民用飛機強度試驗故障處理流程研究

魏熾亮

【摘 要】從工程研制角度出發，探討了民用飛機強度試驗故障處理的一般方法和過程。應用故障樹分析方法確定故障發生的根本原因，而后有針對性地采取糾正措施。

【關鍵詞】民用飛機；強度試驗；故障；故障樹

0 引言

民用飛機強度試驗是通過對真實的飛機結構施加外載的方式，模擬飛機在使用中可能遇到的受載情況。通過測量其響應（如應力、變形、轉角、位移、頻率、振幅等），核對其設計要求是否達到，檢驗其是否安全可靠，是保證飛機安全的傳統的、可靠的驗證手段。若強度試驗故障不能得到妥善的解決，將會直接影響飛行安全。因此，我們要重視強度試驗故障處理，發掘出根本原因，并采取有效的糾正措施，以確保民機研制的成功，為客戶提供優質的民用客機以取得項目的商業成功。

1 試驗故障處理流程

當試驗過程發生故障時，需對故障處理和后續糾正措施進行全程跟蹤管理。主要的工作有評估對飛行試驗的影響、確定是否需要質量信息上報、進行原因分析和糾正措施、修理損傷的試驗件四個方面。流程圖如圖1所示。

1.1 評估對飛行試驗的影響

試驗主管收到承試單位提交的“試驗故障報告TFR”表后，應及時協調故障的主管設計，協調判定試驗故障可能對飛行試驗帶來的影響，當判定影響不可接受時，在試驗故障報告TFR中填寫相應內容，同時督促設計主管按要求發出外場技術通知單及相關工程技術文件，降低或排除故障對飛行試驗帶來的影響和安全隱患。

1.2 質量信息報送

故障發生時，試驗負責部門必須在1小時內（第一時間）口頭報科技質量部和有關型號副總設計師，16小時內組織完成《項目質量問題信息報表》的填寫與簽署，24小時內按要求以書面形式主報相關院領導和主管副總師。并由主管院領導判定是否按雙五歸零要求進行落實關閉，無需雙五歸零的問題按一般質量問題處理。

1.3 原因分析

由承試單位試驗主管負責組織試驗、設計、制造等相關人員進行原因分析，確定問題發生的根本原因。承試單位配合協調相關人員對試驗故障的原因進行調查分析和故障類型的確定，試驗提出方和生產廠家參與，需要時，邀請型號總質量師、總師系統、同行業專家及相關單位共同參與指導故障原因分析。根據原因分析結果，判定試驗故障的責任單位；當責任單位在故障處理過程中發生更改時，需得到責任單位的會簽和試驗負責人的批準。初步判定的責任單位應進一步分析故障產生的原因，為后續采取的糾正措施更加有效徹底，同時，也為可能的責任單位的更改提供證據。

在進行根本原因分析時，通常采用故障樹的方法找出導致故障的多種因素（比如設計、制造、試驗），結合現場的試驗監控數據及錄像、試驗件斷口分析結果、計算分析結果，對可能導致試驗故障的原因進行層層分解，逐一排查。現以某型飛機翼梢小翼試驗故障為例，說明故障樹方法。

根據試驗現場對試驗件的破壞情況檢查，設計員對可能造成試驗故障的原因進行了分析，分別從設計、制造和試驗過程三個方面進行了排查，形成了故障樹，如圖2所示。

1.3.1 制造問題復查

1）超差及代料情況

復查翼梢小翼試驗件相關的FRR單及代料單，共發現5項偏離，但經評估，認為其對試驗的影響可以忽略。同時經生產廠家確認，試驗件生產過程受控，不存在質量問題。詳見《XX總裝安裝復查描述》、《XX部裝安裝復查描述》、《質量通知QA-NS-2012-014XX答復》。

