薛方凝 蹇 玥 楊天逸

（北京航天試驗技術(shù)研究所，北京 100074）

氫氧發(fā)動機試驗過程關(guān)鍵數(shù)據(jù)控制方法探究

薛方凝 蹇 玥 楊天逸

（北京航天試驗技術(shù)研究所，北京 100074）

氫氧發(fā)動機試驗過程是一個連續(xù)、復雜的生產(chǎn)服務過程，只有嚴格控制試驗過程，才能確保試驗質(zhì)量和安全。對氫氧發(fā)動機試驗的試驗過程、工藝、設(shè)計進行了關(guān)鍵特性分析，找出了關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提出了氫氧發(fā)動機試驗過程關(guān)鍵數(shù)據(jù)的控制措施和緊急處置控制方法，使得試驗關(guān)鍵過程得到了有效控制，有助于試驗目標的實現(xiàn)。

氫氧發(fā)動機，試驗，關(guān)鍵，緊急處置

隨著新一代運載火箭研制、探月工程三期、導航二代二期等重點航天工程研制任務進入關(guān)鍵階段，我國航天軍品試驗任務進入高峰期。目前，我國氫氧火箭發(fā)動機研制工作已經(jīng)取得了重大進展，而隨著研制進程的不斷推進，在型號研制過程中也暴露出了某些薄弱環(huán)節(jié)，例如，技術(shù)風險分析不到位、現(xiàn)場管理不夠完善等，這表明，在關(guān)鍵特性識別、量化控制、外包管理等環(huán)節(jié)，型號研制仍需進一步提高精細化管理水平。針對科研生產(chǎn)任務要求，強化管理是試驗成功的有力保障，加強對關(guān)鍵過程、關(guān)鍵崗位、關(guān)鍵數(shù)據(jù)的把控，能夠有效地確保試驗質(zhì)量、安全、風險、計劃受控。

以氫氧發(fā)動機試驗為例，試驗過程是一個連續(xù)、復雜的生產(chǎn)服務過程。對氫氧發(fā)動機試驗過程、工藝、設(shè)計進行關(guān)鍵特性分析，在試驗的各個環(huán)節(jié)中對關(guān)鍵過程進行重點控制[1]，有利于確保試驗質(zhì)量。本文在氫氧發(fā)動機試驗關(guān)鍵過程識別的同時，也明確了應急預案制定、崗位職責、判斷依據(jù)和實施細則，確保應急預案人員分工明確、職責清楚、條理清晰。

1 氫氧發(fā)動機試驗系統(tǒng)組成

以某型號氫氧發(fā)動機試驗為例，其試驗系統(tǒng)由推進劑供應系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、吊運系統(tǒng)等組成，主要用于完成氫氧發(fā)動機試驗任務，如圖1所示。

2 氫氧發(fā)動機試驗關(guān)鍵環(huán)節(jié)的識別與控制

關(guān)鍵過程即對形成產(chǎn)品的質(zhì)量起決定性作用的過程[2]，包括形成關(guān)鍵、重要特征的過程，以及加工難度大、質(zhì)量不穩(wěn)定、易造成重大經(jīng)濟損失的過程等。根據(jù)《某型號發(fā)動機熱試驗維護使用條件AA0-0JT4》氫氧發(fā)動機試驗任務書，梳理氫氧發(fā)動機試驗的工作流程[3]，如表1所示。

由表1可以看出，氫氧發(fā)動機試驗共分為24道工序，下面從設(shè)計關(guān)鍵特性、工藝關(guān)鍵特性、過程關(guān)鍵特性等3個方面進行分析與實施。

2.1 氫氧發(fā)動機試驗設(shè)計關(guān)鍵特性分析

2.1.1 氫氧發(fā)動機試驗設(shè)計關(guān)鍵特性確定

通過開展嚴酷度分類、故障模式分析、危險性分析等工作，對氫氧發(fā)動機試驗進行事故模式分析。

在氫氧發(fā)動機試驗過程中，氫氧發(fā)動機地面吹除壓力控制不滿足設(shè)計要求值、點火回路阻值不符合要求、低溫閥門故障的危險性較大，設(shè)計功能出現(xiàn)問題將導致發(fā)動機嚴重損壞、重大經(jīng)濟損失、試驗重要步驟無法進行或影響試驗進度。綜上所述，發(fā)動機地面吹除系統(tǒng)、點火回路阻值、低溫閥門故障應設(shè)定為設(shè)計關(guān)鍵特性。

