大型民机的发展对先进计量技术的需求

作者：中航工业第一飞机设计研究院 陈晖

欢迎访问e展厅 展厅 8 航空与航天设备展厅 直升机, 无人机, 航空发动机, 航空材料, 飞机座椅, ... 摘 要：本文以大型民机的发展对先进计量技术的需求为主题，论述了建立与大型民机立项同步发展的计量保障体系，有效实施设计、研制、生产和服务全过程的计量保障，这是航空工业及其相关产业持续发展的需要。 关键词：民用飞机 计量保障 民机产业是航空工业的重要组成部分，是带动科技发展、促进国民经济和社会发展的战略性产业，大型民机的研制能力是衡量一个国家科技水平和工业水平的重要标志。十一五期间我国把发展大客列入我国中长期发展规划。探索和实施大型民机项目中的计量保障，使其在民用飞机研制上发挥最大的功效，同时也是保证飞机质量和事业成败必要的技术保障。 1 民机产业对计量技术的需求 从世界航空强国未来民机发展来看，力图从提高推进系统可靠度、材料健康监测系统、电击保护、增强驾驶舱系统和系统健康监测等方面增强飞机安全性；从降低耗油率、降低维护费用、减轻材料重量、降低材料造价和维护维修费用等方面提高飞机的经济性；从降低推进系统噪声、减少排放物污染、能源优化、非Halon防火等方面加强环境保护；另外，还从降噪和机舱设计等方面提高乘坐的舒适性。 我国要实现大型民机的跨越式发展，需要重点突破的技术领域包括：高效气动设计技术和关键风洞试验技术、先进材料和结构技术、降低排放物污染技术、降噪技术、高安全性和可靠性设计技术、飞机系统技术等［1］。因此与计量技术先进性有关的技术需求主要应从以下几方面加以考虑： 1.1 技术优化需求 我们未来所研制的飞机无论是从气动效率、结构效率、推动效率、设备可靠性和可维护性，还是从新技术、新工艺等都要更先进，更能满足时代的发展需要；大型民机主要强调飞机的使用安全性、经济性和舒适性，关键要具备适航认证，因此研究方向主要向安全、高效、可靠、舒适、低成本和低污染的方向展开研究。但是，我们缺乏研制大型民机的经验和技术积累，必须利用试验技术，通过大量的试验和数据的积累、分析、比较和评估，获得准确、可靠的试验数据，实现技术最优化。试验数据的准确、可靠必须由计量技术来保障。 1.2 技术验证需求 民机的研制和生产过程中需要经过无数的试验，小至零件试验，大至飞行试验。例如，在气动设计方面，为了验证机翼的设计效果，必须利用风洞试验技术和飞行试验技术进行验证，通过分析有效可比性的试验数据为设计找到较为理想的减阻方案。试验数据是否有效不仅涉及到风洞试验技术和飞行试验技术的试验方案和手段，而且也涉及到所测试验参数（例如：风速、流量、温度、力值…等）的准确性、可靠性和溯源性。 1.3 过程监督需求 在民机项目研制、生产、试验和服务全流程中，需要按照技术规范、标准和工艺要求设置控制点，通过检测设备进行测量，保证过程质量的最佳控制。此外，为保证项目的成本核算、资源控制、对外贸易结算等数据准确可靠，也需要进行有效的测量。因此，计量在保证生产工艺过程中质量，在成本核算、节约研制资源，降低原材料和能源消耗和改进生产工艺过程中起着十分重要的作用。 计量技术作为试验技术的基础和保障，不仅是试验技术的支撑，而且也是现代化生产全面提高质量、增强技术核心能力的主要手段。因此，计量在技术层面是研究测量量值准确复现及其工程方法。计量在管理方面，为了实现计量技术的目的，必须实施有效的过程控制进行管理，其主要内容： （1）明确计量过程，将计量过程的控制要求用工艺流程文件和计量管理程序文件予以明确规定； （2）按工艺流程文件和计量管理程序文件要求完成计量过程； （3）评估计量过程完成的合理性和有效性。 随着21世纪高科技的迅速发展，极大地影响了现有的计量技术。为了不断满足航空科技进步对计量的要求，适应航空高科技发展的特点，计量技术必须与航空科技进步同步发展，并且应有一定的超前性和预见性。计量技术不仅能满足当前发展的需要，又能满足今后一个相当长时期发展的需求［2］。 2 未来民机研制过程中对计量需求及其特点 我国未来民机研制过程中需要重点突破的技术领域包括：气动设计、风洞试验、先进材料和结构、降低排放物污染、降噪、高安全性和可靠性设计、飞机系统等。针对以上设计要求其计量需求及其特点主要表现在设计阶段、研制阶段、生产阶段、适航阶段及服务阶段。 2.1 设计阶段 为了寻求最佳的气动、结构、材料、发动机、航电、环保等设计方案，要求验证在不同环境条件下的试验结果，提供可比较、有参考价值的试验数据。其计量要求的特点是： （1）模拟项目总体设计要求的仿真环境条件； （2）大部分试验我们先前没有进行过，或还没有此方面的原始试验数据积累； （3）由于项目总体设计采用先进技术和理念，要求试验采用不同于以往的方法，必须采用先进的测量设备（测量量程和准确度要求的提高、测量参数的拓展、动态测试、专用检测和校准设备等）来验证； （4）基础建设资金要求投入大； （5）测量设备测量量程和准确度要求的提高，由此对其溯源难度提高。 2.2 研制阶段 验证或确定设计方案能否达到规定的技术指标，确定工程实现的可行性，减少设计缺陷，改进设计方案。