民用飛機(jī)高加速壽命試驗(yàn)

王榕

【摘 要】民用飛機(jī)可靠性高低直接影響飛機(jī)綜合競(jìng)爭(zhēng)力，高加速壽命試驗(yàn)是發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)快速提升產(chǎn)品可靠性的重要方式。本文給出了高加速壽命試驗(yàn)的一般要求、具體流程、試驗(yàn)報(bào)告和試驗(yàn)后措施，對(duì)提高民機(jī)可靠性具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】可靠性;高加速壽命試驗(yàn)（HALT）;失效;故障數(shù)據(jù)

中圖分類號(hào)： V249文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）19-0085-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.19.039

民用飛機(jī)可靠性的高低直接影響飛機(jī)的運(yùn)營簽派工作，是影響航空公司效率和運(yùn)營成本的核心問題，飛機(jī)只有具備良好的可靠性水平，才能保證在其壽命周期內(nèi)獲得高利用率、低延誤率，保證運(yùn)營安全、正點(diǎn)，使航空公司利潤最大化。飛機(jī)是否具有高可靠性水平是航空公司決策引進(jìn)飛機(jī)的重要依據(jù)，是飛機(jī)制造商開拓市場(chǎng)的重要基礎(chǔ)。因此，在飛機(jī)設(shè)計(jì)階段，飛機(jī)制造商通常制定具有競(jìng)爭(zhēng)力的可靠性指標(biāo)，相應(yīng)的飛機(jī)各系統(tǒng)采用的設(shè)備也必須具有高可靠性水平，這就要求飛機(jī)在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行可靠性試驗(yàn)對(duì)設(shè)備可靠性進(jìn)行確認(rèn)或評(píng)估，從設(shè)計(jì)和工藝源頭提升產(chǎn)品可靠性以保證設(shè)計(jì)出的飛機(jī)滿足可靠性指標(biāo)要求。但是傳統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)方法試驗(yàn)周期長、費(fèi)用昂貴、效率低下且效果不好，往往通過試驗(yàn)的產(chǎn)品在實(shí)際運(yùn)營過程中還是會(huì)出現(xiàn)問題，無法滿足民用飛機(jī)高可靠性的要求，而高加速壽命試驗(yàn)（HALT）效率高，成本低，可以大大縮短試驗(yàn)時(shí)間節(jié)省樣品與試驗(yàn)費(fèi)用，能夠更加有針對(duì)性地曝露產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺陷，發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，通過制定針對(duì)性措施加以改進(jìn)，快速提高產(chǎn)品可靠性[1]。

在飛機(jī)研制初始階段，需要制定針對(duì)高加速壽命試驗(yàn)的試驗(yàn)要求、流程與方法，確定試驗(yàn)范圍和實(shí)施步驟，落實(shí)到飛機(jī)設(shè)計(jì)中。國外民機(jī)主制造商如空客、波音等，均有一套完善的試驗(yàn)流程與方法，并在其機(jī)型上廣泛運(yùn)用，我國民機(jī)在這方面研究尚處于起步階段。因此，在研制階段，需制定出完善的高加速壽命試驗(yàn)要求，從設(shè)計(jì)階段提升飛機(jī)可靠性。

本文首先確定了HALT試驗(yàn)的試驗(yàn)階段、試驗(yàn)對(duì)象，給出了具體的試驗(yàn)流程、試驗(yàn)要求，研究了試驗(yàn)的具體實(shí)施過程，提出了試驗(yàn)后故障分析糾正措施要求，形成了可用于指導(dǎo)民用飛機(jī)高加速壽命試驗(yàn)工作的詳細(xì)試驗(yàn)方法。

1 HALT試驗(yàn)技術(shù)

高加速壽命試驗(yàn)是一種通過尋找產(chǎn)品壽命與環(huán)境應(yīng)力之間的關(guān)系，利用高應(yīng)力水平下的壽命試驗(yàn)結(jié)果去推測(cè)或評(píng)估正常應(yīng)力水平下產(chǎn)品壽命的試驗(yàn)技術(shù)和方法[2]。高加速壽命試驗(yàn)的理論依據(jù)是故障物理學(xué)，把故障或失效當(dāng)作研究的主要對(duì)象，通過發(fā)現(xiàn)、研究和根治故障達(dá)到提高可靠性的目的[3]。一般而言，在HALT試驗(yàn)中找到的產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)如果沒有改善，會(huì)毫無例外地在產(chǎn)品使用環(huán)境下出現(xiàn)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期進(jìn)行HALT試驗(yàn)可以迅速找出產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造缺陷，為開發(fā)人員改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案提供依據(jù);對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺陷進(jìn)行及時(shí)的修正，提高產(chǎn)品在使用過程中的可靠性。

