军用飞机机载设备振动试验要求和有关问题的讨论(三)GJB 150.16和GJB 150.16A在飞机

第33卷第4期航天器环境工程Vol.33,No.42016年8月[e-mail]:[phone],68116408,68116544军用飞机机载设备振动试验要求和有关问题的讨论（三）：GJB150.16和GJB150.16A在飞机研制中的应用情况分析 祝耀昌1，石鹏颉2，程丛高1，张建军1，徐俊1（1.中国航空综合技术研究所，北京100028；2.西安西测电子技术服务有限公司，西安710119） 摘要：文章分为3部分：第1部分简单介绍振动类型、振动引起的失效模式和应用，特别是列表详细介绍了GJB150.16和GJB150.16A中规定或推荐的军用喷气式飞机和螺旋桨飞机设备及其外挂和外挂上的设备的振动试验要求、特点和两标准中相关内容的对比分析；第2部分则详细介绍了两标准中规定或推荐的军用直升机和各类飞机发动机设备的振动试验要求、特点以及相关内容的对比分析；第3部分介绍和分析了航空装备研制生产中这2个标准的应用情况和遇到的问题，对一些重大问题进行了分析概括并提出了一些看法和建议。此为第3部分。关键词：振动试验；振动功能试验；振动耐久试验；标准 中图分类号：V216.2+1文献标志码：A文章编号：1673-1379(2016)04-0359-05DOI:10.3969/j.issn.1673-1379.2016.04.004Thevibrationtestingrequirementsandrelatedproblemsformilitaryaircraftequipment(III):ApplicationanalysisofGJB150.16andGJB150.16AinairplanedevelopmentZHUYaochang1,SHIPengjie2,CHENGConggao1,ZHANGJianjun1,XUJun1(1.ChinaAero-polytechnologyEstablishment,Beijing100028,China;2.Xi’anXiCeElectronicTechnologyServiceCo.Ltd.,Xi’an710119,China)Abstract:Thepaperisdividedintothreeparts.Thefirstpartintroducesthevibrationtypes,thefailuremodescausedbythevibrationandapplications,withemphasisonthevibrationtestingrequirementsandthecharacteristicsofequipmentandstoresinmilitaryjetandpropelleraircraftindetail,recommendedinGJB150.16andGJB150.16A,andtherelatedcontentsinGJB150.16/16Aarecomparedandanalyzed.Thesecondpartintroducesthevibrationtestingrequirementsandcharacteristicsofmilitaryhelicopterandkindsofengineequipmentindetail,recommendedinGJB150.16andGJB150.16A,andtherelatedcontentsinGJB150.16/16Aarecomparedandanalyzed.Atlast,theapplicationsofthetwostandardsintheaviationequipmentdevelopmentandproductionareintroducedandanalyzedinthethirdpart,andsomesuggestionsaremade.Thisisthethirdpart.Keywords:vibrationtesting;vibrationfunctiontesting;vibrationdurabletesting;standard0引言文章的前两部分介绍了GJB150.16和GJB150.16A中规定或推荐的各类机载设备振动试验的要求、特点和两标准中相关内容的对比分析。目前，两标准在应用中都存在一些问题，也出现了各种相应处理方法，本部分将对此进行介绍和分析。————————————————————————收稿日期：2016-01-06；修回日期：2016-05-10 360航天器环境工程第33卷1GJB150.16应用中的常见问题和解决办法GJB150.16自1986年颁布以来，在型号研制试验中得到了广泛的应用，对提高军用装备的环境适应性发挥了重大作用，也遇到了一些问题。其中较为突出的问题之一是振动耐久试验时间难以按标准全面实施。1.1标准在振动耐久试验中执行情况1）振动耐久试验量值和时间的确定方法GJB150.16对各类设备均规定了振动耐久试验量值和时间的确定方法。例如，对于喷气式飞机机载设备来说，规定振动耐久试验量值为振动功能试验量值的1.6倍，振动耐久试验的时间按飞机寿命折算，即每飞行500h，则3个轴向每轴向进行2.5h振动试验。如果每轴向都进行了2.5h的耐久试验而未发生损坏，则认为该设备可装机飞行500h而不产生结构损坏且功能完好；如果每轴向都进行了5h的耐久试验而未发生损坏，则认为该设备可装机飞行1000h而不产生结构损坏且功能完好；以此类推。显然，GJB150.16确定耐久试验时间的方法很简单，可操作性强。2）存在的问题众所周知，军用飞机的寿命通常用实际飞行时间或日历年限来表示。例如某飞机的寿命为5000飞行小时或30年。这一寿命指标的含意是：只要飞机飞行小时累计达到5000h，就认为到寿命；如果飞机交付后已达到30年，但飞行时间还没有达到5000h，也认为已经到寿命。