氫氧發動機試驗過程關鍵數據控制方法探究

薛方凝 蹇 玥 楊天逸

（北京航天試驗技術研究所，北京 100074）

氫氧發動機試驗過程關鍵數據控制方法探究

薛方凝 蹇 玥 楊天逸

（北京航天試驗技術研究所，北京 100074）

氫氧發動機試驗過程是一個連續、復雜的生產服務過程，只有嚴格控制試驗過程，才能確保試驗質量和安全。對氫氧發動機試驗的試驗過程、工藝、設計進行了關鍵特性分析，找出了關鍵環節，提出了氫氧發動機試驗過程關鍵數據的控制措施和緊急處置控制方法，使得試驗關鍵過程得到了有效控制，有助于試驗目標的實現。

氫氧發動機，試驗，關鍵，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，我國氫氧火箭發動機研制工作已經取得了重大進展，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節，例如，技術風險分析不到位、現場管理不夠完善等，這表明，在關鍵特性識別、量化控制、外包管理等環節，型號研制仍需進一步提高精細化管理水平。針對科研生產任務要求，強化管理是試驗成功的有力保障，加強對關鍵過程、關鍵崗位、關鍵數據的把控，能夠有效地確保試驗質量、安全、風險、計劃受控。

以氫氧發動機試驗為例，試驗過程是一個連續、復雜的生產服務過程。對氫氧發動機試驗過程、工藝、設計進行關鍵特性分析，在試驗的各個環節中對關鍵過程進行重點控制[1]，有利于確保試驗質量。本文在氫氧發動機試驗關鍵過程識別的同時，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 氫氧發動機試驗系統組成

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

2 氫氧發動機試驗關鍵環節的識別與控制

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

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

2.1 氫氧發動機試驗設計關鍵特性分析

2.1.1 氫氧發動機試驗設計關鍵特性確定

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

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

2.1.2 某型號氫氧發動機試驗設計單點失效模式分析

（1）單點失效模式分析元件確認

依據FMECA分析，對嚴酷度級別為Ⅰ、Ⅱ的設計關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 某氫氧型號發動機試驗系統工藝流程表

單點失效模式的識別依據為：產品故障模式是否會導致系統故障、產品內部是否有冗余或替代操作程序作為補救[5]。依據這一原則，對以上設計元件進行識別，得出以下結論：

吊車無法安全吊裝發動機，點火回路阻值不符合要求無法通過替代程序補救，且由于以上設備均為重大設備，較難設置冗余備份，故確定為Ⅰ、Ⅱ類單點故障模式，需進行嚴格質量控制。

低溫閥門出現異常。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，會造成氣蝕關機，故確定為Ⅰ、Ⅱ類單點故障模式，需進行嚴格質量控制。

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 氫氧發動機試驗工藝關鍵特性分析

通過分析，某型號氫氧發動機試驗系統歸納出的工藝關鍵特性包括：推進劑供應系統中，爆破片、安全閥、貯箱壓力、容積、管道壓力、閥門承壓；點火系統中，點火回路阻值；配氣系統中，發動機地面吹除壓力；控制系統中，控制系統電源。涉及的具體工藝程序包括：液氫液氧加注、點火試驗，以及發動機試后處理。將這些工藝關鍵特性歸入試驗系統工藝流程中進行統一分析。

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動機試驗系統工藝過程的每個環節，并根據分析結果確定出氫氧發動機試驗系統的工藝關鍵特性及其過程控制要求，從而確保試驗質量。

2.3 氫氧發動機試驗過程關鍵特性分析

2.3.1 氫氧發動機試驗過程FMECA的評判方法

按照嚴酷度等級S、發生概率等級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，分析試驗系統的過程FMECA。

2.3.2 氫氧發動機試驗過程控制結果分析

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。以氫氧發動機試驗為例，在23項試驗過程分析中，多數過程的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”、“自動緊急關機程序測試”和“綜合測試”。確定上述3項為試驗過程關鍵特性，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）自動緊急關機程序測試

過程控制要求：對7種自動緊急關機條件進行測試。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、控制及測量系統與發動機系統在試驗全過程中的工作協調性和準確性。綜合測試在正常情況下進行3次，包括自動緊急關機測試、手動緊急關機測試和正常關機測試。通過各崗位有效檢查、測量，填寫《某型號發動機單元檢查綜合測試記錄表》，達到過程控制要求。

2.4 氫氧發動機試驗過程控制措施

2.4.1 氫氧發動機試驗關鍵過程識別

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

2.4.2 氫氧發動機試驗關鍵設備管理

氫氧發動機試驗關鍵過程操作中所使用的設備、工裝、計量器具等必須符合試驗任務書及工藝規程要求，并具有表明經測試、檢定有效的合格證明或標識。通過設備日常檢查和維護，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 氫氧發動機試驗關鍵過程控制方法

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

關鍵崗位：某型號氫氧發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。

關鍵設備：力矩扳手（型號B-101B-1，規格：40N·m～100N·m）；兆歐表（500MΩ）；數字多用表（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，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《發動機使用維護技術條件》規定，給點火器打保險。

（2）火工品測試

1號崗位人員用1941A型數字多用表，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，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 氫氧發動機試驗關鍵特性效果分析

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

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

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

3 劉新民. QJ11042A氫氧火箭發動機地面試驗方法[S]. 中國航天工業總公司, 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. 航天產品不合格、失效和危險分類[S]. 國防科學技術工業委員會, 2004

1009-8119（2017）04（1）-0059-03