2 試驗(yàn)一般要求

2.1 試驗(yàn)對(duì)象

一般來說，HALT試驗(yàn)需要3個(gè)設(shè)備樣品，其中至少2個(gè)設(shè)備樣品將用于試驗(yàn)，如果其中一個(gè)試驗(yàn)樣品可以完成組合應(yīng)力試驗(yàn)，則第3個(gè)試驗(yàn)樣品可能不會(huì)需要。由于HALT試驗(yàn)在產(chǎn)品壽命周期的早期進(jìn)行，因此樣品產(chǎn)品可以代替前期生產(chǎn)的產(chǎn)品。

HALT適用于以下類型的電氣，機(jī)械，液壓機(jī)械，機(jī)電設(shè)備：（1）新研電子組件;（2）執(zhí)行安全性關(guān)鍵功能的組件;（3）使用無運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)的組件;（4）使用與運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)不良的產(chǎn)品類似的組件。

2.2 試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)

在開展HALT試驗(yàn)前，應(yīng)成立HALT試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)，成員包括系統(tǒng)工程師、測(cè)試工程師、研發(fā)工程師、可靠性工程師、制造工程師等，他們一起計(jì)劃HALT試驗(yàn)，預(yù)測(cè)失效，在HALT試驗(yàn)期間以及在故障分析過程中提供支持。HALT試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)具體職責(zé)包括制定HALT試驗(yàn)計(jì)劃及預(yù)測(cè)產(chǎn)品失效模式及失效范圍，定義HALT試驗(yàn)需求，描述試驗(yàn)的溫度及振動(dòng)的最小量值，定義額外的、特定的應(yīng)力模式，定義產(chǎn)品功能測(cè)試需求，進(jìn)行產(chǎn)品失效分析，制定糾正措施計(jì)劃及修復(fù)方法等。

2.3 試驗(yàn)設(shè)備

HALT試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)設(shè)備具有嚴(yán)格的要求，試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)溫度應(yīng)力、振動(dòng)應(yīng)力以及產(chǎn)品特定測(cè)試應(yīng)力的疊加測(cè)試。執(zhí)行HALT試驗(yàn)所需的設(shè)備必須能夠產(chǎn)生要求定義的熱能和振動(dòng)能，并且能夠組合產(chǎn)生應(yīng)力。

2.4 特定應(yīng)力

HALT試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)根據(jù)定義的產(chǎn)品特定應(yīng)力類型，配置相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備，將特定應(yīng)力與溫變應(yīng)力和振動(dòng)應(yīng)力疊加起來施加于HALT試驗(yàn)的每一個(gè)階段，以促使額外的失效暴露。對(duì)于非電子產(chǎn)品，必須根據(jù)具體情況仔細(xì)確定這些產(chǎn)品的特定應(yīng)力。

2.5 功能測(cè)試要求

HALT試驗(yàn)的目的在于檢測(cè)試驗(yàn)產(chǎn)品的失效模式，暴露產(chǎn)品的缺陷。試驗(yàn)成功的關(guān)鍵在于當(dāng)試驗(yàn)產(chǎn)品發(fā)生失效時(shí)，失效能夠被準(zhǔn)確快速地檢測(cè)出來。因此，功能測(cè)試應(yīng)盡可能實(shí)現(xiàn)100%的測(cè)試覆蓋率。若完成完整的功能測(cè)試所需的時(shí)間過長，例如需要2個(gè)小時(shí)，此時(shí)對(duì)于HALT試驗(yàn)而言不可能完成完整的功能測(cè)試，則應(yīng)在試驗(yàn)前確定完整功能測(cè)試的測(cè)試子集。試驗(yàn)過程中，在每一個(gè)應(yīng)力等級(jí)下，均必須進(jìn)行試驗(yàn)產(chǎn)品的完整功能測(cè)試，以評(píng)估產(chǎn)品的狀態(tài)。

2.6 故障數(shù)據(jù)記錄

在HALT試驗(yàn)過程中，應(yīng)進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)采集、分析和及時(shí)記錄。發(fā)現(xiàn)情況應(yīng)根據(jù)糾正措施進(jìn)行處理，并進(jìn)行記錄。

3 HALT試驗(yàn)程序

HALT程序中應(yīng)定義試驗(yàn)過程方法或活動(dòng)，HALT試驗(yàn)應(yīng)包括溫度步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)、快速溫變循環(huán)應(yīng)力試驗(yàn)、振動(dòng)步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)、綜合應(yīng)力試驗(yàn)和工作應(yīng)力試驗(yàn)等。

3.1 HALT試驗(yàn)流程

HALT試驗(yàn)由以下步驟組成，具體流程見圖1。

a）分析以確定一般的和產(chǎn)品特定的壓力源。