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某型航空发动机试飞可靠性分析与评估

更新时间:2009-03-28

0 引言

近年来,为了推动国产航空发动机的发展,国家不仅积极使用国产航空发动机作为军用飞机的动力源,还成立了航空发动机集团公司,整合分散在相关公司的航空发动机业务,力图集中国内精干力量突破航空发动机的技术瓶颈,早日摆脱受制于人的局面。可靠性是航空发动机的重要质量特性,同时也是航空发动机性能能否得到发挥的关键衡量指标[1]。本文通过对某型国产航空发动机试飞数据进行统计分析,找出发动机研制中存在的薄弱环节,提出针对性改进意见和建议,以促进航空发动机可靠性得到进一步提高。

最后,建立精细化管理制度。精细化管理对于心血管内科护理提出了系统化、专业化和标准化的工作要求。以心血管内科的特点为依据,建立起全面覆盖突发抢救、安全管理以及风险责任制度,使护理工作朝着明确化和具体化的方向迈进。

从H在2017年工资与福利发放表中可以查出H 2017计提工资薪金2 026 830 003.08元,实际发放只有1 918 170 240.84元。两者之间差了108 659 762.2元。只能扣除在规定限额内的实际发放的工资和薪金,其余均不能扣除。所以,在最终环节,计算最终应纳税费的税基时,H应先对多计提并计入相关成本费用的部分进行相应的调增。调增数额为108 659 762.2元,还需补缴税款 108 659 762.2×25%=27 164 940.55 元。 所以在筹划时应尽量缩小实发与计提之间的差额。

1 国内外航空发动机可靠性发展及现状

1.1 国外发展及现状

目前,国际上具备独立研制高性能和高可靠性航空发动机能力的国家只有美国、英国、法国和俄罗斯。20世纪60年代,普惠公司为F-15战斗机研制了推重比为8的高性能涡扇发动机F100,但F-15在装备部队5年内发生了近750起与发动机相关的故障,致使F-15战斗机一度全面停飞。为了解决暴露出的可靠性问题,美国军方花费了6.6亿美元和11年时间,比研制费用多2亿美元,时间长1倍多。这一惨痛教训使美国深刻认识到片面追求高性能而忽视可靠性是不划算的,必须在性能和可靠性中寻求平衡。随后美国制定了发动机结构完整性大纲,投资了一系列预先技术验证计划,使航空发动机的可靠性得到大幅提高,一跃成为世界航空发动机先进国家。国际上通常采用平均故障间隔时间(TBF)、平均维修间隔时间(TBM)、空中停车率(rIFS)、提前换发率(rUER)等主要参数来表征航空发动机的可靠性,与GJB1909.5[2]的要求一致。欧美几型航空发动机可靠性指标见表1。

1.2 国内发展及现状

我国对航空发动机的研究起自20世纪50~60年代,从测仿苏联产品的基础发展而来,80年代开始自行研制航空发动机,迄今开展航空发动机可靠性工作近30年,但总体来说与国外先进国家仍存在不小的差距。据统计,20世纪60~80年代,因发动机发生的一、二等事故为0.3次/年;20世纪90年代,这类故障导致的事故率提高到0.5~1次/年[3]。进入21世纪以来,国产航空发动机逐步配装在飞机上进行设计鉴定/定型试飞,期间暴露了设计、制造、工艺、材料和维修保障等多方面的问题和缺陷。通过故障报告、分析和纠正措施系统(FRАСАS)、现场问题处理单和技术协调单等渠道,反馈问题和故障,分析提出改进措施,并对其有效性进行试验试飞验证,使航空发动机的可靠性得到了一定程度的提高。然而,与国外先进国家相比,我国航空发动机的使用可靠性水平仍然较低,严重影响了试飞进度和效益,使得设计定型节点一拖再拖,出现“飞机等发动机”的被动局面。

航空发动机作为飞机的动力源,对飞行安全、进度和质量保证均发挥着无可替代的作用,下大力气提高航空发动机的可靠性,是十分重要和必要的。

 

表1 欧美几款航空发动机的可靠性指标

  

参数型号 TBF(h) TBM(h) rIFS rUER F100-PW-100— 9.4——F100-PW-200—147 0.008 1 F100-PW-220——F404 — 175 0.1—F110 — 175 0.01—M88 >300 — — <5 EJ200 >100 — — <1

2 可靠性分析

某型发动机试飞期间的飞行时间有限,未发生空中停车事件,但提前换发时有发生。作为评估参数的平均故障间隔时间在试飞第三年结束时,评估值比试飞第一年提高了近70%,但仍与指标要求有很大差距。探索和研究提高航空发动机可靠性的方法和途径,任重道远。

2.1 责任故障统计分析

若年度工作考核可以“集成”,那么,平时的相关会议、相关检查、相关上报材料可否“集成”?即使不能“大集成”,“小集成”总是可以的;一些关系紧密,职能相近的工作,可以“多项合一”,开“集成”会议,搞“集成”检查。相信,不仅能节省大量人力、物力和时间,减轻基层负担,还能切实提升办事效率,减少一些“文山会海”。□