2.1.2 某型號氫氧發(fā)動機試驗設(shè)計單點失效模式分析

（1）單點失效模式分析元件確認

依據(jù)FMECA分析，對嚴酷度級別為Ⅰ、Ⅱ的設(shè)計關(guān)鍵元件進行單點失效模式分析[4]，包括安全閥、爆破片、控制電源、點火線路、吊車、低溫閥門故障等。

（2）單點失效模式分析

表1 某氫氧型號發(fā)動機試驗系統(tǒng)工藝流程表

單點失效模式的識別依據(jù)為：產(chǎn)品故障模式是否會導致系統(tǒng)故障、產(chǎn)品內(nèi)部是否有冗余或替代操作程序作為補救[5]。依據(jù)這一原則，對以上設(shè)計元件進行識別，得出以下結(jié)論：

吊車無法安全吊裝發(fā)動機，點火回路阻值不符合要求無法通過替代程序補救，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類單點故障模式，需進行嚴格質(zhì)量控制。

低溫閥門出現(xiàn)異常。在主級段試驗過程中，29m3容器隔離閥打開異常，無法進行液氧貯箱液位調(diào)整，液氧將首先耗盡，液氧總量無法滿足試驗要求，會造成氣蝕關(guān)機，故確定為Ⅰ、Ⅱ類單點故障模式，需進行嚴格質(zhì)量控制。

安全閥無法開啟，安全閥開啟壓力過低，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UPS（不間斷電源）提供冗余的方法進行補救。因此，以上故障模式不作為Ⅰ、Ⅱ類單點故障模式。

2.2 氫氧發(fā)動機試驗工藝關(guān)鍵特性分析

通過分析，某型號氫氧發(fā)動機試驗系統(tǒng)歸納出的工藝關(guān)鍵特性包括：推進劑供應系統(tǒng)中，爆破片、安全閥、貯箱壓力、容積、管道壓力、閥門承壓；點火系統(tǒng)中，點火回路阻值；配氣系統(tǒng)中，發(fā)動機地面吹除壓力；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、點火試驗，以及發(fā)動機試后處理。將這些工藝關(guān)鍵特性歸入試驗系統(tǒng)工藝流程中進行統(tǒng)一分析。

為了確保試驗安全、可靠地完成，利用工藝FMECA（故障模式、影響及危害性分析）方法分析某型號氫氧發(fā)動機試驗系統(tǒng)工藝過程的每個環(huán)節(jié)，并根據(jù)分析結(jié)果確定出氫氧發(fā)動機試驗系統(tǒng)的工藝關(guān)鍵特性及其過程控制要求，從而確保試驗質(zhì)量。

2.3 氫氧發(fā)動機試驗過程關(guān)鍵特性分析

2.3.1 氫氧發(fā)動機試驗過程FMECA的評判方法

按照嚴酷度等級S、發(fā)生概率等級O、檢測難度等級D，對試驗過程進行故障分析，得出RPN（風險等級）值，分析試驗系統(tǒng)的過程FMECA。

2.3.2 氫氧發(fā)動機試驗過程控制結(jié)果分析

通過對各項試驗過程的分析，判斷出RPN值明顯超出其它過程的項目。以氫氧發(fā)動機試驗為例，在23項試驗過程分析中，多數(shù)過程的RPN值在28以下，其中有3項明顯超出其它過程，具體為“火工品安裝和測試”、“自動緊急關(guān)機程序測試”和“綜合測試”。確定上述3項為試驗過程關(guān)鍵特性，控制方法如下：

（1）火工品安裝和測試

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

（2）自動緊急關(guān)機程序測試

過程控制要求：對7種自動緊急關(guān)機條件進行測試。試驗前進行程序檢查，通過各崗位人員有效檢查，填寫記錄表，達到過程控制要求。

（3）試驗系統(tǒng)綜合測試

過程控制要求：檢查試驗臺的液路、氣路、控制及測量系統(tǒng)與發(fā)動機系統(tǒng)在試驗全過程中的工作協(xié)調(diào)性和準確性。綜合測試在正常情況下進行3次，包括自動緊急關(guān)機測試、手動緊急關(guān)機測試和正常關(guān)機測試。通過各崗位有效檢查、測量，填寫《某型號發(fā)動機單元檢查綜合測試記錄表》，達到過程控制要求。

