袁翔 聶華菊 金向明

摘 要：可靠性是航空發(fā)動(dòng)機(jī)附件的固有特性，是設(shè)計(jì)出來的，更是試驗(yàn)出來的，因此提高附件可靠性水平的途徑，除關(guān)注設(shè)計(jì)水平的提高、產(chǎn)品功能性能提升之外，需關(guān)注研制階段附件可靠性試驗(yàn)工作的開展。同時(shí)，為汲取發(fā)動(dòng)機(jī)附件故障率高、影響部隊(duì)使用的教訓(xùn)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制應(yīng)將提高附件可靠性作為重點(diǎn)工作之一，為此，本文提出在對(duì)附件進(jìn)行系統(tǒng)全面的FMECA基礎(chǔ)上，結(jié)合在役航空發(fā)動(dòng)機(jī)附件故障情況，提出基于故障模式的附件可靠性試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和流程，通過制定科學(xué)合理的附件可靠性試驗(yàn)方案，開展附件可靠性試驗(yàn)，使附件故障和不足暴露在試驗(yàn)臺(tái)上，暴露在研制早期，并采取相應(yīng)的糾正措施，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)附件可靠性水平。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī);故障模式;附件可靠性;試驗(yàn)

引言

隨著我國(guó)航空技術(shù)的發(fā)展和認(rèn)識(shí)的深入，近年來發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)越來越受到重視。但是往往只關(guān)注整機(jī)及關(guān)鍵件的試驗(yàn)，且這些試驗(yàn)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)規(guī)范和結(jié)構(gòu)完整性大綱中也有明確、細(xì)致的要求，而航空發(fā)動(dòng)機(jī)附件試驗(yàn)則缺乏相對(duì)明確的規(guī)范和要求，加之管理上重視不夠，沒有嚴(yán)格、科學(xué)、有效地試驗(yàn)，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)服役后附件故障率較高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)役某發(fā)動(dòng)機(jī)附件故障占發(fā)動(dòng)機(jī)總故障的70%以上，成為影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性的主要因素，嚴(yán)重的影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的正常使用。

1必要性

為汲取發(fā)動(dòng)機(jī)附件故障率高、影響部隊(duì)使用的教訓(xùn)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制應(yīng)將提高附件可靠性作為重點(diǎn)工作之一，為此，在對(duì)附件進(jìn)行系統(tǒng)全面的FMECA基礎(chǔ)上，結(jié)合在役型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)附件故障情況，提出基于故障模式的附件可靠性試驗(yàn)方案，通過制定科學(xué)合理的附件可靠性試驗(yàn)方案，按照試驗(yàn)方案開展附件可靠性試驗(yàn)，使附件故障和不足暴露在試驗(yàn)臺(tái)上，暴露在研制早期，并采取相應(yīng)的糾正措施，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)附件可靠性水平，降低發(fā)動(dòng)機(jī)在使用過程中的附件故障比例，從而提高整機(jī)可靠性水平。

1.1目的

基于故障模式的航空發(fā)動(dòng)機(jī)附件可靠性試驗(yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^開展有針對(duì)性的附件級(jí)的環(huán)境與可靠性試驗(yàn)，盡早充分暴露附件故障，并采取相應(yīng)的糾正措施，保證附件可靠性達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)要求。同時(shí)，通過基于故障模式的附件可靠性試驗(yàn)可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)措施的有效性，降低附件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)正常使用的不利影響。

2附件可靠性試驗(yàn)設(shè)計(jì)流程

2.1總體思路

基于故障模式的附件可靠性試驗(yàn)首先在對(duì)附件進(jìn)行全面的FMECA分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合在役型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)附件故障情況，明確產(chǎn)品典型故障模式，進(jìn)行典型故障模式分析等工作，從而明確附件需開展的基于故障模式的附件可靠性試驗(yàn)的試驗(yàn)項(xiàng)目，更好的設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案。對(duì)附件產(chǎn)品進(jìn)行FMECA分析有助于故障定位，失效分析后明確故障機(jī)理將有利于進(jìn)一步改進(jìn)缺陷，改進(jìn)后重新試驗(yàn)以驗(yàn)證改進(jìn)措施的效果。