从国外航空发动机发展和我国航空发动机试飞实践来看,可靠性是影响航空发动机研制进度、费用和使用效能的关键因素。美国从“重视性能、轻视可靠性”的惨痛教训中惊醒,提出了发动机研制要遵循结构完整性要求,按照作战适用性、可靠性、维修性、性能和重量的优先顺序进行权衡,取得了良好的效果[8]。在吸取国外经验和教训的基础上,建议从以下方面,提高航空发动机的可靠性。

2.2 故障模式分析

故障模式是指故障的表现形式,如短路、开路、断裂、过度耗损等[5]。航空发动机是综合化程度较高的机电一体化复杂系统,该型发动机试飞期间发生的主要故障模式可归纳为渗漏油、降转、操纵异常或失效等9类。故障模式及发生次数统计见表3。

  

图1 各类故障影响分布情况

 

表2 各台航空发动机故障统计情况

  

发3 4 4 发10 1 1发4 0 0 发11 4 2发5 4 3 发12 1 1发6 3 1 发13 0 0发7 4 4 合计 32 24

2.3 故障原因分析

故障发生后,外场需遵循“双五归零”原则,完成技术和管理闭环。其中,技术归零的要求为:定位准确、机理清楚、问题复现、措施有效、举一反三。也就是说,要对故障原因进行分析,并制定切实可行的排故方案,以降低故障再次发生的概率,提高试飞效率。经分析,试飞期间的故障原因包括电气连接松动、非金属材料老化、制造装配缺陷、结构磨损和疲劳断裂、部附件质量问题、工艺不良等。故障原因分析结果见表4。

故障是指产品不能执行规定功能的状态,分为关联故障和非关联故障[5]。关联故障又分为责任故障和非责任故障[6],只有责任故障才用于可靠性评估时的故障统计。责任故障和非责任故障是相对于评估对象而言的,例如,若评估对象是某国产化产品,则来自于机上同功能可互换的进口产品的故障和超出使用限制引起的故障等均属于非责任故障。据不完全统计(抽取一定时间段的数据),某型发动机试飞期间共发生故障32起,其中责任故障24起,占故障总数的75%。参与试飞的航空发动机共13台,各台航空发动机故障统计情况见表2。

 

表3 故障模式及发生次数统计

  

故障模式 次数 故障模式 次数操纵异常或失效 6 降转 6紧固件松脱 2 喘振 3结构变形、断裂 2 振动值超标 2渗漏油 7 滑油中金属含量超标 1状态参数异常 3 — —

 

表4 故障原因分析结果

  

故障原因 故障数 故障原因 故障数部附件质量问题 10 工艺不良 3非金属材料老化 4 发动机本体 3结构磨损和疲劳断裂 4 制造装配缺陷 2电气连接松动 3 其他 3

该型发动机试飞期间,发生故障的影响包括停飞、无影响、飞行计划撤销、中断起飞、提前返航等,次数分别为18次、8次、3次、2次、1次。各类故障影响分布情况见图1。

2.4 故障影响分析

由表4可以看出,部附件成品质量引起10起故障,占故障总数的31.3%,且发动机部附件更换时大多需要拆卸发动机,致使发动机的修复性维修工时猛增,维修性水平随之下降。另外,因工艺不良、装配缺陷和非金属材料老化引起的渗漏油故障7次,占故障总数的21.9%。因此,在部附件质量、制造、工艺、材料上下功夫,将有助于提高发动机的可靠性和维修性。

目前,航空发动机可靠性评估参数主要包括平均故障间隔时间、平均维修间隔时间、空中停车率、提前换发率,其中前两个参数之间可相互转化,因此通常选择其一即可,工程上普遍选择平均故障间隔时间;后两个参数分别指发动机每千飞行小时空中停车次数和提前换发次数[2]

2.5 故障处理分析

  

图2 故障影响天数和次数统计

某型发动机试飞期间,设计研制单位对发生的故障进行了分析和处理,保证试飞工作向前推进。据统计,发生的故障中,27起通过更换零部件、附件及发动机本体得到排除,占故障总数的84.4%。故障虽然排除,但故障更换策略并不能提高发动机的可靠性,需针对具体故障采取切实可行的改进措施,方能促使发动机的可靠性得到提高。基于这一点,对10起故障涉及的产品开展了故障机理分析,找到了故障根源,制定了更换结构材料、细化生产装配工艺、改变产品设计尺寸、重新定义插头插针等改进措施,降低或消除了系统性故障[7]发生的概率,实现了发动机可靠性增长。

3 可靠性评估

从图1 可以看出,故障造成停飞占比超过50%以上,严重影响了试飞进度。如果不计故障排除后放飞评审等的管理时间,仅按故障日期和故障排除日期之间的天数计算,停飞共计177天,若再算上发动机其余故障排除需用的时间,则发动机故障导致飞机不可用的天数接近200天。故障影响天数和次数统计见图2。

