可靠性强化试验技术在机载成品上的应用与研究.pdf

专题研究可靠性强化试验技术在机载成品上的应用与研究刘世华，巴洪，汪晓翠,王彦晓(航空工业洪都，江西南昌,330 0 2 4)摘要：以某发电机控制盒为例，给出可靠性强化试验在电子成品上的试验剖面，并提出采用机械成品耐久性机理分析和加速试验理论相结合的思想，制定机械成品可靠性强化试验方案，将试验对象从电子成品延伸至所有具有加速性的机载成品上，使可靠性强化试验适用范围更广，更有助于快速提高机载成品及整机的可靠性水平。关键词：耐久性机理分析；加速性；可靠性强化试验Application and Research of Reliability Enhancement TestTechnology on Airborne ProductsLiu Shihua,Ba Hong,Wang Xiaocui,Wang Yanxiao(AVICHONCDU,Nanchang,Jiangxi,330024)Abstract:Taking a generator control box as an example,this paper presents the test profile of reliabilityenhancement test on electronic products and proposes the idea of combining mechanical products durabilitymechanism analysis with acceleration test theory to develop a mechanical product reliability enhancement testplan.The test object is extended from electronic products to all airborne products with acceleration,makingthe applicability of reliability enhancement test wider.It helps to quickly improve the reliability level ofairborne products and the whole aircraft.Key words:Durability mechanism analysis;Acceleration;Reliability enhancement test试验，通过某飞机发电机控制盒可靠性强化试验应0引言用实例给出该试验的试验条件和试验剖面，用于指导近年来，航空机载成品的可靠性水平要求越来越电子成品可靠性强化试验的实施。高，如某型基础教练机、某大型运输机整机及成品的1电子成品可靠性强化试验可靠性指标是传统三代机的5 倍以上，而承制单位的材料、元器件和工艺水平并没有如此大的提升。传统的可靠性试验已不能满足目前可靠性水平的需求,这就需要寻求一种费用低、周期短、更快速提高成品可靠性水平的新技术，可靠性强化试验适时产生。目前行业内主要针对电子成品开展可靠性强化1.1可靠性强化试验实施方案2 可靠性强化试验一般包括以下五部分试验内容：1）温度步进应力试验，包括：低温步进应力试验和高温步进应力试验；2）快速温度变化试验；作者简介：刘世华，女，1 9 8 7 年8 月出生，工程师。教练机2 0 2 3.NO.215教练机TRAINERAVIC温变率不大于5/min3）振动步进应力试验；4）综合环境应力试验；5)回归验证。1.2可靠性强化试验应用实例某飞机发电机控制盒主要由继电器和集成运算放大器等电子元器件组成，功能为与起动发电机配套，对直流起动发电机进行发电控制和故障保护等3。开始前，采用温度巡检仪或红外热像仪，对成品进行热分布分析，了解热分布情况，图1 为成品开盖温度分布测试状态图；对成品进行低振动量值的振动响应分析，了解成品的共振特性和应力累计点，图2为成品振动响应测试状态图。