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摘 要：可靠性是航空发动机附件的固有特性，是设计出来的，更是试验出来的，因此提高附件可靠性水平的途径，除关注设计水平的提高、产品功能性能提升之外，需关注研制阶段附件可靠性试验工作的开展。同时，为汲取发动机附件故障率高、影响部队使用的教训，航空发动机研制应将提高附件可靠性作为重点工作之一，为此，本文提出在对附件进行系统全面的FMECA基础上，结合在役航空发动机附件故障情况，提出基于故障模式的附件可靠性试验设计方法和流程，通过制定科学合理的附件可靠性试验方案，开展附件可靠性试验，使附件故障和不足暴露在试验台上，暴露在研制早期，并采取相应的纠正措施，从而提高发动机附件可靠性水平。
关键词：航空发动机;故障模式;附件可靠性;试验
引言
随着我国航空技术的发展和认识的深入，近年来发动机的试验越来越受到重视。但是往往只关注整机及关键件的试验，且这些试验在航空发动机型号规范和结构完整性大纲中也有明确、细致的要求，而航空发动机附件试验则缺乏相对明确的规范和要求，加之管理上重视不够，没有严格、科学、有效地试验，导致发动机服役后附件故障率较高。据统计，现役某发动机附件故障占发动机总故障的70%以上，成为影响航空发动机可靠性的主要因素，严重的影响了发动机的正常使用。
1必要性
为汲取发动机附件故障率高、影响部队使用的教训，航空发动机研制应将提高附件可靠性作为重点工作之一，为此，在对附件进行系统全面的FMECA基础上，结合在役型号发动机附件故障情况，提出基于故障模式的附件可靠性试验方案，通过制定科学合理的附件可靠性试验方案，按照试验方案开展附件可靠性试验，使附件故障和不足暴露在试验台上，暴露在研制早期，并采取相应的纠正措施，从而提高发动机附件可靠性水平，降低发动机在使用过程中的附件故障比例，从而提高整机可靠性水平。
1.1目的
基于故障模式的航空发动机附件可靠性试验目的是通过开展有针对性的附件级的环境与可靠性试验，尽早充分暴露附件故障，并采取相应的纠正措施，保证附件可靠性达到预期的目标要求。同时，通过基于故障模式的附件可靠性试验可以验证设计措施的有效性，降低附件对发动机正常使用的不利影响。
2附件可靠性试验设计流程
2.1总体思路
基于故障模式的附件可靠性试验首先在对附件进行全面的FMECA分析的基础上，结合在役型号发动机附件故障情况，明确产品典型故障模式，进行典型故障模式分析等工作，从而明确附件需开展的基于故障模式的附件可靠性试验的试验项目，更好的设计试验方案。对附件产品进行FMECA分析有助于故障定位，失效分析后明确故障机理将有利于进一步改进缺陷，改进后重新试验以验证改进措施的效果。
2.2附件FMECA分析
附件FMECA分析是一项十分繁琐的工作，要求设计人员或可靠性人员从以下方面进行分析（但不限于）：
a） 明确附件的薄弱环节或关键重要部位，这可以通过参考同类设计或在整个系统的可靠性分析给定;
b） 要了解同类产品的故障情况或产品失效的统计概率，对于航空发动机而言可用的数据较少，但同类产品的故障情况能够作为分析的重要参考;
c） 了解发动机研制过程中（包括试验和试飞），附件的失效情况，这也是进行典型故障模式分析的重要参考;
综合上述情况分析确定附件典型故障模式，为基于故障模式的附件可靠性试验方案奠定基础。
2.3典型故障模式分析
在附件FMECA分析的基础上结合在役型号发动机附件故障情况，综合考虑故障发生概率、故障危害度等因素明确附件典型故障模式并对附件的典型故障模式进行分析，分析包括故障机理、故障原因、故障发生时机、故障危害度等内容，为确定科学合理的基于故障模式的附件可靠性试验奠定基础。
2.4确定附件可靠性试验项目
