直升機(jī)機(jī)載產(chǎn)品環(huán)境鑒定試驗(yàn)故障分析

彭望舒，于晴

（中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所 綜合技術(shù)研究室，江西 景德鎮(zhèn) 333001）

環(huán)境試驗(yàn)是指產(chǎn)品達(dá)到性能要求后，為保證產(chǎn)品能夠耐受預(yù)期的極端環(huán)境，并在該惡劣的環(huán)境下正常工作而必須進(jìn)行的一系列的研制或驗(yàn)證試驗(yàn)。目的在于驗(yàn)證材料和產(chǎn)品是否達(dá)到在研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造中預(yù)期的質(zhì)量目標(biāo)[1]。進(jìn)行并通過環(huán)境試驗(yàn)是提高產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性的重要手段，也是評(píng)價(jià)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性的依據(jù)[2]。

環(huán)境試驗(yàn)主要包括自然環(huán)境試驗(yàn)、使用環(huán)境試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)[3]，在型號(hào)的研制中主要以實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)為考核手段[4]。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)主要包括環(huán)境適應(yīng)性研制試驗(yàn)、環(huán)境響應(yīng)調(diào)查試驗(yàn)、飛行安全環(huán)境試驗(yàn)、環(huán)境鑒定試驗(yàn)、環(huán)境例行和驗(yàn)收試驗(yàn)[5-6]。因環(huán)境鑒定試驗(yàn)通常是考核直升機(jī)機(jī)載產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性的最后一道關(guān)卡，其重要性是不言而喻的。但是對(duì)環(huán)境鑒定試驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行分析的過程中，發(fā)現(xiàn)存在著試驗(yàn)故障頻發(fā)的現(xiàn)象，其中不僅有材料及表面處理方式選用不當(dāng)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)的問題，還有質(zhì)量控制程序把控不夠嚴(yán)格的問題。這些問題應(yīng)在機(jī)載產(chǎn)品研制階段通過環(huán)境適應(yīng)性研制試驗(yàn)誘發(fā)出現(xiàn)，而不應(yīng)該在鑒定試驗(yàn)階段出現(xiàn)[7]。每一次故障都意味著原因的排查、結(jié)果的反饋、產(chǎn)品的更改討論、更改方案的確定、試驗(yàn)件的生產(chǎn)、試驗(yàn)件入廠的再一次試驗(yàn)。在如今緊湊的型號(hào)研制流程中，機(jī)載產(chǎn)品環(huán)境鑒定試驗(yàn)反復(fù)出現(xiàn)故障不僅會(huì)造成工作的反復(fù)，甚至?xí)绊懶吞?hào)的進(jìn)度。

1 環(huán)境試驗(yàn)故障

通過對(duì)某型直升機(jī)新研改型機(jī)載產(chǎn)品的環(huán)境試驗(yàn)調(diào)查、跟蹤與總結(jié)，發(fā)現(xiàn)直升機(jī)產(chǎn)品在環(huán)境鑒定試驗(yàn)中往往故障頻發(fā)，64項(xiàng)新研改型產(chǎn)品在進(jìn)行環(huán)境鑒定試驗(yàn)中，共有25項(xiàng)產(chǎn)品發(fā)生50次故障。通過對(duì)故障情況進(jìn)行梳理，如圖1所示，發(fā)現(xiàn)三防和振動(dòng)造成的故障次數(shù)最多，高達(dá)43項(xiàng)。其有部分原因是因?yàn)槿?、運(yùn)輸振動(dòng)、振動(dòng)耐久未納入首飛安全性環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目中，在之前的環(huán)境試驗(yàn)中未經(jīng)過考核，而高低溫工作、振動(dòng)功能、沖擊、加速度等試驗(yàn)項(xiàng)目在首飛安全性環(huán)境試驗(yàn)中已經(jīng)過考核。但環(huán)境鑒定試驗(yàn)作為新研改型設(shè)備定型的重要依據(jù)之一，不應(yīng)有如此故障頻發(fā)的現(xiàn)象。比如雷達(dá)系統(tǒng)在鑒定試驗(yàn)中發(fā)生7次故障，其中霉菌試驗(yàn)發(fā)生2次故障，鹽霧試驗(yàn)發(fā)生3次故障，高溫貯存及振動(dòng)耐久試驗(yàn)分別發(fā)生1次故障；導(dǎo)航裝置發(fā)生7次故障，其中在振動(dòng)、鹽霧試驗(yàn)時(shí)分別發(fā)生兩次故障，在沖擊、濕熱、霉菌試驗(yàn)時(shí)分別發(fā)生一次故障；外掛系統(tǒng)發(fā)生了4次故障；天線收放裝置、飛行記錄系統(tǒng)發(fā)生了3次故障。

圖1 新研改型產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)故障次數(shù)