图1 开盖温度分布测试状态图图2 振动响应测试状态图1.2.1低温步进应力试验低温步进试验剖面见图3，低温步进的起始温度为成品低温工作温度，步长为-5,温度变化速率选择5/min，每个温度台阶上停留时间不小于成品温度稳定时间+1 0 min+测试时间，找到成品的低温工作极限或低温破坏极限则结束试验。1.2.2高温步进应力试验高温步进应力试验剖面见图4,高温步进的起始温度为成品高温工作温度，步长为+5，温度变化速率选择5/min，每个温度台阶上停留时间不小于成品温度稳定时间+1 0 min+测试时间，找到成品的高温工作极限或高温破坏极限则结束试验。温度/常温T1T1-5T1-10-80电应力注：T1为产品低温工作温度。图3低温步进应力试验剖面温度/110T1+30T1+25T1+20T1+15T1+10T1+5T1常温电应力注：T1为产品高温工作温度。图4 高温步进应力试验剖面1.2.3快速温度变化试验快速温度变化试验剖面见图5，快速温度变化循环开始为常温，开展5 个循环，温度范围施加为低温工作极限+5 至高温工作极限-5,温度变化速率不小于30/min，每个循环低温和高温阶段持续时间为成品温度稳定时间+1 0 min+测试时间。温度/温变率不大于30/min高温工作极限-5 常温低温工作极限+5 电应力上限值标称值下限值动兰次通电启温变率不大于5/min图5 快速温变应力试验剖面t/mint/minT16教练机2 0 2 3.NO.2专题研究1.2.4振动步进试验振动步进应力试验剖面见图6，起始振动量值为4Grms，以2 Grms为试验的步长，每个振动量值保持时间为1 0 min或测试时间（取长者），当振动量值超过12Grms后，将振动量值在每个台阶结束时下降到4Grms，保持5 min，找到成品的振动工作极限或振动破坏极限则结束试验。4振动/Grms22201816141210864电应力木小于不小于5min10min10min图6 振动步进应力试验剖面1.2.5综合环境试验综合环境试验是对成品同时施加温度、振动和电序号试验步骤1低温步进降温至-7 5 约3min，输出电流为零。2高温步进无3快速温变在第4 个温变循环，电流无输出。4振动步进无在第4 个温度循环+9 5,1 8 Grms时，5综合环境输出电流为零。并采取纠正措施后，成品可靠性明显增长。2机械成品可靠性强化试验现阶段可靠性强化试验方法主要适用于新研或改型的电子成品，电子成品的敏感应力主要为温度和振动，所以目前的强化试验方法对电子成品具有通用性。对于机械成品，失效模式多样,与材料、结构、载荷等都有较大关系。所以机械成品除了要经受环境应力的作用以外，同时还要经受压力、负载力、转速、频率等多种工作应力的作用。因此目前的强化试验方法并应力，剖面见图7,循环次数为5 个循环，温度应力的要求同快速温度变化试验，成品的起始振动量值为振动工作极限除以5，下一循环的振动量值为此数值的2倍,以此类推，每个振动量值对应一个温度循环周期。温度/个高温工作极限-5常温低温工作极限+5工作极限-2Grms4/5工作极限3/5工作极限2/5工作极限1/5工作极限4Grms通电扇电应力动三次温度稳定时+1 0 min上限值标称值通电测试t/min表1 某飞机发电机控制盒可靠性强化试验结果故障情况某继电器常闭触点脱开。-7 5 已满足要求，试验停止。110已满足要求，试验停止。热胀冷缩增大某继电器铁芯间隙，触点无法脱开。对该继电器进行故障分析并修复。22Grms已满足要求，试验停止。共振疲劳导致电阻器脱落。对该工艺缺陷采取纠正措施。不适用，所以机械成品的可靠性强化也是强化试验重点研究的方向。采用机械成品耐久性机理分析和加速试验理论相结合的方式，制定了机械成品可靠性强化试验方案4,试验方案流程图见图8。主要包括FMECA分析、敏感应力分析、失效加速性验证5 、强化试验技术确定、强化试验实施、回归验证。2.1机械成品的FMECA分析了解成品的工作原理，对成品进行FMECA分析，以此确定成品的薄弱环节。温变率不大于30/min下限值图7 综合环境试验剖面1.2.6 试验结果某飞机发电机控制盒可靠性强化试验结果见表1。