2）緊固件質量

根據后續研發試驗的結果，緊固件質量并不是本次試驗故障的主要原因。因此，試驗件制造不是本次試驗故障的主要原因。

1.3.2 試驗問題復查

試驗故障發生后，承試單位成立了自查小組對試驗載荷和試驗方法進行了全面核查，對試驗過程、試驗現場加載設備、試驗加載控制系統和試驗數據采集系統進行了全面質量復查，結果表明試驗實施過程符合大綱要求。詳見報告《xx飛機翼梢小翼xx工況極限載荷試驗設備和設施核查報告》。因此，試驗過程控制不是本次試驗故障的主要原因。

1.3.3 設計問題復查

分別對翼梢小翼設計細節、強度分析、試驗方案進行了全面復查。同時為了更準確地分析破壞原因，設計人員建立了翼梢小翼根部連接局部細化的有限元模型，如圖3所示。

為了確定試驗支持段的影響，在分析中采用了機翼支持和試驗支持段支持兩種邊界進行對比計算，經分析發現試驗載荷簡化、支持段剛度等因素對小翼根部釘載影響均可以忽略，但是前緣連接能較大影響緊固件載荷的分布，載荷最大緊固件在有前緣連接的情況下載荷能下降10%，通過細化有限元分析，對復合材料翼梢小翼翼面應變進行了計算，發現在不計及應力集中的情況下，復合材料應變值均未達到許用應變，因此排除了復合材料結構破壞的可能。

1.3.4 結論

綜上：經過設計問題復查，發現小翼結構細節存在一定不合理之處，靜強度裕度較小。試驗支持段設計加重了小翼上翼面后緣處緊固件的載荷，是該部位緊固件提前破壞的主要原因，復材翼面及支持段金屬結構的破壞則屬于二次破壞。同時，在試驗方案中對金屬緊固件的考核過于嚴酷，屬于過考核。

1.4 故障處置及影響分析

針對原因分析所確定的因素，承試單位組織相關單位人員進行逐一糾正。當試驗機/件本體發生損傷時，可在確定責任單位前，由試驗提出方判定是否需要開出故障拒收報告FRR進行損傷處理，如需要轉開FRR，由生產廠家編制“故障拒收報告FRR”提交試驗提出方進行工程處理，試驗提出方給出工程處理意見，生產廠家配合落實FRR工程處理意見；同時，承試單位負責組織相關人員填寫故障完成處理后對后續試驗的影響分析。

1.5 糾正措施預防

責任單位根據進一步更深層次的原因分析，制定糾正措施、舉一反三，防止問題再次發生。

1）當確定為試驗件制造原因時，生產廠家除了按照FRR的工程處理要求對試驗件進行更改落實外，還應該將處理情況及采取的其他相關糾正措施在試驗故障單中進行記錄。試驗件更改措施的落實過程按照型號項目及承試單位相關管理文件要求執行。

2）當確定為試驗件設計原因時，試驗提出方應在處理試驗故障單的同時編制相應設計更改圖樣文件，并將設計更改情況及采取的其他相關糾正措施記錄在試驗故障單中。

3）當確定為試驗原因時，承試單位根據故障類型，如試驗方案、試驗設備或試驗操作等方面，按照本單位糾正措施和預防管理。

1.6 統計分析

試驗期間，承試單位應每月定期將“試驗故障報告”匯總信息反饋試驗提出方試驗主管，試驗提出方各試驗主管對試驗故障情況進行統計、匯總，提交質量部門配合跟蹤、檢查。

2 結束語

強度試驗（尤其是全機級試驗），是檢驗飛機是否安全可靠的一種傳統的、可靠的手段。其試驗周期長、考核部位多、受力復雜，故障有其不易分析和復現的特殊性。本文探討了民機強度試驗故障處理的一般方法和流程。采用故障樹分析方法查找出根本原因，并采取有針對性的糾正措施，對故障歸零有極大的幫助，也能加快民機研制的進度。

【參考文獻】

[1]羅航.故障樹分析的若干關鍵問題研究[D].電子科技大學，2010.11.25.

[2]王鳳山.飛機結構強度試驗實用指南[Z].西安：中國飛機強度研究所，2007.