张凡
摘 要
民用飞机可靠性直接影响飞机的效能和寿命周期费用，对保证飞机安全运行、经济运营、持续适航具有重要的意义。可靠性验证是民用飞机研制及使用阶段最重要的可靠性工作之一，不仅能及时发现产品薄弱环节开展设计改进，还能验证可靠性设计要求的合理性。本文基于民用飞机可靠性验证流程对不同类型设备的可靠性指标验证方法开展研究。
关键词
可靠性验证;分析验证;试验验证
中图分类号： V443 文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.020
随着中国经济的飞速发展，我国民用航空业进入了高速腾飞时期，民用飞机可靠性的重要意义日益凸显，其作为飞机质量的重要特征，是民用飞机能否取得商业成功的关键。民用飞机可靠性研究已成为工程和科研的重点问题[1]。可靠性验证是民用飞机研制及使用阶段最重要的可靠性工作之一，是为判断飞机、系统或设备的过程实现是否满足可靠性设计要求而进行的可靠性评估活动。本文提出了民用飞机可靠性验证流程，对不同类型设备的可靠性指标验证方法开展研究，并给出了应用实例。
1 可靠性验证流程
民用飞机验证流程是一个自下而上的过程，首先开展设备级验证工作，再开展系统级验证工作，最后完成飞机级验证工作，验证工作流程图如图1所示。设备级的验证工作是可靠性验证工作的核心和重点，验证方法主要包括分析验证和试验验证，验证对象为设备的平均失效间隔时间（MTBF），从技术成熟度划分，可将设备分为以下4种，每种类型的设备又对应不同的验证方法[2]。
a）货架产品，该类型设备具有丰富的运营数据，可依据运营数据开展分析验证;
b）货架产品的改型产品但改型较小（仅外观、尺寸等非重要改变），该类型设备可基于改型前设备的运营数据开展分析验证;
c）货架产品的改型产品且改型较大，但对安全性无重要影响，该类型设备可基于外场数据（试验试飞数据及运营数据）开展分析验证;
d）货架产品的改型产品且改型较大且对安全性有重要影响，该类型设备需要开展试验验证。
2 设备可靠性验证方法
设备可靠性验证方法包括分析验证和試验验证，分析验证又包括运营数据分析验证和外场数据分析验证，试验验证包括高加速寿命试验（HALT）、高加速应力筛选试验（HASS）、可靠性增长试验等。
2.1 运营数据分析验证
运营数据分析验证适用于货架产品、非货架但改型较小的产品，对于货架产品，基于已有的运营数据直接开展分析验证。对于非货架但改型较小的产品，基于改型前货架产品已有的运营数据开展相似性分析，分析结果即可作为该类改型产品的验证数据。货架产品的运营数据由设备供应商提供，运营数据分析验证信息表如表1所示。
其中相似性描述是指货架产品与现有产品的相似性描述，包括设计相似性、环境条件分析、工作条件分析等。
2.2 外场数据分析验证
外场数据包括试验试飞数据及运营数据，外场数据分析验证适用于非货架且改型较大，但对安全性无重要影响的设备，外场数据分析验证信息表如表2所示。
第一列：需进行外场数据分析验证的设备名称;
第二列：填写该设备在其他机型的应用情况;
第三列：填写该设备的实际运营飞行小时数，即样本量;
第四列：填写总共发生的故障次数;
第五列：“实际外场MTBF”为根据实际统计的飞行小时和故障数计算得到的实际运营的MTBF值;
第六列：“分析使用的MTBF”为在可靠性预计报告中使用的MTBF值。
2.3 试验验证
试验验证适用于新研产品、改型较大且对安全性有重要影响的产品。设备可靠性试验验证是指在实验室采用可靠性试验的方式对设备的可靠性指标（MTBF）进行验证。试验验证包括高加速寿命试验（HALT）、高加速应力筛选试验（HASS）、可靠性增长试验等。
HALT试验是在飞机研制阶段找出产品的工作和破坏极限，确定产品的工作和破坏裕度，以最少的时间发现并改进设计和工艺薄弱环节。一般而言，在HALT试验中找到的产品薄弱环节如果没有改善，会毫无例外地在产品使用环境下出现。在产品设计初期进行HALT试验可以迅速找出产品设计及制造缺陷，为开发人员改进产品设计方案提供依据;对产品设计缺陷进行及时的修正，提高产品在使用过程中的可靠性;估计产品的操作极限和破坏极限，为高加速应力筛选试验的应力类型和应力量级的选择提供依据[3]。
3 设备可靠性验证应用实例
3.1 运营数据分析验证实例
以某型民用飞机机轮刹车系统中停机刹车阀为例，该设备为货架产品，单件停机刹车阀的MTBF是50620 FH，采用运营数据分析验证的方法进行指标验证，如表3所示。
3.2 外场数据分析验证实例
以某型民用飞机机轮刹车系统中自动刹车选择开关为例，该设备为改型较大但对安全性无重要影响的产品，自动刹车选择开关的MTBF是20000 FH，采用外场数据分析验证的方法进行指标验证，如表4所示。
3.3 试验验证实例
以某型民用飞机飞行记录系统中飞行记录器为例，该设备为新研产品，采用HALT试验开展试验验证，HALT中采用的主要技术是步进应力试验，快速温变循环应力和综合环境应力。试验程序包括：
1）振动步进应力：飞行记录器放置在振动系统夹具上，使用第一轴振动;把飞行记录器1连接到环境应力筛选试验台;接通电源，确定其正常工作;使用第二轴振动重复步骤1～3;记录试验结果。
2）快速温变循环应力：飞行记录器放置在温度试验箱中，把飞行记录器1连接到环境应力筛选试验台;接通电源，确定其正常工作。移除电源，试验箱温度降低到Tpmin;将飞行记录器稳定在试验箱温度下;接通电源，确定其工作极限;以30℃/分的速率将试验箱温度至Tpmax;将飞行记录器稳定在试验箱温度下;重复步骤2至步骤6，直到飞行记录器不能完成鉴定或知道完成10个循环。温变速率应当为30℃/分;记录试验结果。
3）综合环境应力：飞行记录器放置在温度试验箱中振动系统夹具上;把飞行记录器连接到环境应力筛选试验台;接通电源，确定其正常工作;设置试验人员确定的温度极限;设置试验人员确定的振动水平和持续时间;根据试验箱性能设置温变速率;使用电源循环加热时连接电源，冷却时移除电源;设置试验人员确定的循环持续时间;启动循环，监控试验样品性能;持续循环知道失效发生或完成100个循环。
4 结束语
本文提出了民用飞机可靠性验证流程，重点研究了设备可靠性指标验证工作，针对不同类型设备的可靠性指标验证初步提出了各自适用的验证方法，并给出了某型民用飞机设备可靠性指标验证工作实例。为后续可靠性设计更改提供数据基础，有利于确保民用飞机实际可靠性水平满足设计要求，提高运营经济性。
参考文献
[1]胡广平，叶群峰，包敦永.民用飞机可靠性工程[M].上海：上海交通大学出版社，2019.
[2]包敦永.民用飞机基本可靠性指标验证方法研究[J].科技展望，2014（10）：154.
[3]王榕.民用飞机高加速寿命试验[J].科技视界，2019（7）：85.
