民用飛機(jī)可靠性驗證技術(shù)研究

張凡

摘 要

民用飛機(jī)可靠性直接影響飛機(jī)的效能和壽命周期費(fèi)用，對保證飛機(jī)安全運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)運(yùn)營、持續(xù)適航具有重要的意義?？煽啃则炞C是民用飛機(jī)研制及使用階段最重要的可靠性工作之一，不僅能及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)開展設(shè)計改進(jìn)，還能驗證可靠性設(shè)計要求的合理性。本文基于民用飛機(jī)可靠性驗證流程對不同類型設(shè)備的可靠性指標(biāo)驗證方法開展研究。

關(guān)鍵詞

可靠性驗證;分析驗證;試驗驗證

中圖分類號： V443 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.020

隨著中國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國民用航空業(yè)進(jìn)入了高速騰飛時期，民用飛機(jī)可靠性的重要意義日益凸顯，其作為飛機(jī)質(zhì)量的重要特征，是民用飛機(jī)能否取得商業(yè)成功的關(guān)鍵。民用飛機(jī)可靠性研究已成為工程和科研的重點(diǎn)問題[1]?？煽啃则炞C是民用飛機(jī)研制及使用階段最重要的可靠性工作之一，是為判斷飛機(jī)、系統(tǒng)或設(shè)備的過程實(shí)現(xiàn)是否滿足可靠性設(shè)計要求而進(jìn)行的可靠性評估活動。本文提出了民用飛機(jī)可靠性驗證流程，對不同類型設(shè)備的可靠性指標(biāo)驗證方法開展研究，并給出了應(yīng)用實(shí)例。

1 可靠性驗證流程

民用飛機(jī)驗證流程是一個自下而上的過程，首先開展設(shè)備級驗證工作，再開展系統(tǒng)級驗證工作，最后完成飛機(jī)級驗證工作，驗證工作流程圖如圖1所示。設(shè)備級的驗證工作是可靠性驗證工作的核心和重點(diǎn)，驗證方法主要包括分析驗證和試驗驗證，驗證對象為設(shè)備的平均失效間隔時間（MTBF），從技術(shù)成熟度劃分，可將設(shè)備分為以下4種，每種類型的設(shè)備又對應(yīng)不同的驗證方法[2]。

a）貨架產(chǎn)品，該類型設(shè)備具有豐富的運(yùn)營數(shù)據(jù)，可依據(jù)運(yùn)營數(shù)據(jù)開展分析驗證;

b）貨架產(chǎn)品的改型產(chǎn)品但改型較?。▋H外觀、尺寸等非重要改變），該類型設(shè)備可基于改型前設(shè)備的運(yùn)營數(shù)據(jù)開展分析驗證;

c）貨架產(chǎn)品的改型產(chǎn)品且改型較大，但對安全性無重要影響，該類型設(shè)備可基于外場數(shù)據(jù)（試驗試飛數(shù)據(jù)及運(yùn)營數(shù)據(jù)）開展分析驗證;

d）貨架產(chǎn)品的改型產(chǎn)品且改型較大且對安全性有重要影響，該類型設(shè)備需要開展試驗驗證。

2 設(shè)備可靠性驗證方法

設(shè)備可靠性驗證方法包括分析驗證和試驗驗證，分析驗證又包括運(yùn)營數(shù)據(jù)分析驗證和外場數(shù)據(jù)分析驗證，試驗驗證包括高加速壽命試驗（HALT）、高加速應(yīng)力篩選試驗（HASS）、可靠性增長試驗等。

2.1 運(yùn)營數(shù)據(jù)分析驗證

運(yùn)營數(shù)據(jù)分析驗證適用于貨架產(chǎn)品、非貨架但改型較小的產(chǎn)品，對于貨架產(chǎn)品，基于已有的運(yùn)營數(shù)據(jù)直接開展分析驗證。對于非貨架但改型較小的產(chǎn)品，基于改型前貨架產(chǎn)品已有的運(yùn)營數(shù)據(jù)開展相似性分析，分析結(jié)果即可作為該類改型產(chǎn)品的驗證數(shù)據(jù)。貨架產(chǎn)品的運(yùn)營數(shù)據(jù)由設(shè)備供應(yīng)商提供，運(yùn)營數(shù)據(jù)分析驗證信息表如表1所示。

其中相似性描述是指貨架產(chǎn)品與現(xiàn)有產(chǎn)品的相似性描述，包括設(shè)計相似性、環(huán)境條件分析、工作條件分析等。

2.2 外場數(shù)據(jù)分析驗證

外場數(shù)據(jù)包括試驗試飛數(shù)據(jù)及運(yùn)營數(shù)據(jù)，外場數(shù)據(jù)分析驗證適用于非貨架且改型較大，但對安全性無重要影響的設(shè)備，外場數(shù)據(jù)分析驗證信息表如表2所示。

第一列：需進(jìn)行外場數(shù)據(jù)分析驗證的設(shè)備名稱;

第二列：填寫該設(shè)備在其他機(jī)型的應(yīng)用情況;

第三列：填寫該設(shè)備的實(shí)際運(yùn)營飛行小時數(shù)，即樣本量;

第四列：填寫總共發(fā)生的故障次數(shù);

第五列：“實(shí)際外場MTBF”為根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計的飛行小時和故障數(shù)計算得到的實(shí)際運(yùn)營的MTBF值;