2.4 氫氧發(fā)動機試驗過程控制措施

2.4.1 氫氧發(fā)動機試驗關(guān)鍵過程識別

通過對氫氧發(fā)動機試驗過程3類關(guān)鍵特性的分析，明確了氫氧發(fā)動機試驗中的關(guān)鍵崗位和關(guān)鍵過程，并制定了氫氧發(fā)動機試驗關(guān)鍵過程管理要求，關(guān)鍵工序根據(jù)3類關(guān)鍵特性和關(guān)鍵過程分析的內(nèi)容制定，關(guān)鍵工序應進行標識，對關(guān)鍵或重要特性嚴格執(zhí)行自檢、互檢和專職檢查流程，并進行實測記錄。氫氧發(fā)動機試驗關(guān)鍵過程要嚴格執(zhí)行“三定”原則，即：定人員，定設(shè)備，定方法，同時對關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制實施表格化管理。

2.4.2 氫氧發(fā)動機試驗關(guān)鍵設(shè)備管理

氫氧發(fā)動機試驗關(guān)鍵過程操作中所使用的設(shè)備、工裝、計量器具等必須符合試驗任務書及工藝規(guī)程要求，并具有表明經(jīng)測試、檢定有效的合格證明或標識。通過設(shè)備日常檢查和維護，制定詳細的檢查項目，崗位人員負責具體的檢查工作，落實“點檢制”，同時，明確設(shè)備指標和日常維護要求、常見故障和解決方法。

2.4.3 氫氧發(fā)動機試驗關(guān)鍵過程控制方法

針對上述分析出的氫氧發(fā)動機試驗關(guān)鍵過程，制定相應的控制方法，以某型號氫氧發(fā)動機火工品安裝和測試關(guān)鍵過程為例，控制方法為：

關(guān)鍵崗位：某型號氫氧發(fā)動機火工品安裝工作由30號崗位（王某、路某）承擔；火工品測試工作由1號崗位（劉某、王某）承擔。

關(guān)鍵設(shè)備：力矩扳手（型號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）安裝點火器步驟

操作員擰下點火器孔座堵頭，在點火器上安裝專用墊片，在點火器螺紋上涂少許7805油膏，將點火器安裝到點火器孔座內(nèi)，使用力矩扳手擰緊，鎖緊力矩為50N·m。安裝完畢后，按三檢制，完成自檢、副崗復檢、組長專檢，確定無誤后，按AT0B-JT5《發(fā)動機使用維護技術(shù)條件》規(guī)定，給點火器打保險。

（2）火工品測試

1號崗位人員用1941A型數(shù)字多用表，在控制臺上測量電爆管、點火器線路阻值；將正常值與測量值比較，正確無誤后，向0號崗位報告測試結(jié)果。其中，點火器測量電阻1和2、3和4間的電阻值應接近0；1和3、2和4間電阻值應在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。點火電纜與點火器之間的回路電阻阻值應等于點火電纜、測量電纜、點火器電阻值之和，偏差應不大于±0.15Ω；檢查電流小于50mA。1號崗位兩人配合利用兆歐表進行點火器絕緣電阻測量，絕緣電阻要求不小于20MΩ。

3 氫氧發(fā)動機試驗關(guān)鍵特性效果分析

通過對氫氧發(fā)動機試驗流程的全面梳理與分析，辨識出氫氧發(fā)動機試驗中的關(guān)鍵過程項目，制定針對性措施并落實到位，使試驗關(guān)鍵過程得到有效控制，達到降低試驗風險、預防質(zhì)量問題發(fā)生、確保試驗圓滿成功的工作目標，為型號試驗保駕護航。因此，推進規(guī)范化、精細化質(zhì)量管理，實施科學量化的全過程控制，做好試驗過程關(guān)鍵崗位、關(guān)鍵過程的控制，緊急處置預案的識別和實施，可有效地提升保質(zhì)量和保安全的能力。

1 孫宏明. 液氧/甲烷發(fā)動機評述[J]. 火箭推進, 2006, 32(2): 24～25

2 王黎明. GJB9001B-2001質(zhì)量管理體系要求[S]. 中國人民解放軍總裝備部, 2010

3 劉新民. QJ11042A氫氧火箭發(fā)動機地面試驗方法[S]. 中國航天工業(yè)總公司, 1998

4 李文釗. Q/QJA71-2011航天型號單點故障模式識別與控制要求[S]. 中國航天科技集團公司, 2011

5 伍平洋. 航天產(chǎn)品不合格、失效和危險分類[S]. 國防科學技術(shù)工業(yè)委員會, 2004

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