基于適航審查的飛機(jī)實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)質(zhì)量管控模型

尚文

(中國飛機(jī)強(qiáng)度研究所 質(zhì)量安全管理部， 西安 710065)

0 引 言

近年來，民用飛機(jī)全球化日趨發(fā)展，飛機(jī)在運(yùn)營階段遭遇低溫、濕熱、暴風(fēng)雪、結(jié)冰等極端氣候的機(jī)會也逐年增大[1-2]。極端氣候可引起機(jī)體材料和液體物理、化學(xué)性質(zhì)變化，通常會降低飛機(jī)性能，甚至使飛機(jī)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)以及設(shè)備功能喪失，因此引起各大飛機(jī)制造商對于民用飛機(jī)氣候適應(yīng)性的廣泛關(guān)注[3-4]。

由于外場極端氣候條件具有特有的時間窗口且持續(xù)時間較短，難以控制和捕捉試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，對飛機(jī)氣候適應(yīng)性的研制工作的進(jìn)度和成本帶來雙重壓力。氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室可模擬高溫、低溫、濕熱、淋雨、降雪、吹風(fēng)、結(jié)冰和太陽輻射等典型氣候環(huán)境，具有試驗(yàn)氣候條件設(shè)計(jì)自由度高(多種氣候條件耦合，時間、空間精細(xì)化控制)、試驗(yàn)安全性高、周期短、成本低、結(jié)果準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，解決了外場試驗(yàn)的諸多風(fēng)險及不利影響，為我國深度開展飛機(jī)極端氣候試驗(yàn)提供了新的途徑。

國外的麥金利作為世界首家具備飛機(jī)實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)?zāi)芰Φ膶?shí)驗(yàn)室，基于FAA(美國聯(lián)邦航空管理局)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求及美國軍方有關(guān)飛機(jī)環(huán)境適應(yīng)性的要求，形成了實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)質(zhì)量管理體系，構(gòu)建了完善的試驗(yàn)管理體系[5-9]，但是其體系只針對一種或兩種氣候試驗(yàn)。國內(nèi)對于飛機(jī)實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)展開了包括試驗(yàn)管理方面多個維度的預(yù)先研究，李冬梅[10]對氣候試驗(yàn)科目進(jìn)行綜合分析，歸納出試驗(yàn)過程控制、試驗(yàn)測試、數(shù)據(jù)管理、試驗(yàn)監(jiān)控等多方面綜合控制管理功能；張昭[11]對國內(nèi)外軍標(biāo)的通用要求[12-13]進(jìn)行研究，給出了飛機(jī)實(shí)驗(yàn)室氣候環(huán)境試驗(yàn)的具體規(guī)劃和試驗(yàn)科目順序；吳相甫[14]給出了飛機(jī)實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)統(tǒng)一管理試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)資源、試驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫的解決方案。然而國內(nèi)并未系統(tǒng)地從質(zhì)量控制層面進(jìn)行全壽命周期試驗(yàn)過程管控研究，且缺乏工程試驗(yàn)的支撐，有關(guān)飛機(jī)實(shí)驗(yàn)室氣候環(huán)境試驗(yàn)的質(zhì)量控制研究亟待開展。

隨著各大飛機(jī)制造商對飛機(jī)氣候?qū)嶒?yàn)室氣候?qū)嶒?yàn)需求與日俱增，民航當(dāng)局對于實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)的適航審查工作被提上日程。為了滿足局方適航審查的要求，本文在構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)質(zhì)量管理體系的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)項(xiàng)目的技術(shù)要求和特點(diǎn)，通過對《航空器型號合格審定程序：AP-21-AA-2011-03-R4》(以下簡稱“程序”)[15]相關(guān)條款內(nèi)容及制造符合性檢查要求的分析研究，提出一種飛機(jī)實(shí)驗(yàn)室氣候?qū)嶒?yàn)的質(zhì)量管控模型，將其應(yīng)用于我國第一項(xiàng)重點(diǎn)民用飛機(jī)型號實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)的質(zhì)量管控。

1 氣候試驗(yàn)質(zhì)量管控模型構(gòu)建

按照試驗(yàn)委托方關(guān)于試驗(yàn)各科目任務(wù)書及試驗(yàn)技術(shù)要求，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)策劃、試驗(yàn)設(shè)計(jì)和技術(shù)開發(fā)輸出，形成項(xiàng)目試驗(yàn)大綱及各科目實(shí)施單，試驗(yàn)包含2個專業(yè)項(xiàng)目(低溫、濕熱)，4種試驗(yàn)條件，13個試驗(yàn)科目，其中試驗(yàn)內(nèi)容及條件如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 評審審查

