商用航空發動機飛行臺飛行試驗構型管理研究

■ 張艷麗 宋云峰 陶金 尹春冬 趙晨 李健 / 中國航發商用航空發動機有限責任公司

飛行臺飛行試驗是商用航空發動機研制最重要的試驗和測試手段之一，具有風險性高的特點，通過科學合理地運用構型管理，可以確保試驗測試結果的準確性和可靠性，從而推動我國商用航空發動機在適航取證的道路上大步向前邁進。

飛行試驗是商用航空發動機取證及型號合格審定的必經階段，是發動機研制初期方案對比、確定選型，以及研制過程中故障排除、效果驗證最直接的手段。但是，處于飛行試驗階段的發動機，由于技術狀態尚未完全固化、技術成熟度不高、關鍵系統和關鍵技術都需要進一步驗證和優化，使得故障率仍處于較高水平。因此，發動機飛行試驗具有較高的風險性。飛行臺飛行試驗是整個飛行試驗的第一階段，其基本任務是對發動機進行飛行調整，目的是盡早暴露問題和獲取測試數據[1]。目前，國內商用航空發動機飛行臺飛行試驗沒有成熟的經驗可以遵循，也沒有現成的體系可以應用，需要運用現代系統工程的科學創新驅動戰略進行策劃和管理。構型管理貫穿于設計、制造、試驗、試飛直至客戶服務的全生命周期，是商用航空發動機研制成功的重要保證，也為其配置、改型和發展延續奠定了基礎[2]。有效地、科學地應用系統工程的構型管理理論和方法管理發動機飛行臺飛行試驗構型，厘清構型差異并最終支撐取證工作勢在必行。

構型工作策劃

開展商用航空發動機飛行臺飛行試驗需要進行縝密的構型工作策劃，根據工作分解邏輯，需要重點梳理如下幾個維度的內容，構型工作架構如圖1所示。

圖1 飛行臺飛行試驗構型工作架構

首先，應根據項目發布的試驗管理和保障手冊或相關文件為指導，規劃總的工作機制原則并明確支撐飛行臺飛行試驗構型管理人員的配置。再進一步細化分工，明確試驗支撐人員具體的工作方向、工作界面、信息交互以及協同方式。在此基礎上制定支撐工作運行機制，為試驗構型工作的開展提供人力資源的保障。

其次，飛行臺飛行試驗由于其特殊性，需要審視體系支撐的完整性以及覆蓋的包容性，充分識別試驗外場變更的場景。對目前流程體系中已經包含的場景，檢查其使用范圍是否涵蓋飛行試驗外場場景；對目前流程體系中包含不全的場景進行補充，新增的場景進行體系的完善。

再次，試驗過程中發動機的構型會因為不同的試驗目的或者測試改裝等原因產生變更，飛行臺的測試環境也不會一成不變，不同試驗科目產生的試驗數據與發動機構型和測試環境密切相關。三者的數據管理必須當成一個集成的復雜系統并建立“基線”，即建立對比或更改的基礎，不能孤立地單項處理。對應不同發動機構型和測試環境下獲取的試驗數據應建立 “快照”，清楚描述不同試驗數據與發動機構型和測試環境的對應關系，以便支撐后續數據的有效性、關聯性和對比分析工作。

除此之外，在試驗構型工作策劃中還應該考慮與試驗單位的接口管理。飛行臺飛行試驗的現場管理區別于發動機露天臺試驗和高空臺試驗，具有其特殊性和保密性。所以在策劃工作中要充分考慮現場管理的對接場景，梳理對接盲點對于保障試飛工作非常必要。針對試驗制定外場文件和對接管理工作指導書，為后續試驗的開展提供體系保障。

試驗前構型狀態確認

對于航空發動機研制而言，由于設計、制造、試驗過程中的各種復雜因素，構型管理的一致性要求存在逐步貫徹的過程，構型信息之間會存在差異。以圖2為例，產品構型與試驗件設計構型、試驗件實物構型存在客觀的構型差異，由于從產品構型到試驗件的設計開發需要跨越一個較長的時間維度，這期間存在試驗件設計構型的演變，以及整機核心機或零組件在需求驗證過程中的產品構型設計迭代以及修正，在此過程中，試驗件設計構型的長周期零組件已經開模、加工或試制，導致試驗件設計構型與產品構型之間存在差異[3]。在產品研制階段的試驗中，試驗發動機的設計構型與產品構型（設計主線）之間的差異分析和評估工作在決策選取試驗臺份時已完成。本文關注的試驗件實物構型與試驗件設計構型差異，需從物料清單（BOM）視圖的角度，充分利用信息化的手段，應用試驗件的工程BOM（EBOM）和實物交付BOM（DBOM）輔助分析發動機在交付給試驗方之前的構型狀態，梳理試驗發動機的實物構型和設計構型之間的差異，可以為試驗后總結提供數據支撐。