基于故障模式的附件可靠性试验项目是以全面分析附件故障模式为基础，结合型号规范、相关国军标和附件技术协议的规定，综合提出并设计有针对性的可靠性试验项目和相关要求，基于故障模式的附件可靠性试验项目是基于故障模式采用科学的方法优选试验项目或开展试验设计，主要包括通用规范规定的附件试验、附件实验室环境试验、附件寿命试验、附件产品规范规定的试验和基于故障模式设计的可靠性试验等5类，其中：
a） 通用规范规定的附件试验为GJB242A-2018《航空涡轮螺桨和涡轮轴发动机通用规范》规定的附件模拟工作试驗、发动机附件环境试验、防火试验、电磁环境效应试验等;
b） 附件实验室环境试验为GJB 150.1A-2009《军用装备试验室环境试验方法》规定的实验室环境试验，其中部分试验与“通用规范规定的附件试验”要求一致;
c） 寿命试验为科工委〖1985〗科六字第1325号文《航空技术装备寿命和可靠性工作暂行规定（试行）》要求开展的附件寿命试验;
d） 附件产品规范规定的试验为部分附件设计试验除依据上述标准外，有相关国军标专门规定其附件产品设计，如GJB 4735-1996《飞机发动机用空气涡轮起动机通用规范》规定的运转接合试验、离合器和轴破坏试验等试验;
e） 基于故障模式设计的附件可靠性试验是针对每个附件产品，在分析其主要故障模式的基础上所提出的具有针对性的特种试验项目。该类试验包括密封试验（打压试验，针对燃滑油泄漏和渗漏故障）、滑油泵轴扭断试验（针对断轴故障）等试验。
3示例
某滑油泵主要由壳体、传动轴、内转子、外转子等组成。滑油泵包含增压泵和回油泵，增压泵主要提供压力润滑油以润滑、冷却轴承和齿轮;回油泵抽滑油回滑油箱。
某滑油泵FMECA分析详见表1，通过FMECA可知，该滑油泵主要故障模式为断轴和漏油。 统计在研在役其他型号航空发动机滑油泵故障情况，详见表2。
通过某滑油泵FMECA分析和在研在役其他型号航空发动机滑油泵故障分析可知，发动机滑油泵主要故障模式为断轴和漏油，因此针对断轴故障模式设计泵轴扭断试验，针对渗漏油故障模式设计密封性试验和振动试验组合试验。
a）泵轴扭断试验
试验目的：对滑油泵传动轴进行扭断试验，以考核其静强度，保证工作安全。
试验要求：
◆用传动轴进行破坏性试验，实际记录数值，与设计要求和计算的理论值进行对比分析。
◆试验要求载荷来源于产品技术协议。
◆加载过程分为三个阶段：最大工作扭矩、计算扭断力矩和扭断。
◆最大工作扭矩试验后目视检查传动轴，分析其扭矩-扭转角曲线;计算扭断力矩试验后目视检查传动轴，无损检测是否有裂纹;扭断后记录剪切扭矩和试验件故障部位。
b）组合试验
试验目的：对滑油泵进行振动试验和密封性试验组合试验，考核滑油泵接合面处密封性。
试验要求：
◆振动试验方法按GJB150.16A-2009中的有关规定执行，振动试验类型为功能性振动和耐久性振动。产品须经受3个轴向的振动。每个轴向振动持续时间各为1小时。
◆密封性试验要求：滑油完成振动试验后在室温下，将转速调至工作转速后，增压级出口压力调为**MPa， 回油泵出口压力调为**MPa， 保持一段时间后，滑油泵接合面处不允许漏油。
4总结
本文针对航空发动机服役后附件故障率高，影响部队试用的问题，基于故障模式开展附件可靠性试验设计，给出了基于故障模式的附件可靠性试验设计流程和方法。通过开展基于故障模式的附件可靠性试验设计方法验证，该试验设计方法具有工程应用价值，能够有效的暴露设计缺陷、验证设计的有效性，从而提高附件可靠性水平。
参考文献：
[1]徐庆仁. 国外机载设备可靠性与环境试验技术发展一瞥[J]，航空质量与标准化，1997（5）：45-48.
[2]何峻，苏中高，刘芳. 航空发动机附件试验要求研究[J]，航空工程进展，Vol.3 No.4，2012
[3]王桂华，蔚夺魁等. 航空发动机可靠性试验方法研究[J]，航空发动机，Vol.40 No.5，2014
[4]GJB150A-2009，軍用装备实验室环境试验方法
[5]王绍印.故障模式和影响分析（FMEA），广州：中山大学出版社，2003
[6]胡林忠. 产品研制中的环境试验应用考虑. 中国电子学会可靠性分会学术年会， 2008 ：12-14.