依據(jù)“程序”3.4.2評審組的主要職責(zé)第三條中“審查批準(zhǔn)驗(yàn)證試驗(yàn)大綱，現(xiàn)場目擊重要驗(yàn)證試驗(yàn)”及7.5.3關(guān)鍵和重要特性第一條中“標(biāo)識并檢驗(yàn)所有的關(guān)鍵和重要特性”的要求，在試驗(yàn)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)準(zhǔn)備階段，確定對試驗(yàn)大綱，APU(輔助運(yùn)力裝置)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用，試驗(yàn)準(zhǔn)備狀態(tài)進(jìn)行理論、技術(shù)、工藝、工程、質(zhì)量、安全及標(biāo)準(zhǔn)化等綜合性審查。通過評審資料審查，確定評審專業(yè)、內(nèi)容、議題、審查判據(jù)及評審組組成，發(fā)出評審申請及會議議程；以正式會議的形式分別對上述三項(xiàng)議題進(jìn)行評議，經(jīng)研究和質(zhì)詢提出問題、意見，綜合研判是否滿足進(jìn)入下一階段的要求，形成審查結(jié)論。

1.2 風(fēng)險審查

參考“程序”4.5.1.1工程驗(yàn)證試驗(yàn)第一條第k款中“異常情況的處理”及4.5.1.10飛行試驗(yàn)風(fēng)險管理中 “通過安全性審查過程確定潛在的危害性情況，并提出規(guī)避風(fēng)險的建議”的要求[15]，在正式試驗(yàn)前對風(fēng)險辨識的充分性、風(fēng)險分析的完備性、風(fēng)險評價的科學(xué)性及風(fēng)險控制措施的可行性進(jìn)行確認(rèn)和驗(yàn)證，提出風(fēng)險審查意見，修訂、完善風(fēng)險控制方案。制定審查要點(diǎn)包括：試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)劃分，風(fēng)險評估方法，風(fēng)險等級確定，風(fēng)險接受準(zhǔn)則，風(fēng)險評價流程，高風(fēng)險事件的處置措施。

1.3 工藝審查

依據(jù)“程序”7.10.2工藝規(guī)程內(nèi)容的審查中“工程審查代表和制造符合性檢查代表應(yīng)審查工藝規(guī)范的基本內(nèi)容”的要求，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)的專業(yè)特點(diǎn)，從13個維度對氣候試驗(yàn)工藝文件進(jìn)行審查，制定的審查要點(diǎn)及基本要求如表2所示。

表2 工藝審查要點(diǎn)及基本要求

1.4 調(diào)試審查

參照“程序”4.5.1.1工程驗(yàn)證試驗(yàn)第四條中“工程審查代表審查制造符合性檢查代表的檢查結(jié)果，以判斷試驗(yàn)產(chǎn)品、試驗(yàn)裝置狀態(tài)是否滿足開展驗(yàn)證試驗(yàn)的要求”及第六條中“經(jīng)批準(zhǔn)的試驗(yàn)大綱中所規(guī)定的試驗(yàn)步驟、試驗(yàn)儀器在試驗(yàn)中采集的數(shù)據(jù)對于試驗(yàn)是否有效”的要求，對實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)試審查，制定調(diào)試審查的要點(diǎn)包括：①在正式試驗(yàn)前對試驗(yàn)各系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)；②對試驗(yàn)載荷譜施加、控制、測量能力進(jìn)行驗(yàn)證；③對試驗(yàn)指揮流程合理性、工藝規(guī)范可行性進(jìn)行檢驗(yàn)。

1.5 技術(shù)狀態(tài)審查

參照“程序”7.1.5航空器原型機(jī)的地面檢查中“地面檢查的目的之一是實(shí)物驗(yàn)證提交審查組進(jìn)行試飛的原型機(jī)滿足最低的質(zhì)量要求，符合型號資料”的要求，結(jié)合此實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)所規(guī)定的待考核系統(tǒng)，確定技術(shù)狀態(tài)審查的科目為燃油、液壓、發(fā)動機(jī)短艙、襟縫翼、艙門、機(jī)身蒙皮、電源、空調(diào)8大系統(tǒng)，制定審查要點(diǎn)包括：①檢驗(yàn)試驗(yàn)考核的飛機(jī)各系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)滿足試驗(yàn)任務(wù)書和技術(shù)狀態(tài)文件要求；②確認(rèn)在基線環(huán)境條件下，飛機(jī)各系統(tǒng)性能參數(shù)符合正常狀態(tài)，能夠作為后續(xù)環(huán)境載荷施加后的基準(zhǔn)。

