成重大經(jīng)濟(jì)損失的過(guò)程等。根據(jù)《某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)熱試驗(yàn)維護(hù)使用條件AA0-0JT4》氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)任務(wù)書(shū)，梳理氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的工作流程[3]，如表1所示。

由表1可以看出，氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)共分為24道工序，下面從設(shè)計(jì)關(guān)鍵特性、工藝關(guān)鍵特性、過(guò)程關(guān)鍵特性等3個(gè)方面進(jìn)行分析與實(shí)施。

2.1 氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)關(guān)鍵特性分析

2.1.1 氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)關(guān)鍵特性確定

通過(guò)開(kāi)展嚴(yán)酷度分類(lèi)、故障模式分析、危險(xiǎn)性分析等工作，對(duì)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)進(jìn)行事故模式分析。

在氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過(guò)程中，氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)地面吹除壓力控制不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求值、點(diǎn)火回路阻值不符合要求、低溫閥門(mén)故障的危險(xiǎn)性較大，設(shè)計(jì)功能出現(xiàn)問(wèn)題將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞、重大經(jīng)濟(jì)損失、試驗(yàn)重要步驟無(wú)法進(jìn)行或影響試驗(yàn)進(jìn)度。綜上所述，發(fā)動(dòng)機(jī)地面吹除系統(tǒng)、點(diǎn)火回路阻值、低溫閥門(mén)故障應(yīng)設(shè)定為設(shè)計(jì)關(guān)鍵特性。

2.1.2 某型號(hào)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)單點(diǎn)失效模式分析

（1）單點(diǎn)失效模式分析元件確認(rèn)

依據(jù)FMECA分析，對(duì)嚴(yán)酷度級(jí)別為Ⅰ、Ⅱ的設(shè)計(jì)關(guān)鍵元件進(jìn)行單點(diǎn)失效模式分析[4]，包括安全閥、爆破片、控制電源、點(diǎn)火線(xiàn)路、吊車(chē)、低溫閥門(mén)故障等。

（2）單點(diǎn)失效模式分析

表1 某氫氧型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)工藝流程表

單點(diǎn)失效模式的識(shí)別依據(jù)為：產(chǎn)品故障模式是否會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障、產(chǎn)品內(nèi)部是否有冗余或替代操作程序作為補(bǔ)救[5]。依據(jù)這一原則，對(duì)以上設(shè)計(jì)元件進(jìn)行識(shí)別，得出以下結(jié)論：

吊車(chē)無(wú)法安全吊裝發(fā)動(dòng)機(jī)，點(diǎn)火回路阻值不符合要求無(wú)法通過(guò)替代程序補(bǔ)救，且由于以上設(shè)備均為重大設(shè)備，較難設(shè)置冗余備份，故確定為Ⅰ、Ⅱ類(lèi)單點(diǎn)故障模式，需進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量控制。

低溫閥門(mén)出現(xiàn)異常。在主級(jí)段試驗(yàn)過(guò)程中，29m3容器隔離閥打開(kāi)異常，無(wú)法進(jìn)行液氧貯箱液位調(diào)整，液氧將首先耗盡，液氧總量無(wú)法滿(mǎn)足試驗(yàn)要求，會(huì)造成氣蝕關(guān)機(jī)，故確定為Ⅰ、Ⅱ類(lèi)單點(diǎn)故障模式，需進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量控制。

安全閥無(wú)法開(kāi)啟，安全閥開(kāi)啟壓力過(guò)低，爆破片失效，控制系統(tǒng)供電不符合要求。其中，安全閥、爆破片作為貯箱安裝泄放裝置可互為冗余，控制電源可通過(guò)UPS（不間斷電源）提供冗余的方法進(jìn)行補(bǔ)救。因此，以上故障模式不作為Ⅰ、Ⅱ類(lèi)單點(diǎn)故障模式。

2.2 氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)工藝關(guān)鍵特性分析

通過(guò)分析，某型號(hào)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)歸納出的工藝關(guān)鍵特性包括：推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)中，爆破片、安全閥、貯箱壓力、容積、管道壓力、閥門(mén)承壓；點(diǎn)火系統(tǒng)中，點(diǎn)火回路阻值；配氣系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)地面吹除壓力；控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)電源。涉及的具體工藝程序包括：液氫液氧加注、點(diǎn)火試驗(yàn)，以及發(fā)動(dòng)機(jī)試后處理。將這些工藝關(guān)鍵特性歸入試驗(yàn)系統(tǒng)工藝流程中進(jìn)行統(tǒng)一分析。

