民用飞机强度试验故障处理流程研究

魏炽亮

【摘 要】从工程研制角度出发，探讨了民用飞机强度试验故障处理的一般方法和过程。应用故障树分析方法确定故障发生的根本原因，而后有针对性地采取纠正措施。

【关键词】民用飞机；强度试验；故障；故障树

0 引言

民用飞机强度试验是通过对真实的飞机结构施加外载的方式，模拟飞机在使用中可能遇到的受载情况。通过测量其响应（如应力、变形、转角、位移、频率、振幅等），核对其设计要求是否达到，检验其是否安全可靠，是保证飞机安全的传统的、可靠的验证手段。若强度试验故障不能得到妥善的解决，将会直接影响飞行安全。因此，我们要重视强度试验故障处理，发掘出根本原因，并采取有效的纠正措施，以确保民机研制的成功，为客户提供优质的民用客机以取得项目的商业成功。

1 试验故障处理流程

当试验过程发生故障时，需对故障处理和后续纠正措施进行全程跟踪管理。主要的工作有评估对飞行试验的影响、确定是否需要质量信息上报、进行原因分析和纠正措施、修理损伤的试验件四个方面。流程图如图1所示。

1.1 评估对飞行试验的影响

试验主管收到承试单位提交的“试验故障报告TFR”表后，应及时协调故障的主管设计，协调判定试验故障可能对飞行试验带来的影响，当判定影响不可接受时，在试验故障报告TFR中填写相应内容，同时督促设计主管按要求发出外场技术通知单及相关工程技术文件，降低或排除故障对飞行试验带来的影响和安全隐患。

1.2 质量信息报送

故障发生时，试验负责部门必须在1小时内（第一时间）口头报科技质量部和有关型号副总设计师，16小时内组织完成《项目质量问题信息报表》的填写与签署，24小时内按要求以书面形式主报相关院领导和主管副总师。并由主管院领导判定是否按双五归零要求进行落实关闭，无需双五归零的问题按一般质量问题处理。

1.3 原因分析

由承试单位试验主管负责组织试验、设计、制造等相关人员进行原因分析，确定问题发生的根本原因。承试单位配合协调相关人员对试验故障的原因进行调查分析和故障类型的确定，试验提出方和生产厂家参与，需要时，邀请型号总质量师、总师系统、同行业专家及相关单位共同参与指导故障原因分析。根据原因分析结果，判定试验故障的责任单位；当责任单位在故障处理过程中发生更改时，需得到责任单位的会签和试验负责人的批准。初步判定的责任单位应进一步分析故障产生的原因，为后续采取的纠正措施更加有效彻底，同时，也为可能的责任单位的更改提供证据。

在进行根本原因分析时，通常采用故障树的方法找出导致故障的多种因素（比如设计、制造、试验），结合现场的试验监控数据及录像、试验件断口分析结果、计算分析结果，对可能导致试验故障的原因进行层层分解，逐一排查。现以某型飞机翼梢小翼试验故障为例，说明故障树方法。

根据试验现场对试验件的破坏情况检查，设计员对可能造成试验故障的原因进行了分析，分别从设计、制造和试验过程三个方面进行了排查，形成了故障树，如图2所示。

1.3.1 制造问题复查

1）超差及代料情况

复查翼梢小翼试验件相关的FRR单及代料单，共发现5项偏离，但经评估，认为其对试验的影响可以忽略。同时经生产厂家确认，试验件生产过程受控，不存在质量问题。详见《XX总装安装复查描述》、《XX部装安装复查描述》、《质量通知QA-NS-2012-014XX答复》。

2）紧固件质量

根据后续研发试验的结果，紧固件质量并不是本次试验故障的主要原因。因此，试验件制造不是本次试验故障的主要原因。

1.3.2 试验问题复查

试验故障发生后，承试单位成立了自查小组对试验载荷和试验方法进行了全面核查，对试验过程、试验现场加载设备、试验加载控制系统和试验数据采集系统进行了全面质量复查，结果表明试验实施过程符合大纲要求。详见报告《xx飞机翼梢小翼xx工况极限载荷试验设备和设施核查报告》。因此，试验过程控制不是本次试验故障的主要原因。

1.3.3 设计问题复查

分别对翼梢小翼设计细节、强度分析、试验方案进行了全面复查。同时为了更准确地分析破坏原因，设计人员建立了翼梢小翼根部连接局部细化的有限元模型，如图3所示。

为了确定试验支持段的影响，在分析中采用了机翼支持和试验支持段支持两种边界进行对比计算，经分析发现试验载荷简化、支持段刚度等因素对小翼根部钉载影响均可以忽略，但是前缘连接能较大影响紧固件载荷的分布，载荷最大紧固件在有前缘连接的情况下载荷能下降10%，通过细化有限元分析，对复合材料翼梢小翼翼面应变进行了计算，发现在不计及应力集中的情况下，复合材料应变值均未达到许用应变，因此排除了复合材料结构破坏的可能。

1.3.4 结论

综上：经过设计问题复查，发现小翼结构细节存在一定不合理之处，静强度裕度较小。试验支持段设计加重了小翼上翼面后缘处紧固件的载荷，是该部位紧固件提前破坏的主要原因，复材翼面及支持段金属结构的破坏则属于二次破坏。同时，在试验方案中对金属紧固件的考核过于严酷，属于过考核。

1.4 故障处置及影响分析

针对原因分析所确定的因素，承试单位组织相关单位人员进行逐一纠正。当试验机/件本体发生损伤时，可在确定责任单位前，由试验提出方判定是否需要开出故障拒收报告FRR进行损伤处理，如需要转开FRR，由生产厂家编制“故障拒收报告FRR”提交试验提出方进行工程处理，试验提出方给出工程处理意见，生产厂家配合落实FRR工程处理意见；同时，承试单位负责组织相关人员填写故障完成处理后对后续试验的影响分析。

1.5 纠正措施预防

责任单位根据进一步更深层次的原因分析，制定纠正措施、举一反三，防止问题再次发生。

1）当确定为试验件制造原因时，生产厂家除了按照FRR的工程处理要求对试验件进行更改落实外，还应该将处理情况及采取的其他相关纠正措施在试验故障单中进行记录。试验件更改措施的落实过程按照型号项目及承试单位相关管理文件要求执行。

2）当确定为试验件设计原因时，试验提出方应在处理试验故障单的同时编制相应设计更改图样文件，并将设计更改情况及采取的其他相关纠正措施记录在试验故障单中。

3）当确定为试验原因时，承试单位根据故障类型，如试验方案、试验设备或试验操作等方面，按照本单位纠正措施和预防管理。

1.6 统计分析

试验期间，承试单位应每月定期将“试验故障报告”汇总信息反馈试验提出方试验主管，试验提出方各试验主管对试验故障情况进行统计、汇总，提交质量部门配合跟踪、检查。

2 结束语

强度试验（尤其是全机级试验），是检验飞机是否安全可靠的一种传统的、可靠的手段。其试验周期长、考核部位多、受力复杂，故障有其不易分析和复现的特殊性。本文探讨了民机强度试验故障处理的一般方法和流程。采用故障树分析方法查找出根本原因，并采取有针对性的纠正措施，对故障归零有极大的帮助，也能加快民机研制的进度。

【参考文献】

[1]罗航.故障树分析的若干关键问题研究[D].电子科技大学，2010.11.25.

[2]王凤山.飞机结构强度试验实用指南[Z].西安：中国飞机强度研究所，2007.