2 故障分析

濕熱易造成電子元器件的短路、損壞[8-9]，鹽霧造成金屬的腐蝕，霉菌造成非金屬材料的長(zhǎng)霉，振動(dòng)造成結(jié)構(gòu)的破壞。因50項(xiàng)試驗(yàn)故障一一列舉較為繁雜，文中只對(duì)其中部分故障進(jìn)行梳理，見表1。

表1 部分環(huán)境鑒定試驗(yàn)故障情況

參照表1，雷達(dá)系統(tǒng)和搜索導(dǎo)航裝置的環(huán)境試驗(yàn)中發(fā)生的故障如下所述。

1）因材料選用和表面處理方法不當(dāng)導(dǎo)致試驗(yàn)故障。雷達(dá)系統(tǒng)中橡膠繩未添加防霉材料、電纜未刷三防漆，導(dǎo)致兩次霉菌故障、一次鹽霧故障；搜索導(dǎo)航裝置中操縱桿選取不耐霉菌的玻璃纖維 BMC、緊定鉤選取不耐蝕的材料，導(dǎo)致一次霉菌故障、一次鹽霧故障。

2）因產(chǎn)品設(shè)計(jì)存在缺陷導(dǎo)致試驗(yàn)故障。缺乏熱設(shè)計(jì)和耐震設(shè)計(jì)，雷達(dá)系統(tǒng)局部過熱、螺釘無防松措施，導(dǎo)致一次高溫貯存故障和振動(dòng)耐久故障；搜索導(dǎo)航裝置螺釘強(qiáng)度不夠、電源模塊膠結(jié)強(qiáng)度不夠，造成兩次振動(dòng)故障。

3）因質(zhì)量控制程序不夠嚴(yán)格導(dǎo)致試驗(yàn)故障。雷達(dá)系統(tǒng)中因電連接器鈍化膜厚度不均勻、水管和法蘭焊接處涂裝道數(shù)不夠，導(dǎo)致兩次鹽霧故障；搜索導(dǎo)航裝置中因焊接處未固定好、裝配時(shí)鍍層擦傷、電鍍工藝控制不合理導(dǎo)致一次沖擊故障、一次濕熱故障、一次鹽霧故障。

雖然環(huán)境試驗(yàn)造成故障的原因各不相同，但對(duì)故障原因進(jìn)行梳理可以發(fā)現(xiàn)，很多故障實(shí)際上是可以從源頭避免的，而不是通過環(huán)境鑒定試驗(yàn)去發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中存在的缺陷。對(duì)50項(xiàng)產(chǎn)品故障的原因進(jìn)行梳理歸類，見表2。從表2中可以發(fā)現(xiàn)，在環(huán)境試驗(yàn)中，材料及表面處理方法的選用不當(dāng)、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的缺失、質(zhì)量控制程序不夠嚴(yán)格是造成產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)故障的主要原因。

表2 產(chǎn)品環(huán)境鑒定試驗(yàn)故障原因歸類

3 故障解決方法

3.1 材料及表面處理方法選用

材料、表面處理方法的選用不當(dāng)是造成三防試驗(yàn)故障最重要的原因，該結(jié)論與美國 AD報(bào)告中指出“腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)中材料的選擇是設(shè)計(jì)中最重要的一部分”的觀點(diǎn)是一致的。究其根本原因，是因?yàn)樵O(shè)計(jì)員在設(shè)計(jì)產(chǎn)品過程中，對(duì)材料及表面處理的耐三防性能沒有直觀的概念。如雷達(dá)系統(tǒng)中密封圈選用7D17-J710-2這種不耐霉材料、制冷系統(tǒng)中電磁鐵外殼選用 DT4E純鐵，而該種材料明顯是無法通過霉菌及鹽霧試驗(yàn)的。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)欲避免該類問題的發(fā)生，主要有以下兩種辦法。

1）盡早安排環(huán)境適應(yīng)性研制試驗(yàn)。若能在設(shè)計(jì)初期，盡早安排環(huán)境適應(yīng)性研制試驗(yàn)，誘發(fā)產(chǎn)品中可能存在的材料及表面處理方法選用不當(dāng)?shù)膯栴}，則產(chǎn)品鑒定時(shí)，可有效避免故障的發(fā)生。MIL-STD-810C[10]的一份背景資料中指出：810C應(yīng)盡早用于產(chǎn)品的研制階段，用得越早，越節(jié)省成本。美國國防部第5000.3號(hào)指令《試驗(yàn)與評(píng)價(jià)》中《在武器系統(tǒng)采辦過程中試驗(yàn)與評(píng)價(jià)工作應(yīng)盡早開始》也指出：環(huán)境試驗(yàn)的重點(diǎn)應(yīng)放在研制階段的早期，應(yīng)從設(shè)計(jì)、材料、元器件、工藝設(shè)計(jì)上考慮環(huán)境要求。其重點(diǎn)是要加強(qiáng)研制階段早期的環(huán)境工程研制（適應(yīng)性增長(zhǎng)）試驗(yàn)，以便早發(fā)現(xiàn)耐環(huán)境設(shè)計(jì)方面存在的問題，并及早加以解決。

