航空發(fā)動機整機試驗是綜合氣動、材料以及測試等多種學科的大型科研試驗，在進行發(fā)動機試驗的時候，設備處于高溫與高壓狀態(tài)下，熱端部件在運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，面臨危險惡劣的工作環(huán)境，因此，整機試驗必然存在風險。本文在總結(jié)航空發(fā)動機整機試驗的基礎上，闡述進行試驗安全的重要性，論述可能存在的風險，結(jié)合當前發(fā)展的實際情況，給出風險應對策略，制定針對性的措施來保證試驗的安全。

關鍵詞：航空發(fā)動機；整機試驗；風險；策略

由于航空發(fā)動機整機試驗關系到航空裝置的質(zhì)量，因此，進行試驗至關重要。試驗環(huán)節(jié)涉及多專業(yè)、多學科，因此承擔整機研制中相當部分可能存在的風險，一旦發(fā)生問題，會對參試人員、發(fā)動機本體等造成威脅。因此，必須從可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，在充分考慮各環(huán)節(jié)的基礎上進行風險分析，根據(jù)風險制定安全風險對策，盡可能減少航空發(fā)動機整機試驗的風險，保證試驗安全。

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航空發(fā)動機整機試驗概述

航空發(fā)動機整機試驗是指使用專門實驗與測試設備進行發(fā)動機性能檢測的試驗，通過試驗能夠了解發(fā)動機的可靠性與耐久性等數(shù)據(jù)。試驗的宗旨在于評估發(fā)動機不同工況下是否安全，因此，試驗是全面的、有風險的。發(fā)動機試驗也叫作試車試驗，時長在20min～8h之間。發(fā)動機的運行環(huán)境十分惡劣，必須在三高（高溫、高壓以及高速運轉(zhuǎn)）的狀態(tài)下工作，整機試驗的目的就是要掌握發(fā)動機在不同工況下溫度、壓力變化情況。在不斷的發(fā)展中，人們已經(jīng)可以快速計算出一系列參數(shù)，但是，在航空設備使用的過程中，很多復雜情況是在制造、生產(chǎn)與設計階段無法考慮到的，離開試驗進行研制就是紙上談兵。對于航空發(fā)動機而言，只有累積大量的試驗數(shù)據(jù)，并在此基礎上不斷計算，不斷改進設計才能最終設計制造出一款優(yōu)秀的發(fā)動機。航空發(fā)動機擁有復雜的氣動、熱力結(jié)構(gòu)，對于其運行工況很難通過計算來精準描述，因此，試驗成為獲得數(shù)據(jù)的主要途徑。裝配裝置前，技術(shù)人員或工程師需要確認每個部件性能指標，并且在試車臺上進行測試來獲得對應數(shù)據(jù)，用來判斷與評價設計質(zhì)量。在進行發(fā)動機研制的過程中，使用大量的材料以及零部件，整機試驗是判斷其性能、完整性的關鍵。整機試驗內(nèi)容十分廣泛，這里列舉部分：（1）初始試驗，這是發(fā)動機在投入使用前必須進行的一系列測試，驗證裝置性能；（2）設計定型試驗，在設計階段驗證設計質(zhì)量的試驗；（3）生產(chǎn)定型，這是基于生產(chǎn)考慮，確保生產(chǎn)出來的發(fā)動機質(zhì)量一致的試驗；（4）適航審定試驗，檢驗是否符合航空安全標準。

除此之外還有很多試驗內(nèi)容，進行整機試驗的具體實例有：（1）吞水試驗，這是模擬飛機在雨天時候吸水狀況以及是否可以正常工作；（2）冰雹試驗，類似極端天氣下運行的測試；（3）鳥撞試驗，飛鳥極有可能撞到發(fā)動機，在被撞擊后，飛機運行性能判斷；（4）葉片丟失測試，一旦發(fā)動機葉片脫落，性能就會受到影響，該試驗是良好的評估手段。