[7]夏丽娇. 型号可靠性试验工作思路[J]，电信网技术，2016（9）：78-81.
[8]王德言，张建国等. 产品研制中的环境试验应用考虑，北京：冶金工业出版社，1992.
（中国航发湖南动力机械研究所，湖南 株洲 412002）
关键词：航空发动机;故障模式;附件可靠性;试验
引言
随着我国航空技术的发展和认识的深入，近年来发动机的试验越来越受到重视。但是往往只关注整机及关键件的试验，且这些试验在航空发动机型号规范和结构完整性大纲中也有明确、细致的要求，而航空发动机附件试验则缺乏相对明确的规范和要求，加之管理上重视不够，没有严格、科学、有效地试验，导致发动机服役后附件故障率较高。据统计，现役某发动机附件故障占发动机总故障的70%以上，成为影响航空发动机可靠性的主要因素，严重的影响了发动机的正常使用。
1必要性
为汲取发动机附件故障率高、影响部队使用的教训，航空发动机研制应将提高附件可靠性作为重点工作之一，为此，在对附件进行系统全面的FMECA基础上，结合在役型号发动机附件故障情况，提出基于故障模式的附件可靠性试验方案，通过制定科学合理的附件可靠性试验方案，按照试验方案开展附件可靠性试验，使附件故障和不足暴露在试验台上，暴露在研制早期，并采取相应的纠正措施，从而提高发动机附件可靠性水平，降低发动机在使用过程中的附件故障比例，从而提高整机可靠性水平。
1.1目的
基于故障模式的航空发动机附件可靠性试验目的是通过开展有针对性的附件级的环境与可靠性试验，尽早充分暴露附件故障，并采取相应的纠正措施，保证附件可靠性达到预期的目标要求。同时，通过基于故障模式的附件可靠性试验可以验证设计措施的有效性，降低附件对发动机正常使用的不利影响。
2附件可靠性试验设计流程
2.1总体思路
基于故障模式的附件可靠性试验首先在对附件进行全面的FMECA分析的基础上，结合在役型号发动机附件故障情况，明确产品典型故障模式，进行典型故障模式分析等工作，从而明确附件需开展的基于故障模式的附件可靠性试验的试验项目，更好的设计试验方案。对附件产品进行FMECA分析有助于故障定位，失效分析后明确故障机理将有利于进一步改进缺陷，改进后重新试验以验证改进措施的效果。
2.2附件FMECA分析
附件FMECA分析是一项十分繁琐的工作，要求设计人员或可靠性人员从以下方面进行分析（但不限于）：
a） 明确附件的薄弱环节或关键重要部位，这可以通过参考同类设计或在整个系统的可靠性分析给定;
b） 要了解同类产品的故障情况或产品失效的统计概率，对于航空发动机而言可用的数据较少，但同类产品的故障情况能够作为分析的重要参考;
c） 了解发动机研制过程中（包括试验和试飞），附件的失效情况，这也是进行典型故障模式分析的重要参考;
综合上述情况分析确定附件典型故障模式，为基于故障模式的附件可靠性试验方案奠定基础。
2.3典型故障模式分析
在附件FMECA分析的基础上结合在役型号发动机附件故障情况，综合考虑故障发生概率、故障危害度等因素明确附件典型故障模式并对附件的典型故障模式进行分析，分析包括故障机理、故障原因、故障发生时机、故障危害度等内容，为确定科学合理的基于故障模式的附件可靠性试验奠定基础。
2.4确定附件可靠性试验项目
基于故障模式的附件可靠性试验项目是以全面分析附件故障模式为基础，结合型号规范、相关国军标和附件技术协议的规定，综合提出并设计有针对性的可靠性试验项目和相关要求，基于故障模式的附件可靠性试验项目是基于故障模式采用科学的方法优选试验项目或开展试验设计，主要包括通用规范规定的附件试验、附件实验室环境试验、附件寿命试验、附件产品规范规定的试验和基于故障模式设计的可靠性试验等5类，其中：
a） 通用规范规定的附件试验为GJB242A-2018《航空涡轮螺桨和涡轮轴发动机通用规范》规定的附件模拟工作试驗、发动机附件环境试验、防火试验、电磁环境效应试验等;