2）建立全面的材料及表面處理方法環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)庫。設(shè)計(jì)員在選用材料時(shí)，因不了解材料的耐三防性能的數(shù)據(jù)，從而不合理地選用材料及表面處理方法，是造成環(huán)境試驗(yàn)故障的重要原因。如果能建立有效、全面的材料環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)庫，設(shè)計(jì)員在設(shè)計(jì)過程中，隨時(shí)可以調(diào)用該材料及表面處理方法的各項(xiàng)耐環(huán)境能力，則該故障是可以避免的。設(shè)計(jì)員在進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)注重收集材料及表面處理方法的環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)，最終積累形成較為全面的環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)庫。

目前歐美等國家已建立了完整的材料環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)庫[11]，其加速試驗(yàn)及相關(guān)工作不斷取得新突破[12-13]。國內(nèi)的環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)的積累從“十五”開始，已經(jīng)步入了良性發(fā)展的軌道。目前，在數(shù)據(jù)生產(chǎn)基地建設(shè)、數(shù)據(jù)資源整合、規(guī)范采集與積累、質(zhì)量保證、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫研究、數(shù)據(jù)手冊(cè)編制等方面已取得了一定的進(jìn)步[14]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前國防科技工業(yè)自然環(huán)境試驗(yàn)研究中心采集積累的各類材料及產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)約有37萬個(gè)[15]。但是目前也僅僅是完成了數(shù)據(jù)的積累，缺乏面向產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用和綜合性研究。如何整合優(yōu)勢(shì)資源，建立一套較為完整、科學(xué)的環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)庫體系是其中的關(guān)鍵所在。

3.2 盡早暴露設(shè)計(jì)缺陷

設(shè)計(jì)員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，因?qū)Ξa(chǎn)品的性能了解不充分，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。如雷達(dá)系統(tǒng)在高溫貯存試驗(yàn)時(shí)局部過熱、固定螺釘無防松措施；直流配電盒安裝螺釘較少，接收設(shè)備未采取防震措施等。對(duì)該類故障進(jìn)行歸類可以發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)缺陷主要是由于產(chǎn)品缺少熱設(shè)計(jì)與防震設(shè)計(jì)。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)欲避免該類問題的發(fā)生，除利用環(huán)境適應(yīng)性研制試驗(yàn)進(jìn)行摸底以外，還可以在方案設(shè)計(jì)階段及詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，通過熱仿真及振動(dòng)模態(tài)分析的方法從理論上分析產(chǎn)品的熱設(shè)計(jì)與防震性能。

3.3 嚴(yán)格控制質(zhì)量程序

生產(chǎn)工藝的控制與產(chǎn)品的質(zhì)量息息相關(guān)，而試驗(yàn)工藝的控制直接影響了試驗(yàn)的結(jié)果。從表 2中可以看出，50項(xiàng)環(huán)境試驗(yàn)故障中竟有14項(xiàng)是因?yàn)樯a(chǎn)及試驗(yàn)工藝控制不夠嚴(yán)格而造成的，而這些故障無疑是最必須也是最容易避免的。為避免生產(chǎn)及試驗(yàn)工藝的失誤與質(zhì)量控制不夠嚴(yán)格，需加強(qiáng)工藝質(zhì)量管理，規(guī)范工藝步驟的操作，形成工藝流程手冊(cè)及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)工藝人員的培訓(xùn)，對(duì)工藝人員的操作規(guī)范性進(jìn)行考核。

4 結(jié)論

對(duì)某型直升機(jī)環(huán)境鑒定試驗(yàn)故障進(jìn)行分析研究，得出以下結(jié)論。

1）環(huán)境鑒定試驗(yàn)故障中三防及振動(dòng)試驗(yàn)故障頻率最高。

2）故障發(fā)生的主要原因?yàn)椋翰牧霞氨砻嫣幚矸绞竭x用不當(dāng)、設(shè)計(jì)缺陷、質(zhì)量控制程序把控不嚴(yán)格。

3）為解決環(huán)境鑒定試驗(yàn)故障的頻發(fā)，可采取以下措施：產(chǎn)品應(yīng)在C階段安排環(huán)境適應(yīng)性研制試驗(yàn)，并在S階段給出具體的解決措施和改進(jìn)方法，且通過試驗(yàn)驗(yàn)證；積累環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)，建立全面的材料環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)庫；方案設(shè)計(jì)及詳細(xì)設(shè)計(jì)階段通過熱仿真及振動(dòng)模態(tài)分析進(jìn)行產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)；加強(qiáng)工藝質(zhì)量管理、規(guī)范工藝步驟的操作、形成工藝流程手冊(cè)及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、加強(qiáng)工藝人員的培訓(xùn)。