2.2附件FMECA分析

附件FMECA分析是一項(xiàng)十分繁瑣的工作，要求設(shè)計(jì)人員或可靠性人員從以下方面進(jìn)行分析（但不限于）：

a） 明確附件的薄弱環(huán)節(jié)或關(guān)鍵重要部位，這可以通過參考同類設(shè)計(jì)或在整個(gè)系統(tǒng)的可靠性分析給定;

b） 要了解同類產(chǎn)品的故障情況或產(chǎn)品失效的統(tǒng)計(jì)概率，對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)而言可用的數(shù)據(jù)較少，但同類產(chǎn)品的故障情況能夠作為分析的重要參考;

c） 了解發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程中（包括試驗(yàn)和試飛），附件的失效情況，這也是進(jìn)行典型故障模式分析的重要參考;

綜合上述情況分析確定附件典型故障模式，為基于故障模式的附件可靠性試驗(yàn)方案奠定基礎(chǔ)。

2.3典型故障模式分析

在附件FMECA分析的基礎(chǔ)上結(jié)合在役型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)附件故障情況，綜合考慮故障發(fā)生概率、故障危害度等因素明確附件典型故障模式并對(duì)附件的典型故障模式進(jìn)行分析，分析包括故障機(jī)理、故障原因、故障發(fā)生時(shí)機(jī)、故障危害度等內(nèi)容，為確定科學(xué)合理的基于故障模式的附件可靠性試驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。

2.4確定附件可靠性試驗(yàn)項(xiàng)目

基于故障模式的附件可靠性試驗(yàn)項(xiàng)目是以全面分析附件故障模式為基礎(chǔ)，結(jié)合型號(hào)規(guī)范、相關(guān)國(guó)軍標(biāo)和附件技術(shù)協(xié)議的規(guī)定，綜合提出并設(shè)計(jì)有針對(duì)性的可靠性試驗(yàn)項(xiàng)目和相關(guān)要求，基于故障模式的附件可靠性試驗(yàn)項(xiàng)目是基于故障模式采用科學(xué)的方法優(yōu)選試驗(yàn)項(xiàng)目或開展試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主要包括通用規(guī)范規(guī)定的附件試驗(yàn)、附件實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)、附件壽命試驗(yàn)、附件產(chǎn)品規(guī)范規(guī)定的試驗(yàn)和基于故障模式設(shè)計(jì)的可靠性試驗(yàn)等5類，其中：

a） 通用規(guī)范規(guī)定的附件試驗(yàn)為GJB242A-2018《航空渦輪螺槳和渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)通用規(guī)范》規(guī)定的附件模擬工作試驗(yàn)、發(fā)動(dòng)機(jī)附件環(huán)境試驗(yàn)、防火試驗(yàn)、電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)等;

b） 附件實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)為GJB 150.1A-2009《軍用裝備試驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法》規(guī)定的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)，其中部分試驗(yàn)與“通用規(guī)范規(guī)定的附件試驗(yàn)”要求一致;

c） 壽命試驗(yàn)為科工委〖1985〗科六字第1325號(hào)文《航空技術(shù)裝備壽命和可靠性工作暫行規(guī)定（試行）》要求開展的附件壽命試驗(yàn);

d） 附件產(chǎn)品規(guī)范規(guī)定的試驗(yàn)為部分附件設(shè)計(jì)試驗(yàn)除依據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)外，有相關(guān)國(guó)軍標(biāo)專門規(guī)定其附件產(chǎn)品設(shè)計(jì)，如GJB 4735-1996《飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)用空氣渦輪起動(dòng)機(jī)通用規(guī)范》規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)接合試驗(yàn)、離合器和軸破壞試驗(yàn)等試驗(yàn);

e） 基于故障模式設(shè)計(jì)的附件可靠性試驗(yàn)是針對(duì)每個(gè)附件產(chǎn)品，在分析其主要故障模式的基礎(chǔ)上所提出的具有針對(duì)性的特種試驗(yàn)項(xiàng)目。該類試驗(yàn)包括密封試驗(yàn)（打壓試驗(yàn)，針對(duì)燃滑油泄漏和滲漏故障）、滑油泵軸扭斷試驗(yàn)（針對(duì)斷軸故障）等試驗(yàn)。