1.6 制造符合性審查

依據(jù)“程序”7.2.1檢查范圍的確定原則中“必須首先確定檢查范圍，這取決于申請人的質(zhì)量方針、質(zhì)量控制程序、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)、檢驗(yàn)人員以及生產(chǎn)設(shè)施、設(shè)備的能力和對供應(yīng)商的控制和管理”及7.5制造符合性檢查時應(yīng)考慮的重點(diǎn)中“無論申請人的經(jīng)驗(yàn)如何，制造符合性檢查代表都要負(fù)責(zé)確認(rèn)申請人已進(jìn)行了完全的制造符合性檢查，也要負(fù)責(zé)確認(rèn)檢查結(jié)果得到了正確的記錄”的要求，結(jié)合“飛機(jī)實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)總大綱”的規(guī)定，對循環(huán)風(fēng)、制冷等6大基礎(chǔ)環(huán)境模擬系統(tǒng)、蒸汽等動力系統(tǒng)及隔離門、庫板等建安設(shè)施進(jìn)行制造符合性檢查；以工藝規(guī)范、安裝圖紙為審查基礎(chǔ)對現(xiàn)場安裝的最終狀態(tài)進(jìn)行檢查，考核主要參數(shù)為立體坐標(biāo)系下的安裝位置，裝置組件之間的配合情況，安裝強(qiáng)度的符合性、接地電阻及傳感器性能的符合性；依據(jù)“實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)控制大綱”對各工藝控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場檢查，考核主要參數(shù)涉及控制閾度、壓力、流量計(jì)溫度；對組織內(nèi)人員進(jìn)行審查，其中內(nèi)培資質(zhì)審查包括：試驗(yàn)指揮、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)控制系統(tǒng)操作、試驗(yàn)測量系統(tǒng)操作、試驗(yàn)安裝操作、各類機(jī)械設(shè)備運(yùn)行操作、試驗(yàn)裝置安裝等，外培資質(zhì)主要涉及試驗(yàn)相關(guān)的特種設(shè)備；對外部人員按照相關(guān)方管理規(guī)定進(jìn)行資質(zhì)審查，本項(xiàng)試驗(yàn)涉及航空機(jī)械和航空電子兩個專業(yè)的民用航空器維修人員，審查其資質(zhì)證書并對其機(jī)上操作記錄及簽字進(jìn)行核查。

1.7 質(zhì)量管控模型構(gòu)建

基于上述對工程、制造符合性的適航要求的分析，結(jié)合本次試驗(yàn)項(xiàng)目的范圍、特點(diǎn)、考核要求，將適航要求通過質(zhì)量管控流程，應(yīng)用于評審、風(fēng)險、工藝、調(diào)試、技術(shù)狀態(tài)、制造符合性6個方面融入審查工作，確定審查要點(diǎn)及基本要求，構(gòu)建基于適航審查的實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)質(zhì)量管控模型如圖1所示。

圖1 基于適航審查的實(shí)驗(yàn)室氣候?qū)嶒?yàn)質(zhì)量管控模型

2 氣候試驗(yàn)質(zhì)量管控模型運(yùn)行實(shí)踐

根據(jù)本文試驗(yàn)內(nèi)容組織成立由各專業(yè)副總師、適航員、技術(shù)員、工藝員、檢驗(yàn)員、技術(shù)工組成的審查組，下設(shè)試驗(yàn)評審、試驗(yàn)風(fēng)險、試驗(yàn)工藝、試驗(yàn)調(diào)試、技術(shù)狀態(tài)、制造符合性專業(yè)組，采用基于適航審查的實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)質(zhì)量管理模型，對我國第一項(xiàng)重點(diǎn)民用飛機(jī)型號實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)進(jìn)行質(zhì)量管控實(shí)踐。

2.1 實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)評審審查

本項(xiàng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)階段的評審審查包括：試驗(yàn)大綱、APU專項(xiàng)。試驗(yàn)準(zhǔn)備階段的評審審查為試驗(yàn)準(zhǔn)備狀態(tài)評審，具體評審審查情況如表3所示。