圖2 試驗發動機構型狀態

構型管理實施

飛行臺飛行試驗根據發動機掛裝飛行臺以及飛發聯合調試的需求，在發動機交付試驗方后，仍然會對發動機適配飛行臺進行具體的適配改裝和測試調試，這就導致發動機的構型不是一成不變的。在試驗過程中，不同的試驗科目對應的實物構型也可能存在差異。梳理和分析構型差異，是支撐試驗結論分析的基礎，也是適航取證的要求。

構型變更管理

基于目前國內商用航空發動機飛行臺飛行試驗驗證的資源限制和試驗的重要性及意義，發動機主機廠均配備了專業性強、技能全面的跟試隊伍。針對試驗現場的構型變更，在試驗現場開展發現問題、討論問題、影響評估、給出方案、發起流程、審批流程、問題處理、更新工藝和更新臺賬的處理流程（見圖3）。構型跟試主管從現場發現問題環節介入，從源頭明確問題定位和背景，由于受到試驗安全、資源調度和試驗窗口等因素影響，在處理方案選擇上會不同于普通試驗任務中問題的處置，為變更方式的選擇提供了多種思路，構型代表需要深度介入影響評估以及處置方案的選擇，結合目前構型管理體系中對于構型變更的處置機制，監督變更流程的發起和審批，確保問題描述清晰和流程正確。現場變更臺賬，是目前國內軍機飛行臺飛行試驗中記錄變更采用的方式，構型跟試主管對現場變更臺賬的管理，有利于全面詳實記錄試驗過程中的全部變更，為后續構型差異分析、試驗數據處理以及與試驗方的接口管理奠定基礎。

圖3 飛行試驗現場發動機問題處置流程

構型差異分析

對于管理體系完備、流程完善的構型變更管理機制，通用的變更梳理方法是對產生變更的構型單據進行統計和追溯，并逐條進行構型差異分析，最后綜合匯總差異分析結論。如表1所示，在統計周期內風扇增壓級對比試驗交付構型產生一個技術通知單，涉及一個零件，經確認該技術通知單為落實測試改裝要求對實物構型無改變，不影響飛行安全以及試驗驗證結果。其他部件系統的分析依此類推，最后匯總形成發動機整機的相對構型差異，并評估綜合影響。

表1 試驗發動機構型差異分析矩陣

根據中國民用航空局相關程序條款要求，用于需求符合性驗證的試驗件與產品之間允許存在構型差異，型號合格證的申請人在提交符合性報告時，要包括試驗產品的構型及偏離、制造符合性檢查及試驗產品構型偏離的影響評估等[4]。

飛行臺飛行試驗現場構型變更管理是在發動機交付構型的基礎上開展工作，工作的起點是發動機交付試驗方。根據表1構型差異分析矩陣，針對每個試驗科目按照部件系統進行構型差異梳理和分析。之后綜合評估所有部件系統的差異影響，并考慮多個部件系統差異的疊加耦合影響，給出綜合影響評估結論。以此建立不同試驗科目和發動機實物構型的關聯，完成每個試驗科目所對應的實物構型與試驗交付構型的差異以及影響分析，為試驗數據的獲取和分析提供構型保障。

試驗數據與試驗設備的管理

試驗設備的構型是產生試驗數據的保障，對適航取證有著非常大的影響。發動機飛行臺飛行試驗，由于承載試驗的設備是飛機，因此涉及的接口復雜。相比于高空臺和露天臺試驗管理難度更大，需要在試驗策劃的早期對飛行臺的試驗設備信息進行收集和整理，在試驗過程中通過接口管理飛行臺的變更，掌握飛行臺的狀態。建立試驗科目、發動機實物構型、試驗數據和飛行臺試驗設備四者之間的關聯，對試驗數據分析意義重大，為后續推導試驗結論奠定基礎。

與試驗方接口單據的構型管理

發動機飛行臺飛行試驗的開展，需要發動機設計方與試驗方緊密配合。發動機交付試驗方后，涉及發動機構型變更的典型場景有發動機機載軟件的變更，軟件變更會影響發動機的控制策略，進而影響飛發控制接口，因此，必須要在變更前充分驗證從而把對試驗乃至飛行安全的影響降到最小。發動機機載軟件變更必須向試驗方提出變更申請，得到試驗方同意后，雙方配合開展軟件變更機上實施。除發動機機載軟件變更之外，飛發協調中還存在大量的技術溝通與協調，技術協調將涉及發動機構型或飛行臺構型的調整，從而影響試驗數據結果，需要針對性地開展構型管理工作。典型接口單據使用場景包括但不限于軟件變更、技術協調和數據交換，如圖4所示。

圖4 發動機飛行臺飛行試驗典型接口單據使用場景

結束語

飛行臺飛行試驗是集科學性 、實踐性、風險性于一體，投資巨大、技術復雜的系統工程，在國防和經濟建設中具有舉足輕重的作用，世界上所有的航空強國無不重視飛行試驗的發展[5]。我國商用航空發動機的自主研制工作起步晚，對于飛行臺飛行試驗的認知和管理經驗不足。隨著發動機詳細設計和飛行試驗驗證工作的推進，積極探索和沉淀構型管理在已經開展的商用航空發動機飛行臺飛行試驗中取得的經驗，對于后續新階段試驗的開展具有重要的借鑒和參考意義。