3示例

某滑油泵主要由殼體、傳動(dòng)軸、內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子等組成?；捅冒鰤罕煤突赜捅?，增壓泵主要提供壓力潤(rùn)滑油以潤(rùn)滑、冷卻軸承和齒輪;回油泵抽滑油回滑油箱。

某滑油泵FMECA分析詳見表1，通過FMECA可知，該滑油泵主要故障模式為斷軸和漏油。

統(tǒng)計(jì)在研在役其他型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)滑油泵故障情況，詳見表2。

通過某滑油泵FMECA分析和在研在役其他型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)滑油泵故障分析可知，發(fā)動(dòng)機(jī)滑油泵主要故障模式為斷軸和漏油，因此針對(duì)斷軸故障模式設(shè)計(jì)泵軸扭斷試驗(yàn)，針對(duì)滲漏油故障模式設(shè)計(jì)密封性試驗(yàn)和振動(dòng)試驗(yàn)組合試驗(yàn)。

a）泵軸扭斷試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)康模簩?duì)滑油泵傳動(dòng)軸進(jìn)行扭斷試驗(yàn)，以考核其靜強(qiáng)度，保證工作安全。

試驗(yàn)要求：

◆用傳動(dòng)軸進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，實(shí)際記錄數(shù)值，與設(shè)計(jì)要求和計(jì)算的理論值進(jìn)行對(duì)比分析。

◆試驗(yàn)要求載荷來源于產(chǎn)品技術(shù)協(xié)議。

◆加載過程分為三個(gè)階段：最大工作扭矩、計(jì)算扭斷力矩和扭斷。

◆最大工作扭矩試驗(yàn)后目視檢查傳動(dòng)軸，分析其扭矩-扭轉(zhuǎn)角曲線;計(jì)算扭斷力矩試驗(yàn)后目視檢查傳動(dòng)軸，無損檢測(cè)是否有裂紋;扭斷后記錄剪切扭矩和試驗(yàn)件故障部位。

b）組合試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)康模簩?duì)滑油泵進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)和密封性試驗(yàn)組合試驗(yàn)，考核滑油泵接合面處密封性。

試驗(yàn)要求：

◆振動(dòng)試驗(yàn)方法按GJB150.16A-2009中的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，振動(dòng)試驗(yàn)類型為功能性振動(dòng)和耐久性振動(dòng)。產(chǎn)品須經(jīng)受3個(gè)軸向的振動(dòng)。每個(gè)軸向振動(dòng)持續(xù)時(shí)間各為1小時(shí)。

◆密封性試驗(yàn)要求：滑油完成振動(dòng)試驗(yàn)后在室溫下，將轉(zhuǎn)速調(diào)至工作轉(zhuǎn)速后，增壓級(jí)出口壓力調(diào)為**MPa， 回油泵出口壓力調(diào)為**MPa， 保持一段時(shí)間后，滑油泵接合面處不允許漏油。

4總結(jié)

本文針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)服役后附件故障率高，影響部隊(duì)試用的問題，基于故障模式開展附件可靠性試驗(yàn)設(shè)計(jì)，給出了基于故障模式的附件可靠性試驗(yàn)設(shè)計(jì)流程和方法。通過開展基于故障模式的附件可靠性試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法驗(yàn)證，該試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法具有工程應(yīng)用價(jià)值，能夠有效的暴露設(shè)計(jì)缺陷、驗(yàn)證設(shè)計(jì)的有效性，從而提高附件可靠性水平。

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（中國(guó)航發(fā)湖南動(dòng)力機(jī)械研究所，湖南 株洲 412002）