2.2 實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)風(fēng)險審查

本項(xiàng)試驗(yàn)的風(fēng)險審查涉及試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)技術(shù)狀態(tài)管理、試驗(yàn)系統(tǒng)(設(shè)備)運(yùn)行、試驗(yàn)裝置安裝、試驗(yàn)調(diào)試和試驗(yàn)實(shí)施等6個過程。所選用的風(fēng)險辨識、評估方法為危險性與可操作性分析法、故障樹分析法及風(fēng)險矩陣法的優(yōu)化組合，經(jīng)分析確定飛機(jī)燃油、液壓油、滑油滲漏嚴(yán)重等37項(xiàng)風(fēng)險事件，其高風(fēng)險事件(R>15)9項(xiàng)，對高風(fēng)險事件進(jìn)行控制措施詳細(xì)審查，確認(rèn)事故原因辨識與分析全面、合理、到位，檢查控制措施的充分性、有效性和可行性。

2.3 實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)工藝審查

本項(xiàng)試驗(yàn)按照確定的工藝文件審查要點(diǎn)及基本要求進(jìn)行，各工藝規(guī)范均經(jīng)5級審查，形成審查意見通知書，給出詳細(xì)修訂要求，對39份工藝規(guī)范提出179項(xiàng)審查意見。

表3 實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)評審審查

2.4 實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)調(diào)試審查

本項(xiàng)試驗(yàn)針對實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)環(huán)境模擬系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、APU尾氣排放系統(tǒng)，制定了專項(xiàng)調(diào)試方案及對應(yīng)的指揮流程，其中基礎(chǔ)環(huán)境模擬系統(tǒng)調(diào)試涉及-30、-40、-50、40 ℃高濕及基線環(huán)境條件5個調(diào)試科目；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)涉及128個溫度測量分系統(tǒng)、36個濕度測量分系統(tǒng)、42個氣壓測試分系統(tǒng)單系統(tǒng)及聯(lián)合調(diào)試；APU技術(shù)尾氣排放系統(tǒng)調(diào)試包括：實(shí)驗(yàn)室非密封狀態(tài)、密封狀態(tài)低溫及密封狀態(tài)高溫濕熱3個調(diào)試科目，調(diào)試審查情況如表4所示。

表4 實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)調(diào)試審查

2.5 實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)技術(shù)狀態(tài)審查

本項(xiàng)試驗(yàn)針對飛機(jī)的燃油、液壓、發(fā)動機(jī)短艙、襟縫翼、艙門、機(jī)身蒙皮、電源、空調(diào)8大系統(tǒng)/結(jié)構(gòu)的功能、性能進(jìn)行技術(shù)狀態(tài)審查，依照試驗(yàn)任務(wù)書中的考核科目，根據(jù)技術(shù)狀態(tài)審查要點(diǎn)逐項(xiàng)進(jìn)行確認(rèn)，審查情況如表5所示。

表5 實(shí)驗(yàn)室氣候技術(shù)狀態(tài)審查

2.6 實(shí)驗(yàn)室氣候制造符合性審查

對試驗(yàn)準(zhǔn)備階段形成的安裝、檢驗(yàn)、運(yùn)行、檢查、操作所保留的成文信息、計(jì)量器具清單、試驗(yàn)人員資質(zhì)進(jìn)行審查，證明以上工作符合相應(yīng)試驗(yàn)大綱、工藝規(guī)范、操作規(guī)程、工程圖紙及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，并確保實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)、試驗(yàn)裝置的安裝狀態(tài)、試驗(yàn)機(jī)技術(shù)狀態(tài)、現(xiàn)場計(jì)量器具、崗位人員與文件資料相符。本次共審查73份成文信息，9套工程圖紙，261份傳感器校準(zhǔn)鑒定證書，31個內(nèi)部人員資質(zhì)，3個外部人員資質(zhì)。

3 審查問題及改進(jìn)

3.1 風(fēng)險審查

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)實(shí)施階段的高風(fēng)險事件“航空煤油燃?xì)馊急钡娘L(fēng)險處置意見和措施不夠完備，需要進(jìn)一步細(xì)化和補(bǔ)充，審查改進(jìn)意見如下：(1) 對于航空煤油蒸汽泄露后的流場仿真分析補(bǔ)充低溫狀態(tài)下的環(huán)境載荷；(2) 對于報警器調(diào)試介質(zhì)應(yīng)選擇接近燃油蒸汽爆炸下限的氣體；(3) 在飛機(jī)的接地保護(hù)基礎(chǔ)上，應(yīng)確認(rèn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測量系統(tǒng)的保護(hù)措施；(4) 補(bǔ)充應(yīng)急情況下具體的指揮流程和口令。審查組下發(fā)“技術(shù)單”，明確責(zé)任單位、改進(jìn)期限和驗(yàn)證判據(jù)。