b） 附件实验室环境试验为GJB 150.1A-2009《军用装备试验室环境试验方法》规定的实验室环境试验，其中部分试验与“通用规范规定的附件试验”要求一致;
c） 寿命试验为科工委〖1985〗科六字第1325号文《航空技术装备寿命和可靠性工作暂行规定（试行）》要求开展的附件寿命试验;
d） 附件产品规范规定的试验为部分附件设计试验除依据上述标准外，有相关国军标专门规定其附件产品设计，如GJB 4735-1996《飞机发动机用空气涡轮起动机通用规范》规定的运转接合试验、离合器和轴破坏试验等试验;
e） 基于故障模式设计的附件可靠性试验是针对每个附件产品，在分析其主要故障模式的基础上所提出的具有针对性的特种试验项目。该类试验包括密封试验（打压试验，针对燃滑油泄漏和渗漏故障）、滑油泵轴扭断试验（针对断轴故障）等试验。
3示例
某滑油泵主要由壳体、传动轴、内转子、外转子等组成。滑油泵包含增压泵和回油泵，增压泵主要提供压力润滑油以润滑、冷却轴承和齿轮;回油泵抽滑油回滑油箱。
某滑油泵FMECA分析详见表1，通过FMECA可知，该滑油泵主要故障模式为断轴和漏油。 统计在研在役其他型号航空发动机滑油泵故障情况，详见表2。
通过某滑油泵FMECA分析和在研在役其他型号航空发动机滑油泵故障分析可知，发动机滑油泵主要故障模式为断轴和漏油，因此针对断轴故障模式设计泵轴扭断试验，针对渗漏油故障模式设计密封性试验和振动试验组合试验。
a）泵轴扭断试验
试验目的：对滑油泵传动轴进行扭断试验，以考核其静强度，保证工作安全。
试验要求：
◆用传动轴进行破坏性试验，实际记录数值，与设计要求和计算的理论值进行对比分析。
◆试验要求载荷来源于产品技术协议。
◆加载过程分为三个阶段：最大工作扭矩、计算扭断力矩和扭断。
◆最大工作扭矩试验后目视检查传动轴，分析其扭矩-扭转角曲线;计算扭断力矩试验后目视检查传动轴，无损检测是否有裂纹;扭断后记录剪切扭矩和试验件故障部位。
b）组合试验
试验目的：对滑油泵进行振动试验和密封性试验组合试验，考核滑油泵接合面处密封性。
试验要求：
◆振动试验方法按GJB150.16A-2009中的有关规定执行，振动试验类型为功能性振动和耐久性振动。产品须经受3个轴向的振动。每个轴向振动持续时间各为1小时。
◆密封性试验要求：滑油完成振动试验后在室温下，将转速调至工作转速后，增压级出口压力调为**MPa， 回油泵出口压力调为**MPa， 保持一段时间后，滑油泵接合面处不允许漏油。
4总结
本文针对航空发动机服役后附件故障率高，影响部队试用的问题，基于故障模式开展附件可靠性试验设计，给出了基于故障模式的附件可靠性试验设计流程和方法。通过开展基于故障模式的附件可靠性试验设计方法验证，该试验设计方法具有工程应用价值，能够有效的暴露设计缺陷、验证设计的有效性，从而提高附件可靠性水平。
参考文献：
[1]徐庆仁. 国外机载设备可靠性与环境试验技术发展一瞥[J]，航空质量与标准化，1997（5）：45-48.
[2]何峻，苏中高，刘芳. 航空发动机附件试验要求研究[J]，航空工程进展，Vol.3 No.4，2012
[3]王桂华，蔚夺魁等. 航空发动机可靠性试验方法研究[J]，航空发动机，Vol.40 No.5，2014
[4]GJB150A-2009，軍用装备实验室环境试验方法
[5]王绍印.故障模式和影响分析（FMEA），广州：中山大学出版社，2003
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[7]夏丽娇. 型号可靠性试验工作思路[J]，电信网技术，2016（9）：78-81.
[8]王德言，张建国等. 产品研制中的环境试验应用考虑，北京：冶金工业出版社，1992.
（中国航发湖南动力机械研究所，湖南 株洲 412002）