第六列：“分析使用的MTBF”為在可靠性預(yù)計報告中使用的MTBF值。

2.3 試驗驗證

試驗驗證適用于新研產(chǎn)品、改型較大且對安全性有重要影響的產(chǎn)品。設(shè)備可靠性試驗驗證是指在實(shí)驗室采用可靠性試驗的方式對設(shè)備的可靠性指標(biāo)（MTBF）進(jìn)行驗證。試驗驗證包括高加速壽命試驗（HALT）、高加速應(yīng)力篩選試驗（HASS）、可靠性增長試驗等。

HALT試驗是在飛機(jī)研制階段找出產(chǎn)品的工作和破壞極限，確定產(chǎn)品的工作和破壞裕度，以最少的時間發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)設(shè)計和工藝薄弱環(huán)節(jié)。一般而言，在HALT試驗中找到的產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)如果沒有改善，會毫無例外地在產(chǎn)品使用環(huán)境下出現(xiàn)。在產(chǎn)品設(shè)計初期進(jìn)行HALT試驗可以迅速找出產(chǎn)品設(shè)計及制造缺陷，為開發(fā)人員改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計方案提供依據(jù);對產(chǎn)品設(shè)計缺陷進(jìn)行及時的修正，提高產(chǎn)品在使用過程中的可靠性;估計產(chǎn)品的操作極限和破壞極限，為高加速應(yīng)力篩選試驗的應(yīng)力類型和應(yīng)力量級的選擇提供依據(jù)[3]。

3 設(shè)備可靠性驗證應(yīng)用實(shí)例

3.1 運(yùn)營數(shù)據(jù)分析驗證實(shí)例

以某型民用飛機(jī)機(jī)輪剎車系統(tǒng)中停機(jī)剎車閥為例，該設(shè)備為貨架產(chǎn)品，單件停機(jī)剎車閥的MTBF是50620 FH，采用運(yùn)營數(shù)據(jù)分析驗證的方法進(jìn)行指標(biāo)驗證，如表3所示。

3.2 外場數(shù)據(jù)分析驗證實(shí)例

以某型民用飛機(jī)機(jī)輪剎車系統(tǒng)中自動剎車選擇開關(guān)為例，該設(shè)備為改型較大但對安全性無重要影響的產(chǎn)品，自動剎車選擇開關(guān)的MTBF是20000 FH，采用外場數(shù)據(jù)分析驗證的方法進(jìn)行指標(biāo)驗證，如表4所示。

3.3 試驗驗證實(shí)例

以某型民用飛機(jī)飛行記錄系統(tǒng)中飛行記錄器為例，該設(shè)備為新研產(chǎn)品，采用HALT試驗開展試驗驗證，HALT中采用的主要技術(shù)是步進(jìn)應(yīng)力試驗，快速溫變循環(huán)應(yīng)力和綜合環(huán)境應(yīng)力。試驗程序包括：

1）振動步進(jìn)應(yīng)力：飛行記錄器放置在振動系統(tǒng)夾具上，使用第一軸振動;把飛行記錄器1連接到環(huán)境應(yīng)力篩選試驗臺;接通電源，確定其正常工作;使用第二軸振動重復(fù)步驟1～3;記錄試驗結(jié)果。

2）快速溫變循環(huán)應(yīng)力：飛行記錄器放置在溫度試驗箱中，把飛行記錄器1連接到環(huán)境應(yīng)力篩選試驗臺;接通電源，確定其正常工作。移除電源，試驗箱溫度降低到Tpmin;將飛行記錄器穩(wěn)定在試驗箱溫度下;接通電源，確定其工作極限;以30℃/分的速率將試驗箱溫度至Tpmax;將飛行記錄器穩(wěn)定在試驗箱溫度下;重復(fù)步驟2至步驟6，直到飛行記錄器不能完成鑒定或知道完成10個循環(huán)。溫變速率應(yīng)當(dāng)為30℃/分;記錄試驗結(jié)果。

3）綜合環(huán)境應(yīng)力：飛行記錄器放置在溫度試驗箱中振動系統(tǒng)夾具上;把飛行記錄器連接到環(huán)境應(yīng)力篩選試驗臺;接通電源，確定其正常工作;設(shè)置試驗人員確定的溫度極限;設(shè)置試驗人員確定的振動水平和持續(xù)時間;根據(jù)試驗箱性能設(shè)置溫變速率;使用電源循環(huán)加熱時連接電源，冷卻時移除電源;設(shè)置試驗人員確定的循環(huán)持續(xù)時間;啟動循環(huán)，監(jiān)控試驗樣品性能;持續(xù)循環(huán)知道失效發(fā)生或完成100個循環(huán)。

4 結(jié)束語

本文提出了民用飛機(jī)可靠性驗證流程，重點(diǎn)研究了設(shè)備可靠性指標(biāo)驗證工作，針對不同類型設(shè)備的可靠性指標(biāo)驗證初步提出了各自適用的驗證方法，并給出了某型民用飛機(jī)設(shè)備可靠性指標(biāo)驗證工作實(shí)例。為后續(xù)可靠性設(shè)計更改提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，有利于確保民用飛機(jī)實(shí)際可靠性水平滿足設(shè)計要求，提高運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)

[1]胡廣平，葉群峰，包敦永.民用飛機(jī)可靠性工程[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2019.

[2]包敦永.民用飛機(jī)基本可靠性指標(biāo)驗證方法研究[J].科技展望，2014（10）：154.

[3]王榕.民用飛機(jī)高加速壽命試驗[J].科技視界，2019（7）：85.