為了確保試驗(yàn)安全、可靠地完成，利用工藝FMECA（故障模式、影響及危害性分析）方法分析某型號(hào)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)工藝過(guò)程的每個(gè)環(huán)節(jié)，并根據(jù)分析結(jié)果確定出氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)的工藝關(guān)鍵特性及其過(guò)程控制要求，從而確保試驗(yàn)質(zhì)量。

2.3 氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過(guò)程關(guān)鍵特性分析

2.3.1 氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過(guò)程FMECA的評(píng)判方法

按照嚴(yán)酷度等級(jí)S、發(fā)生概率等級(jí)O、檢測(cè)難度等級(jí)D，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行故障分析，得出RPN（風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)）值，分析試驗(yàn)系統(tǒng)的過(guò)程FMECA。

2.3.2 氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過(guò)程控制結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)各項(xiàng)試驗(yàn)過(guò)程的分析，判斷出RPN值明顯超出其它過(guò)程的項(xiàng)目。以氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)為例，在23項(xiàng)試驗(yàn)過(guò)程分析中，多數(shù)過(guò)程的RPN值在28以下，其中有3項(xiàng)明顯超出其它過(guò)程，具體為“火工品安裝和測(cè)試”、“自動(dòng)緊急關(guān)機(jī)程序測(cè)試”和“綜合測(cè)試”。確定上述3項(xiàng)為試驗(yàn)過(guò)程關(guān)鍵特性，控制方法如下：

（1）火工品安裝和測(cè)試

過(guò)程控制要求：使用力矩扳手安裝點(diǎn)火器、電爆管，控制鎖緊力矩；使用1941A型數(shù)字多用表、兆歐表測(cè)量電爆管、點(diǎn)火器線(xiàn)路阻值，將正常值與測(cè)量值比較；測(cè)量點(diǎn)火電纜與點(diǎn)火器、電爆管之間的回路電阻；測(cè)量絕緣電阻。最終，通過(guò)各崗位人員有效檢查，填寫(xiě)記錄表，達(dá)到過(guò)程控制要求。

（2）自動(dòng)緊急關(guān)機(jī)程序測(cè)試

過(guò)程控制要求：對(duì)7種自動(dòng)緊急關(guān)機(jī)條件進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)前進(jìn)行程序檢查，通過(guò)各崗位人員有效檢查，填寫(xiě)記錄表，達(dá)到過(guò)程控制要求。

（3）試驗(yàn)系統(tǒng)綜合測(cè)試

過(guò)程控制要求：檢查試驗(yàn)臺(tái)的液路、氣路、控制及測(cè)量系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)在試驗(yàn)全過(guò)程中的工作協(xié)調(diào)性和準(zhǔn)確性。綜合測(cè)試在正常情況下進(jìn)行3次，包括自動(dòng)緊急關(guān)機(jī)測(cè)試、手動(dòng)緊急關(guān)機(jī)測(cè)試和正常關(guān)機(jī)測(cè)試。通過(guò)各崗位有效檢查、測(cè)量，填寫(xiě)《某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)單元檢查綜合測(cè)試記錄表》，達(dá)到過(guò)程控制要求。

2.4 氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過(guò)程控制措施

2.4.1 氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)關(guān)鍵過(guò)程識(shí)別

通過(guò)對(duì)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過(guò)程3類(lèi)關(guān)鍵特性的分析，明確了氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中的關(guān)鍵崗位和關(guān)鍵過(guò)程，并制定了氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)關(guān)鍵過(guò)程管理要求，關(guān)鍵工序根據(jù)3類(lèi)關(guān)鍵特性和關(guān)鍵過(guò)程分析的內(nèi)容制定，關(guān)鍵工序應(yīng)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，對(duì)關(guān)鍵或重要特性嚴(yán)格執(zhí)行自檢、互檢和專(zhuān)職檢查流程，并進(jìn)行實(shí)測(cè)記錄。氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)關(guān)鍵過(guò)程要嚴(yán)格執(zhí)行“三定”原則，即：定人員，定設(shè)備，定方法，同時(shí)對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制實(shí)施表格化管理。