从试验结果看，暴露了3个故障，经过故障分析故障原因及纠正措施t/mint/mint/min教练机2 0 2 3.NO.217教练机TRA/NERAVIC月，则认为该成品具有加速性。该特性可根据成品的产品FMECA分析使用特点、结构原理、耗损特性等综合分析。耐久性机理分析敏感应力分析是否具有加速性是可靠性强度试验技术确定强度试验实施回归验证试验结束图8 机械成品可靠性强化试验方案流程图2.2机械成品的敏感应力分析成品的薄弱环节由关键失效机理导致其故障，为了暴露成品的潜在缺陷，还要确定诱发成品故障的外在因素,所以要对成品的敏感应力进行分析。借鉴耐久性机理分析理论，对机械成品分析其敏感应力，主要步骤为：1)结构分解结合成品的结构组成、工作原理及工作特性等方面的相关信息，按照初始约定层次、约定层次、最低约定层次对成品进行结构层次分解，确定成品机理分析的最低约定层次。2)载荷分析根据成品结构分解的结果,对每一个最低约定层次进行载荷分析，根据给定的载荷谱，确定其在工作过程中受到的工作载荷类型、环境载荷类型。3)确定机理结合结构分解与载荷分析的结果,针对结构分解所确定的最低约定层次单元，考虑所有可能的载荷类型并进行映射关系研究，确定分析约定层次的耗损型故障机理。表2 为某作动器敏感应力和故障机理分析的结果，可靠性强化试验应针对这些敏感应力开展。2.3失效加速性验证成品的加速性是指成品寿命和可靠性随着应力增大而降低的特点。成品存在可加速性是成品进行可靠性强化试验的必要条件。例如某成品在30 下的寿命为1 5 年，而当温度升高8 0 时寿命仅为9 个表2 某作动器敏感应力及故障机理分析结果编主机理薄弱环节号发生部位接头裂纹1接头关节轴承磨损温度、振动、频率、载荷、油温2简体3平板阀薄弱环节改进配合间隙变大密封圈变形4滑阀配合间隙变大2.4强化试验技术确定通过机械成品加速性的确认和敏感应力的分析，研究影响机械失效的因素以及改变这些因素的方法和途径。例如：某机械成品的主要耗损机理之一是磨损，零部件之间的作用强度是决定磨损进程的主要因素，所以可通过改变构件间的作用强度让成品加速失效，成品中某弹簧所产生的力的大小决定作用强度大小，则可通过步进式地加大弹簧刚度来实施强化试验的技术途径。2.5强化试验实施强化试验的实施主要包括选取试验应力、确定应力量值及施加应力的方式。选取工作应力和环境应力中的敏感工作应力开展试验，施加方式采用步进方式施加，需要考虑加速缺陷部位转换成故障的速率。2.6回归验证被试品在可靠性强化试验后应对发现的薄弱环节进行改进，如零部件外形的重新设计、制造工艺优化等，为评估纠正措施的有效性，改进后再进行可靠性强化回归验证试验。3机电成品可靠性强化试验目前机电成品的可靠性试验方法主要采用电子成品的强化试验剖面，但这对于机电成品中的机械部分没有充分验证。现在可以结合上述电子成品和机械成品可靠性强化试验的方式来设计机电成品的可靠性强化试验方案。环境应力的施加及其方式可参考电子成品可靠性强化试验的5 个阶段，工作应力的施加流程及方式参考机械成品的可靠性强化试验方案。故障敏感应力机理温度、振动、载荷疲劳磨损裂纹温度、振动、压力、载荷皮碗磨损温度、振动、行程温度、振动、行程温度、振动、压力、油温温度、振动、转换次数疲劳磨损磨损老化磨损18教练机2 0 2 3.NO.2专题研究4结语通过应用实例给出电子成品可靠性强化试验剖面,用于指导电子成品强化试验的实施，并将试验对象从电子成品延伸至所有具有加速性的机载成品上，扩大了试验对象的应用范围，更有助于快速提高机载成品及整机的可靠性水平，降低成品在外场使用时的故障率，缩短成品研制周期，推动机载成品的发展。参考文献1刘炜,张晓敏.可靠性强化试验在航空电子成品上的应用与研究.电子测量技术,2 0 1 3,1 8(5)：51-54.2刘加凯,齐杏林等.可靠性强化试验的机理探析J.装备环境工程，2 0 0 9,6(6)：36-38.3姜同敏.可靠性与寿命试验M.北京：国防工业出版社,2 0 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