3.2 工藝審查

對檢查提出的179項(xiàng)審查意見進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類分析，歸納共性問題三類：(1) 個別工藝條件、性能參數(shù)、控制要求、操作步驟的規(guī)定不夠具體、全面，狀態(tài)、周期、程度、判據(jù)不夠明確；(2) 操作、運(yùn)行、檢查、維護(hù)過程中形成的成文信息內(nèi)容不完善，文件中規(guī)定的要求和步驟無法體現(xiàn)，要求不明確，可能產(chǎn)生個別信息無法準(zhǔn)確追溯；(3) 工藝規(guī)范與質(zhì)量體系程序文件、單位標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)規(guī)定產(chǎn)生不協(xié)調(diào)情況，且并未給予相關(guān)說明或指定處理措施。審查組向編制單位下發(fā)修訂通知書，并在規(guī)定期限內(nèi)對改進(jìn)過程進(jìn)行跟蹤、監(jiān)督和技術(shù)支持。經(jīng)過多輪迭代審查和修訂，工藝規(guī)范均滿足要求。

3.3 成文信息的制造符合性

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)成文信息的制造符合性檢查問題13項(xiàng)，針對問題進(jìn)行分析，確定6類問題，按照“不合格及糾正措施控制程序”的相關(guān)要求逐一制定歸零措施(如表6所示)，實(shí)施并驗(yàn)證后確保正式試驗(yàn)前滿足試驗(yàn)大綱和工藝規(guī)范等要求。

表6 制造符合性成文信息檢查問題分析及處理

3.4 試驗(yàn)裝置安裝的制造符合性

經(jīng)審查發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)裝置安裝的制造符合性問題8項(xiàng)，僅涉及測量系統(tǒng)，包括7個溫度傳感器及1個濕度傳感器，均為立體坐標(biāo)系下的安裝位置超差，其中氣候?qū)嶒?yàn)室傳感器3個，機(jī)上客艙內(nèi)4個，機(jī)上駕駛艙內(nèi)1個，依據(jù)“飛機(jī)實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)過程誤差控制規(guī)定”的判據(jù)進(jìn)行返工安裝，并進(jìn)行檢驗(yàn)和調(diào)試。

3.5 實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)狀態(tài)的制造符合性

經(jīng)審查發(fā)現(xiàn)問題涉及制冷系統(tǒng)、載冷系統(tǒng)及動力系統(tǒng)(氮?dú)?，對問題類型和影響程度進(jìn)行評判，針對性制定問題歸零措施(如表7所示)，實(shí)施并驗(yàn)證后確保正式試驗(yàn)前滿足試驗(yàn)大綱和工藝規(guī)范等要求。

表7 制造符合性實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)檢查問題分析及處理

4 結(jié) 論

(1) 基于適航審查的質(zhì)量管控模型實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)方對實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)項(xiàng)目全壽命周期的有效管控，通過6個維度、17個方面、51個審核項(xiàng)目的詳細(xì)審查與問題歸零，為局方審查代表對型號資料審查提供路徑和基礎(chǔ)支持，為申請人提交制造符合性聲明提供數(shù)據(jù)支撐和結(jié)論判據(jù)。

(2) 截至目前，我國第一項(xiàng)重點(diǎn)民用飛機(jī)型號實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)已順利完成，經(jīng)過10個科目的低溫試驗(yàn)、3個科目的濕熱試驗(yàn)對試驗(yàn)機(jī)的3大系統(tǒng)8類結(jié)構(gòu)或分系統(tǒng)進(jìn)行氣候條件下的功能、性能考核，試驗(yàn)項(xiàng)目全壽命周期未出現(xiàn)質(zhì)量問題，證明了基于適航審查的質(zhì)量管控模型的有效性、充分性和符合性。

(3) 基于適航審查的質(zhì)量管控模型的構(gòu)建與應(yīng)用，為我國在研民用飛機(jī)型號開展實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)筑牢體系基礎(chǔ)，為局方直接介入型號驗(yàn)證試驗(yàn)審查工作提供實(shí)踐支撐，對我國氣候?qū)嶒?yàn)室科研技術(shù)發(fā)展與突破提供質(zhì)量保障。