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航空發(fā)動機整機試驗重要性

在航空發(fā)動機研制中，強調(diào)走一步、試驗一步，從部件到整機都是如此循環(huán)，最后才投入實用中，即便在投入使用以后，仍舊在試驗。通過試驗，設計薄弱環(huán)節(jié)會在試驗中暴露出來，科研隊伍據(jù)此進行改進。在某型發(fā)動機的研制中，設計占比10%，制造占比40%，試驗占比達到50%。重視試驗是航空技術(shù)不斷發(fā)展的基礎，也確保產(chǎn)品安全與可靠。在20世紀70年代的中期，發(fā)達國家研制高性能發(fā)動機的時候，忽視結(jié)構(gòu)強度，導致機械設備出現(xiàn)大量結(jié)構(gòu)問題。美軍在發(fā)展中單純追求發(fā)動機高性能，導致飛機在運行中出現(xiàn)諸多問題，在造成嚴重事故后，執(zhí)行“發(fā)動機結(jié)構(gòu)完整性大綱”，該大綱包含五項基本任務，其中有三項就是進行試驗，每項試驗任務中都有復雜的試驗項目和考核指標，這充分說明試驗對發(fā)動機整機運行的重要性。

航空發(fā)動機整機試驗重要性具體體現(xiàn)在：（1）驗證裝置設計是否合理、性能是否優(yōu)良。整機試驗是系統(tǒng)、全面的，由專人掌控下完成的試驗，確保發(fā)動機實際運行可以滿足性能要求。通過實驗模擬發(fā)動機在極端狀態(tài)下的工作，評估發(fā)動機性能，為后續(xù)的改進提供可靠的支持；（2）累積寶貴的數(shù)據(jù)，促進航空技術(shù)的發(fā)展。整機試驗累積的大量數(shù)據(jù)可以為數(shù)據(jù)管理提供可靠的支持，這對優(yōu)化、改進發(fā)動機設計都有意義。不斷累積、分析數(shù)據(jù)，是發(fā)動機研發(fā)與創(chuàng)造不斷進步的體現(xiàn)，也是航空技術(shù)進步的表現(xiàn)。（3）確保實際運行的安全與可靠。由于發(fā)動機日常工作環(huán)境惡劣，這就對制造與生產(chǎn)提出嚴格要求。在高溫與高壓狀態(tài)下工作的發(fā)動機，任何一點小的問題都會影響裝備的安全。整機試驗可以掌握裝置在不同環(huán)境下的不同情況，保證實際運行的安全與可靠。（4）促進物理機理的認識以及理論累積。航空發(fā)動機的研制、發(fā)展都是綜合、復雜的工程，其內(nèi)部的氣動、熱力、結(jié)構(gòu)材料等等都十分復雜，理論描述存在局限，試驗驗證可確保發(fā)動機的性能，其合理可靠，以幫助人們對物理機理有進一步的認識。因此，航空發(fā)動機整機試驗對于發(fā)動機有重要意義。

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航空發(fā)動機整機試驗安全風險分析

3.1 風險識別

根據(jù)國內(nèi)外歷史事件案例分析以及相似的事故經(jīng)驗所獲得的教訓，使用可靠的技術(shù)方法能夠識別出航空發(fā)動機整機試驗的安全風險。常用的識別方法有頭腦風暴和預先危害分析等。根據(jù)航空發(fā)動機整機試驗要求來識別試驗的風險，按照實際情況來看，存在的風險如下。