GJB150.16中振动耐久试验的持续时间应按这一指标进行折算，即对应于5000飞行小时，机载设备若按1.6倍振动功能试验的量值，每轴向应进行25h的振动耐久试验，3个轴向共需进行75h的试验。这一要求似乎过于严酷[3]。3）解决办法由于大部分设备都很难通过如此严酷的振动耐久试验，所以实际操作中出现了按飞机首次翻修期时间或规定一个比寿命期时间短得多的时间来折算耐久试验时间的处理方法。这类解决方法至少不影响飞机定型工作的进行，把问题推迟到首翻期或某一规定时间后再去解决。由于在和平时期交付的飞机列装飞行时间很难达到首翻期的飞行小时，所以上述处理方法尚未发现问题，但问题并没有得到真正的解决。 1.2振动耐久试验与耐久性试验的概念相混淆耐久性试验实际上是一种寿命试验，其寿命的单位是时间（h）或动作（次数）等。寿命试验通常应在模拟使用的环境和载荷条件下进行，或者通过加大环境应力和载荷应力的办法加速进行，其最终结果是确定受试产品的寿命是否满足规定的要求。当寿命指标很高，难以充分验证的情况下，对于机载产品来说，常常按其首翻期的1.5倍进行验证。振动耐久试验的目标不是验证产品的寿命指标，只是要通过加速试验来确保受试产品装载在平台（如飞机）上后，在平台的寿命期内产品不会产生结构损坏且能正常工作。一个产品通过了振动耐久试验，只是表明该产品在其装载的平台的某一段寿命期内不会产生结构损坏且功能完好，不代表产品的寿命就是平台的寿命，该试验也不关注产品本身的寿命，因为要确定其寿命或许需要更长的时间。此外，产品的寿命也不仅仅取决于振动引起的累积疲劳，还取决于产品热疲劳、材料老化、腐蚀等现象的气候环境因素。因此，寿命指标中还有一个日历期限，这意味着即使产品很少使用，由振动造成的累积疲劳很小，也会因其他因素的作用产生损坏。因此，直接把振动耐久试验对应的平台寿命时间看作产品的寿命是不够准确的。1.3振动功能试验和振动耐久试验的实施次序不规范1）GJB150.16中的规定GJB150.16中明确规定，先进行0.5h的振动功能试验，而后进行振动耐久试验，振动耐久试验完成后再进行余下0.5h的振动功能试验，做完一个轴向再依次做第二个轴向、第三个轴向。这一试验顺序的设计目的和优势是：①在进行高量值振动试验时造成的产品内部损伤，更容易在低量值振动作用下被发现，这类似于高加速寿命试验中的挠痒痒（ticle）振动；②只需每轴向装拆试件1次，可减少装拆的次数。2）实施情况目前型号实践中有相当部分的试验单位是先进第4期祝耀昌等：军用飞机机载设备振动试验要求和有关问题的讨论（三）361 行完3个轴向的振动功能试验后，再进行3个轴向的振动耐久试验。这是不符合GJB150.16规定的。3）原因分析振动耐久试验具有破坏性，因此许多单位将其放在最后进行，希望用一个试验样本多做一些试验项目，有的单位甚至将其放到可靠性试验完成后才进行。然而，这样做就不可能发挥按标准中规定的次序进行试验的优势，但在试验样本短缺的情况下也不失为一种处理办法。需要指出的是，如果最后产品未能通过振动耐久试验，必然要改进产品结构设计，导致其技术状态改变，那么已进行试验的结果是否仍然有效就需要重新评价，可能面临重新进行试验的风险。1.4振动功能试验的中间检测不充分或被忽略1）中间检测的目的环境试验中的中间检测是指在环境应力作用下同时进行功能检查和性能测量。这种检测的结果真正代表了实际使用应力状态下产品对环境的适应性。若不进行中间检测或检测项目不完整，一些在施加应力的情况下才能显现的故障就会被漏掉。此外，进行中间检测时一旦发现有故障就可立刻停止试验，进行故障归零工作，从而免除继续进行试验的资源浪费。2）实施情况实际进行振动试验时，一些受试产品安装在振动台上并处于振动状态，难以施加非电载荷和输入必要的信息，从而使功能检查和性能测量受到限制，特别是在一些机电、液压设备的振动试验中这种情况比较多见。因此，许多单位往往以不便检测为由大大减少功能检查和性能测量的项目，甚至完全排除性能测量的项目，仅检查一下产品是否有功能。然而，这些做法极有可能漏掉一些在应力作用状态下才能被发现的故障，影响试验效果。3）建议在振动状态下，对某些产品的功能、性能进行全面检测确实难以实现，但不能因此就不检测。产品送试单位应提高对中间检测重要性的认识，尽量创造条件，包括设计必要的辅助装置和检测方法、画面显示，实现必要的载荷施加和信息传递，以最大限度地实现功能、性能的检测。2GJB150.16A应用中遇到的问题2.1GJB150.16A的有关规定1）振动功能试验量值GJB150.16A中明确提出优先采用实测数据来确定振动功能试验量值，在没有实测数据的情况下，推荐使用其附录C的有关表和图中给出的计算方法进行计算，或由给出的数据和振动谱中直接选取。2）振动耐久试验GJB150.16A中推荐，用简化的疲劳关系将不同任务阶段的各振动量值和时间折算成最大使用量级（功能试验量级）的时间，这一时间与振动疲劳寿命时间等效，将其作为振动功能试验和振动耐久试验组合在一起进行振动试验的时间。如果折算出的试验时间太长，工程上不可行，可另确定一个尽可能长的试验持续时间，并利用疲劳关系式确定一个更严酷的试验量级。这种方法尽管不能完全消除非线性的影响，但至少能将试验量级限制在更为现实的最大量级上。2.2GJB150.16A与GJB150.16的区别1）振动功能试验量值有关振动功能试验谱型和量值，GJB150.16在正文中用表格和图给出频率、量值计算方法或确定的值和谱型；GJB150.16A作为一个剪裁标准，强调优先使用实测数据，将这方面内容移入其附录C中，且仅为推荐使用。两标准有关这方面的内容大体相似，只在个别地方有一些变化。2）振动耐久试验量值GJB150.16明确振动耐久试验相对于振动功能试验的振动量值放大倍数，以及振动耐久试验的时间相对于飞行时间的折算方法。而GJB1