2.4.2 氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)關(guān)鍵設(shè)備管理

氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)關(guān)鍵過(guò)程操作中所使用的設(shè)備、工裝、計(jì)量器具等必須符合試驗(yàn)任務(wù)書(shū)及工藝規(guī)程要求，并具有表明經(jīng)測(cè)試、檢定有效的合格證明或標(biāo)識(shí)。通過(guò)設(shè)備日常檢查和維護(hù)，制定詳細(xì)的檢查項(xiàng)目，崗位人員負(fù)責(zé)具體的檢查工作，落實(shí)“點(diǎn)檢制”，同時(shí)，明確設(shè)備指標(biāo)和日常維護(hù)要求、常見(jiàn)故障和解決方法。

2.4.3 氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)關(guān)鍵過(guò)程控制方法

針對(duì)上述分析出的氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)關(guān)鍵過(guò)程，制定相應(yīng)的控制方法，以某型號(hào)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)火工品安裝和測(cè)試關(guān)鍵過(guò)程為例，控制方法為：

關(guān)鍵崗位：某型號(hào)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)火工品安裝工作由30號(hào)崗位（王某、路某）承擔(dān)；火工品測(cè)試工作由1號(hào)崗位（劉某、王某）承擔(dān)。

關(guān)鍵設(shè)備：力矩扳手（型號(hào)B-101B-1，規(guī)格：40N·m～100N·m）；兆歐表（500MΩ）；數(shù)字多用表（BY1941A）

控制方法：

（1）安裝點(diǎn)火器步驟

操作員擰下點(diǎn)火器孔座堵頭，在點(diǎn)火器上安裝專(zhuān)用墊片，在點(diǎn)火器螺紋上涂少許7805油膏，將點(diǎn)火器安裝到點(diǎn)火器孔座內(nèi)，使用力矩扳手?jǐn)Q緊，鎖緊力矩為50N·m。安裝完畢后，按三檢制，完成自檢、副崗復(fù)檢、組長(zhǎng)專(zhuān)檢，確定無(wú)誤后，按AT0B-JT5《發(fā)動(dòng)機(jī)使用維護(hù)技術(shù)條件》規(guī)定，給點(diǎn)火器打保險(xiǎn)。

（2）火工品測(cè)試

1號(hào)崗位人員用1941A型數(shù)字多用表，在控制臺(tái)上測(cè)量電爆管、點(diǎn)火器線(xiàn)路阻值；將正常值與測(cè)量值比較，正確無(wú)誤后，向0號(hào)崗位報(bào)告測(cè)試結(jié)果。其中，點(diǎn)火器測(cè)量電阻1和2、3和4間的電阻值應(yīng)接近0；1和3、2和4間電阻值應(yīng)在1.2Ω～2.3Ω范圍內(nèi)，與合格證上的電阻值之差不大于±0.15Ω；檢查電流不大于50mA。點(diǎn)火電纜與點(diǎn)火器之間的回路電阻阻值應(yīng)等于點(diǎn)火電纜、測(cè)量電纜、點(diǎn)火器電阻值之和，偏差應(yīng)不大于±0.15Ω；檢查電流小于50mA。1號(hào)崗位兩人配合利用兆歐表進(jìn)行點(diǎn)火器絕緣電阻測(cè)量，絕緣電阻要求不小于20MΩ。

3 氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)關(guān)鍵特性效果分析

通過(guò)對(duì)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)流程的全面梳理與分析，辨識(shí)出氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中的關(guān)鍵過(guò)程項(xiàng)目，制定針對(duì)性措施并落實(shí)到位，使試驗(yàn)關(guān)鍵過(guò)程得到有效控制，達(dá)到降低試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)、預(yù)防質(zhì)量問(wèn)題發(fā)生、確保試驗(yàn)圓滿(mǎn)成功的工作目標(biāo)，為型號(hào)試驗(yàn)保駕護(hù)航。因此，推進(jìn)規(guī)范化、精細(xì)化質(zhì)量管理，實(shí)施科學(xué)量化的全過(guò)程控制，做好試驗(yàn)過(guò)程關(guān)鍵崗位、關(guān)鍵過(guò)程的控制，緊急處置預(yù)案的識(shí)別和實(shí)施，可有效地提升保質(zhì)量和保安全的能力。

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