（1）進氣系統(tǒng)中有異物進入。在試驗中進氣流速快會導致異物吸入，進入進氣道內(nèi)。原因：發(fā)動機進氣道沒有安裝防護網(wǎng)或者是防護網(wǎng)破損。發(fā)生風險后，噴口部位會有火星、振動異常情況，并且發(fā)生發(fā)動機損傷，隨之會發(fā)生爆炸、物體打擊的危險。（2）設備問題。試車臺包含進排氣、臺架、燃油等眾多試驗，在運行的過程中極有可能會發(fā)生問題。原因：試驗設備維護不及時，投入使用后極有可能發(fā)生問題。發(fā)生風險后，試驗中斷，發(fā)動機有損傷的風險，大概率會發(fā)生火災。（3）消防系統(tǒng)問題。滅火系統(tǒng)、機械連鎖和啟動氣瓶問題。原因：消防部分的維保不到位導致滅火系統(tǒng)不動作。發(fā)生風險后，發(fā)動機起火、試驗中斷、設備毀損。（4）測控系統(tǒng)問題。測試傳感器與控制系統(tǒng)等發(fā)生意外，不能發(fā)送指令控制發(fā)送機。原因：軟件問題，電氣控制電腦藍屏和死機，導致軟件異常。風險發(fā)生后不能獲得有效數(shù)據(jù)，甚至導致發(fā)動機失控。（5）發(fā)動機本體問題。試驗的時候葉片掉落、輪盤破裂、軸承失效等。原因：主要是由于發(fā)動機發(fā)生意外、不可預見的問題。風險發(fā)生后（試驗時人員不能進入現(xiàn)場，不會出現(xiàn)人員傷亡），掉落部件會打擊燃油、滑油管路，導致燃油泄漏，極有可能產(chǎn)生火災。（6）燃油與滑油管路泄漏。在試驗中發(fā)動機燃油與滑油管路發(fā)生泄漏。原因：管路連接不嚴、外力破損所導致的問題。風險發(fā)生后，試驗中斷，有可能出現(xiàn)失火情況。（7）極端天氣問題。試驗會在極端天氣進行，尤其是雷暴和雨雪天氣都會影響到發(fā)動機性能。原因：極端天氣會造成發(fā)動機的結(jié)冰影響電氣系統(tǒng)。風險發(fā)生后試驗中斷。（8）員工操作失誤問題。試驗中員工的操縱發(fā)動機與設備失誤。原因：試驗人員在進行操作的時候，沒有進行對應的培訓，甚至出現(xiàn)誤操作。風險發(fā)生后，對設備造成不同程度的損傷，發(fā)動機問題以及設備損壞。

3.2 安全風險分析

在風險分析時，可使用定性與半定量的方式，科學分析每個風險事件發(fā)生的可能。在風險分析中，常見的方法有風險指數(shù)評價、問題樹、問題模式影響以及可靠性預計等等。安全風險可能性等級劃分為I（災難，屬于較大安全事故，產(chǎn)品與設備完全被毀損）、II（嚴重，一般事故，產(chǎn)品與設備嚴重毀損）、III（較嚴重，人員受傷，設備破壞）、IV（輕度，人員輕度受傷，設備輕度損毀）。

對于風險清單，重點是風險源可能引發(fā)的危險與隱患，結(jié)合風險發(fā)生的可能性，對于風險的等級和可能性再次進行分析。根據(jù)風險后果與可能性等級評估，進行安全風險指數(shù)評估，根據(jù)指數(shù)評估內(nèi)容，劃分不同安全風險指數(shù)的接受準則，再根據(jù)接受準則評估風險。

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航空發(fā)動機整機試驗安全風險的對策

4.1 安全風險應對流程

對于風險發(fā)生原因與指數(shù)，選擇合適的風險應對措施，可采取的措施有：（1）規(guī)避風險，通過優(yōu)化方案設計來消除風險源。消除的措施有更改方案與技術(shù)要求，選擇可靠以及安全性高的材料和工藝。（2）改變風險的可能性以及改變后果，比如，補充專業(yè)力量和生產(chǎn)條件、嚴格檢查管理強化安全管理措施，從而減少發(fā)生風險的概率。如使用機械化、智能化技術(shù)降低風險，盡可能減少人員損傷的后果。（3）分擔風險，通過將安全風險工程外包給具備資質(zhì)的第三方。（4）承擔風險，風險確定后，可容忍風險以及能夠接受風險。

如異物進入進氣系統(tǒng)，選擇（1）規(guī)避風險；同樣選項的風險源還有試驗設備問題、消防系統(tǒng)問題、測控系統(tǒng)問題、燃油與滑油管路泄漏、極端天氣、誤操作，均可以規(guī)避風險。發(fā)動機本體問題則可選擇（2）改變風險的可能性以及改變后果。

