民用飛機高加速壽命試驗

王榕

【摘 要】民用飛機可靠性高低直接影響飛機綜合競爭力，高加速壽命試驗是發(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的一般要求、具體流程、試驗報告和試驗后措施，對提高民機可靠性具有重要意義。

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

中圖分類號： V249文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）19-0085-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.19.039

民用飛機可靠性的高低直接影響飛機的運營簽派工作，是影響航空公司效率和運營成本的核心問題，飛機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，保證運營安全、正點，使航空公司利潤最大化。飛機是否具有高可靠性水平是航空公司決策引進飛機的重要依據(jù)，是飛機制造商開拓市場的重要基礎(chǔ)。因此，在飛機設(shè)計階段，飛機制造商通常制定具有競爭力的可靠性指標，相應(yīng)的飛機各系統(tǒng)采用的設(shè)備也必須具有高可靠性水平，這就要求飛機在設(shè)計階段進行可靠性試驗對設(shè)備可靠性進行確認或評估，從設(shè)計和工藝源頭提升產(chǎn)品可靠性以保證設(shè)計出的飛機滿足可靠性指標要求。但是傳統(tǒng)的可靠性試驗方法試驗周期長、費用昂貴、效率低下且效果不好，往往通過試驗的產(chǎn)品在實際運營過程中還是會出現(xiàn)問題，無法滿足民用飛機高可靠性的要求，而高加速壽命試驗（HALT）效率高，成本低，可以大大縮短試驗時間節(jié)省樣品與試驗費用，能夠更加有針對性地曝露產(chǎn)品設(shè)計缺陷，發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，通過制定針對性措施加以改進，快速提高產(chǎn)品可靠性[1]。

在飛機研制初始階段，需要制定針對高加速壽命試驗的試驗要求、流程與方法，確定試驗范圍和實施步驟，落實到飛機設(shè)計中。國外民機主制造商如空客、波音等，均有一套完善的試驗流程與方法，并在其機型上廣泛運用，我國民機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要求，從設(shè)計階段提升飛機可靠性。

本文首先確定了HALT試驗的試驗階段、試驗對象，給出了具體的試驗流程、試驗要求，研究了試驗的具體實施過程，提出了試驗后故障分析糾正措施要求，形成了可用于指導(dǎo)民用飛機高加速壽命試驗工作的詳細試驗方法。

1 HALT試驗技術(shù)

高加速壽命試驗是一種通過尋找產(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結(jié)果去推測或評估正常應(yīng)力水平下產(chǎn)品壽命的試驗技術(shù)和方法[2]。高加速壽命試驗的理論依據(jù)是故障物理學(xué)，把故障或失效當(dāng)作研究的主要對象，通過發(fā)現(xiàn)、研究和根治故障達到提高可靠性的目的[3]。一般而言，在HALT試驗中找到的產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)如果沒有改善，會毫無例外地在產(chǎn)品使用環(huán)境下出現(xiàn)。在產(chǎn)品設(shè)計初期進行HALT試驗可以迅速找出產(chǎn)品設(shè)計及制造缺陷，為開發(fā)人員改進產(chǎn)品設(shè)計方案提供依據(jù);對產(chǎn)品設(shè)計缺陷進行及時的修正，提高產(chǎn)品在使用過程中的可靠性。

2 試驗一般要求

2.1 試驗對象

一般來說，HALT試驗需要3個設(shè)備樣品，其中至少2個設(shè)備樣品將用于試驗，如果其中一個試驗樣品可以完成組合應(yīng)力試驗，則第3個試驗樣品可能不會需要。由于HALT試驗在產(chǎn)品壽命周期的早期進行，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，機械，液壓機械，機電設(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）使用無運營經(jīng)驗的技術(shù)的組件;（4）使用與運營經(jīng)驗不良的產(chǎn)品類似的組件。

2.2 試驗團隊

在開展HALT試驗前，應(yīng)成立HALT試驗團隊，成員包括系統(tǒng)工程師、測試工程師、研發(fā)工程師、可靠性工程師、制造工程師等，他們一起計劃HALT試驗，預(yù)測失效，在HALT試驗期間以及在故障分析過程中提供支持。HALT試驗團隊具體職責(zé)包括制定HALT試驗計劃及預(yù)測產(chǎn)品失效模式及失效范圍，定義HALT試驗需求，描述試驗的溫度及振動的最小量值，定義額外的、特定的應(yīng)力模式，定義產(chǎn)品功能測試需求，進行產(chǎn)品失效分析，制定糾正措施計劃及修復(fù)方法等。

2.3 試驗設(shè)備

HALT試驗對試驗設(shè)備具有嚴格的要求，試驗設(shè)備應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)溫度應(yīng)力、振動應(yīng)力以及產(chǎn)品特定測試應(yīng)力的疊加測試。執(zhí)行HALT試驗所需的設(shè)備必須能夠產(chǎn)生要求定義的熱能和振動能，并且能夠組合產(chǎn)生應(yīng)力。

2.4 特定應(yīng)力

HALT試驗團隊?wèi)?yīng)根據(jù)定義的產(chǎn)品特定應(yīng)力類型，配置相關(guān)試驗設(shè)備，將特定應(yīng)力與溫變應(yīng)力和振動應(yīng)力疊加起來施加于HALT試驗的每一個階段，以促使額外的失效暴露。對于非電子產(chǎn)品，必須根據(jù)具體情況仔細確定這些產(chǎn)品的特定應(yīng)力。

2.5 功能測試要求

HALT試驗的目的在于檢測試驗產(chǎn)品的失效模式，暴露產(chǎn)品的缺陷。試驗成功的關(guān)鍵在于當(dāng)試驗產(chǎn)品發(fā)生失效時，失效能夠被準確快速地檢測出來。因此，功能測試應(yīng)盡可能實現(xiàn)100%的測試覆蓋率。若完成完整的功能測試所需的時間過長，例如需要2個小時，此時對于HALT試驗而言不可能完成完整的功能測試，則應(yīng)在試驗前確定完整功能測試的測試子集。試驗過程中，在每一個應(yīng)力等級下，均必須進行試驗產(chǎn)品的完整功能測試，以評估產(chǎn)品的狀態(tài)。

2.6 故障數(shù)據(jù)記錄

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

3 HALT試驗程序

HALT程序中應(yīng)定義試驗過程方法或活動，HALT試驗應(yīng)包括溫度步進應(yīng)力試驗、快速溫變循環(huán)應(yīng)力試驗、振動步進應(yīng)力試驗、綜合應(yīng)力試驗和工作應(yīng)力試驗等。

3.1 HALT試驗流程

HALT試驗由以下步驟組成，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。