其计量要求的特点是： （1）需要进行大量重复的试验工作（零件、部件、整机等）； （2）随着高新技术的应用，各类传感器（温度、压力、流量、负荷、加速度…等）向微型、高准确度、智能化等方面发展，传感器动态特性的校准，大量检测设备的校准等一系列的计量需求将急剧增加； （3）急需各种综合测试及其专用设备（包括现场使用），综合测试及其专用设备的研制周 期将成为阻碍试验工作顺利进行的瓶颈； （4）各种检测、校准设备的溯源及其监督管理； （5）各种动态参数（压力、力、温度、流量……）的检测和评估。 2.3 生产阶段 从原材料进库到半成品、成品的全过程实施规范性生产。经检测原材料、半成品、成品要达到规定的技术要求指标，全过程实施严格的监督管理。其计量要求的特点： （1）建立完备的、系统的试验、检测工艺文件和计量管理程序文件； （2）提供快速、方便的在线检测和试验设备和技术； （3）数字化加工设备的测量准确度的保证及其设备的溯源； （4）自动化、智能化、多参数检测设备需求增大，检测设备的准确度应高于被测参数的准确度，其测量不确定度比应符合 4：1的要求或相关技术文件规定的要求； （5）所有检测设备和校准设备应按规定周期进行校准，并在有效期内使用，其测量不确定度比应符合 4：1的要求或相关技术文件规定的要求； （6）专用检测设备应编制校准方法，并应定期或按校准计划进行校准； （7）实施有效的监控制度； （8）建立计量信息管理系统。 2.4 适航阶段 通过飞行试验及其试验数据的获得，以满足相关适航条例及其技术规范的要求，其计量要求的特点： （1）有关适航的国内外的管理要求； （2）有关适航条例及其技术规范的要求，掌握适航条例及其技术规范的要求的变化； （3）根据适航条例及其技术规范的要求修改设计、改进试验、调整工艺； （4）完善验收制度，加强对供应商、协作方的质量控制。 2.5 服务阶段 实施维护与服务，保证在役航空产品使用正常。其计量要求的特点是： （1）机栽设备：所测量设备（仪器）要定期校准和维护（更换）,测量设备（仪器）校准周期依据设计要求确定； （2）地面设备：所测量设备（仪器）要定期校准和维护（更换）,测量设备（仪器）校准周期依据设计要求或使用工程师的评估来确定； （3）编制系统的测量设备（仪器）校准手册； （4）对使用单位开展检测人员的培训。 3 建立计量保障体系的有效措施 3.1 计量保障的思路 计量保障是指为达到测量量值准确一致，实现测量溯源性和过程受控，而进行的一系列管理和技术活动。探索和实施大型民用飞机的计量保障思路，可以更好的完成国家赋予我们的使命。 从技术角度来看，大型客机的发展方向是：客运机载客量多，安全性高，经济性明显，舒适性好。从组织结构和经营方式来看，由于激烈的市场竞争和大型飞机的高技术、高投资和高风险，必将越来越国家化、集团化［2］。从型号发展来看，更多的会依靠现有型号的不断改进、改型，甚至发展一机多型、军民合用。我国的航空制造业一直沿用军方的管理体系，其航空计量保障有自己完整的一套模式，只是在形式上已跟不上现代航空发展的需要，因此要研制大型飞机就必须转变思想，使“计量先行”落实到实处，充分利用好原有计量基础设施和手段，开发新型计量保障的管理模式，使得航空计量保障体系不管在军用型还是民用型上都能真正的发挥作用。 3.2 建立计量保障体系 （1）起点规划 从大型民机立项和总体设计论证起，从制度上要求各设计单位和部门应对试验、测量技术和测量设备的计量保障提出要求。从政策和决策上保证项目研发计量保障同步进行，从资源上满足计量先行的需求。在技术上，设计单位必须做好项目计量保障的论证和规划工作。 （2）保证重点 计量是一项长期、大投入的技术基础，在现有的技术基础和技术能力下，我们必须有所为，有所不为。有所为的是那些对设计决策有定局影响的、对过程质量控制有决定性影响的、我们又是明显计量手段不足的，应该尽早尽快建立相应的试验和计量手段，保证预先，保证重点。有所不为的是改变过去那种低水平的技术条件重复建设。 （3）系统保障 建立项目计量保障体系，把“计量先行”的指导思想落实到大型民机项目的每一个环节中，保证民机项目从设计、研制、生产和使用的每一过程都满足规定的质量要求。 （4）加强监督 计量是质量控制的手段，保证质量则是计量最终的目的。计量管理是质量管理体系的重要组成部分，是对计量技术工作全过程的规范管理。为保证和提高大型民机项目质量，一方面要加强试验的技术水平，另一方面要加强项目计量管理。通过监控各类试验、生产工艺过程，确保项目质量。将计量以检定、校准、检测、试验和综合系统状态评审方式，纳入项目设计、研制、生产和使用的全过程，从而形成一个完备的计量监督系统。 （5）售后服务中的计量保障 民机对安全性、可靠性和可维持性要求的特殊性，售后服务中计量保障的优劣决定了民机产品的生命及其生命周期。因此，售后服务中的计量保障环节也是我们必须关注的重点。 4 结束语 综上所述，大型民机以安全性、经济性、舒适性和环境保护为核心攻克各项关键技术的同时，在立项初期，我们全面筹划发展计量保障体系，使之适应民机产业并与其同步发展，使计量技术在民机研制过程中发挥应有的作用。 参考文献： ［1］姜澄宇．从国外民机重大研究计划看大型民机发展的重大关键技术．中航学会 2007 年学术年会． ［2］曹英杰，靳书元，许新民，李少壮．大飞机发展中的计量保障．中航学会 2007 年学术年会． ［3］李航航．我国大飞机发展途径构想及关键技术研究．中航学会 2007 年学术年会．(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (8/15/2012)