数据是开展可靠性分析的基础。可靠性数据是指在产品寿命周期各阶段的可靠性工作及活动中产生的能反映产品可靠性水平和状态的各种数据[4]。可靠性数据主要包括产品工作时间、产品发生的故障、故障处理方法、改进措施及其有效性等。由于故障是反映可靠性的非常重要的数据,本文以故障为主开展可靠性统计分析。

4 结论与建议

试飞期间,因故障更换发动机5台次。经统计发动机工作时间及其发生的故障发现,有的发动机工作不到100小时,发生故障却高达8起,有的发动机工作超过100小时,尚未发生故障,由此可见发动机个体可靠性差异较大。

所有患者每6个月进行1次电话随访,末次随访日期为2018-02-28。随访时间 5~50个月,中位随访时间32.1个月,期间有36例患者复发,13例患者死亡。复发转移要求有病理诊断或者典型的影像学及临床表现,复发和生存时间按月记录,以手术日至患者复发、死亡或最后一次就诊(随访)时间为复发或生存期限。失访,非肿瘤死亡及截止点生存病例按统计分析要求列为截尾数据处理。

1) 转变观念,贯彻性能和“六性”一体化设计理念,从设计上下功夫。可靠性是设计出来的,因此,应以可靠性指标为牵引,运用系统工程的理论和方法,综合权衡性能特性和专门特性[9],避免出现立项接轨国际、论证指标虚高、过程只讲国情、产品差强人意、严重背离当初研制目标的现象,扎扎实实开展可靠性技术和管理活动,从根本上提升航空发动机的可靠性水平。

2) 严管生产和装配工艺流程,降低个体产品质量差异。生产和装配是保证设计可靠性实现的关键。通过对试飞数据的分析统计,发现发动机个体差异较大,说明生产和装配质量不稳定,过程检验和控制标准不统一。承制单位应加强技术人员操作培训,严格工艺流程和质量检验过程控制,发现制造缺陷及时纠正,最大限度地保证产品的固有可靠性。

3) 研究发动机控制和调节规律,掌握各参数之间的内在关系,制定有的放矢的排故方案,避免反复进行参数调整,以提高排故效率,从而提高飞机的使用效能。

4) 开展试飞试验数据挖掘,避免前序产品缺陷再现。某型发动机是系列产品,经对系列发动机故障数据的对比分析,发现前序发动机出现的漏油、振动、喘振、滑油中金属含量高、关键传感器故障率高、加力接通和起动等问题,在后续发动机中仍然存在。建议打破专业壁垒,建立发动机试飞试验数据库,全面系统地向设计方提供试验数据,一方面使设计方了解历史数据并从中吸取教训,避免将老问题带到新产品中,另一方面鼓励设计方在新型发动机研制中进行技术攻关,创造性地突破前序发动机中的关键技术难点。要实现这一目标,在新研或改进发动机之初,设计师系统必须组织力量开展试飞试验数据挖掘,研究确定可靠性技术攻关的方向,提出设计效益奖励办法,激发设计人员的创造性和主观能动性,牢固树立为装备发展服务的责任感和自豪感。

大学生入学后,引入经世理念SMART睿智职业规划体系,在入学和就业前分两次进行MBTI职业测评的自我评估阶段和职业定位阶段,分为初步自我评估和精准评估阶段的循环评估模式。同时通过6个学期的企业走进校园课程讲解、职业定位介绍、职业技能要求讲述、创新创业训练、求职能力提升课程等系列职业素质课程的学习,进行精准定位分流,进行岗位最终确定。

5) 设计中重视发动机零部件、附件的布局,以提高排故效率。发动机的零部件、附件故障,若需要更换处理,多数情况下需拆卸发动机,一方面影响试飞进度和效益,另一方面频繁拆装发动机难免引入其他故障和损伤。因此,在发动机研制中应充分考虑产品的故障率,在扩大开敞率的基础上,统筹进行零部件的科学布局,降低故障维修时间,提高飞机的使用可用度。

让教师、家长交流更方便的同时,班级群也增加了教师和家长的负担,容易引发一些不必要的误会。在这种情况下,就需要作为群管理员的教师正确看待问题,妥善协调矛盾,做好防范工作,建立系统的群管理制度。

参考文献

[1] 李琼,李艳军,赵文涛.航空发动机可靠性研究及提高途径探讨[J].飞机设计,2011,31(1).

[2] GJB1909.5-1994.装备可靠性维修性参数选择和指标确定要求 军用飞机[S].

[3] 宋兆泓.浅谈航空发动机可靠性工程的几个主要方面[J].航空发动机,2001(3).

[4] 赵宇主编.可靠性数据分析[M].北京:国防工业出版社.2011.

[5] GJB451А-2005 可靠性维修性保障性术语[S].

[6] GJB899А-2009 可靠性性鉴定与验收试验[S].

[7] GJB/Z 77-1995 可靠性增长管理手册[S].

[8] 徐可君,江龙平.军用航空发动机可靠性和寿命管理[J].中国工程科学,2003,5(1).

[9] 白广忱.航空发动机可靠性工程[Z]. 北京:北京航空航天大学.2013(8).

 
徐小芳,王守敏
《航空维修与工程》 2018年第04期
《航空维修与工程》2018年第04期文献

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