4.2 安全風險應對策略

對于各類試驗風險制定應對措施，具體有：

（1）異物進入進氣系統(tǒng)之內(nèi)，產(chǎn)生的后果是出現(xiàn)火星與振動，導致發(fā)動機損傷甚至出現(xiàn)火災爆炸。具體應對措施：在進氣道前或是穩(wěn)壓箱內(nèi)，安裝進氣防護網(wǎng)。整機試驗前，對進氣道這種管道裝置、箱體進行雜物的檢查。試驗的過程中，隨時檢查防護網(wǎng)狀態(tài)，一旦出現(xiàn)破損就進行停車檢查。停車后，對管道與箱體進行檢查，確保里面沒有異物的存在。后期使用中，定期檢查，隨時更換防護網(wǎng)。（2）試驗設備問題，產(chǎn)生的后果是試驗中斷，會發(fā)生火災等。具體應對措施：嚴格按照設備的保養(yǎng)規(guī)程對系統(tǒng)進行詳細的檢查、保養(yǎng)，盡可能降低設備問題風險。進行試驗前，排查各處細節(jié)，確保無問題。（3）消防系統(tǒng)，產(chǎn)生的后果是火災無法撲救，甚至會造成發(fā)動機毀損。具體應對措施：對消防系統(tǒng)定期檢查、日常檢查。試驗前，對消防系統(tǒng)完成靜態(tài)試噴。（4）測控系統(tǒng)問題。試驗時，不能獲得可靠數(shù)據(jù)，而且會出現(xiàn)失控情況。具體應對措施：檢查儀表和傳感器，按照要求定期進行校準。在進行試驗前，調(diào)試控制系統(tǒng)，嚴格定期按照規(guī)程進行點檢，從而降低整機問題風險。（5）發(fā)動機本體問題。產(chǎn)生風險后果是會導致燃油、滑油管路破損，導致燃油泄漏。具體應對措施：試驗時，操作臺禁止操作人員進入，試車臺和操縱間有設施進行物理隔離。（6）燃油與滑油管路問題。產(chǎn)生的風險后果是試驗中斷，極有可能造成發(fā)動機失火。具體應對措施：試車前，對燃油系統(tǒng)進行打壓驗證。燃油泵與閥門電氣接頭的研制材質(zhì)都必須使用防爆型。燃、滑油管路的連接處定期檢查穩(wěn)固性，對供油軟管進行檢查，試驗前，認真檢查是否存在裂紋和其他的破損情況。（7）極端天氣。產(chǎn)生的風險是試驗中斷以及發(fā)動機問題。具體應對措施：雷暴天氣不建議進行試驗，如果特殊情況處于試驗中，盡快按照程序中斷、停止；天氣好轉(zhuǎn)后繼續(xù)。雨雪天氣不建議進行，空氣濕度超過75%不建議進行，當環(huán)境溫度在±5℃之內(nèi)也不建議。在其他的溫度區(qū)間內(nèi)進行試驗，則要打開發(fā)動機的防冰功能，注意控制試車時長。停車后，對進氣壁面的結(jié)冰情況進行檢查。如果試車臺上雪量大，則不再進行試驗。（8）員工操作失誤，產(chǎn)生的后果是試驗中斷，發(fā)動機問題。具體應對措施：操作人員必須持證上崗，沒有經(jīng)過培訓不能進行試車操作。

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結(jié)語

綜上所述，航空發(fā)動機整機試驗安全風險分析是發(fā)動機性能與質(zhì)量保證的關鍵，試驗是必要行為，為裝置的運行安全奠定了良好的基礎。本文總結(jié)了整機試驗的風險源以及風險應對的討論。從普通視角來看，航空發(fā)動機整機試驗的風險水平比較低，而且風險時間也很長。試驗中技術(shù)人員或者工程師需要重視每個環(huán)節(jié)的管理與控制，實現(xiàn)對風險的全過程的監(jiān)控。通過試驗杜絕風險，關注試驗中的薄弱環(huán)節(jié)，在所有的風險中火災風險最高，試驗中，應該嚴格做好消防系統(tǒng)的管理。

論文來源：研究與探索·智能檢測與診斷

作者：李樹東，李建福，耿君，賈宏鑫

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