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新一代火箭发动机试车管理模式研究

时间:2016年04月21日 信息来源:《中国航天》 点击: 【字体:


 新一代运载火箭将陆续首飞,作为其主动力的新一代液氧煤油液体火箭发动机,采用了世先进的高压补燃循环系统和自身启动方式,具有大推力、高性能、绿色无毒、可重复使用等优点,每台发动机交付前进行一次工艺鉴定试车,可大大提高交付产品的可靠性。较现役运载火箭常规发动机抽检试车模式,液氧煤油发动机工艺鉴定试车次数大大增加,试车要求提高,试车难度增加。
  液体火箭发动机地面试车是一项复杂的多学科工程,发动机试车系统规模庞大,工艺系统、控制系统、测量系统三大核心系统结构复杂,试车环境涉及高温、高压、大振动等不安全因素,危险性大,试车费用大,如果试车失败或未达到目的,不仅经济损失大,且影响研制和交付周期,因此,要求试验系统工作绝对稳定、可靠。
较常规液体火箭发动机地面试车,液氧煤油发动机工艺鉴定试车是发动机交付前的最终考核,试车获得的发动机数据必须满足交付验收指标,且发动机外观、接口均必须保证完好无损,可用于交付装配火箭。
  为满足新一代液氧煤油发动机工艺鉴定试车任务要求,通过统筹策划、科学管理,逐步建立了专业化试车基地和试车队伍,形成了动态跟踪的计划管理模式,落实了全面责任制,实施了全周期质量管控,确保了工艺鉴定试车高质量、高效率的完成。


试车任务特点


 1.进度要求紧


  由于交付飞行的每台发动机都需要进行工艺鉴定定试车,较现役运载发动机每年几次抽检试车,试车次数大大增加。按照新一代运载火箭发需求,液氧煤油发动机工艺鉴定年试车次数达几十次到近百次。为了确保发动机生产交付进度,工艺鉴定试车必须提高试车效率、缩短试车周期。结合目前试车能力和试车任务情况,每次工艺鉴定试车需在一周内完成。


  2.质量要求高


  工艺鉴定试车的目的是为了’考核发动机装工艺状态的正确性,获得发动机工作特性及性能参数,试车获得的推力、流量等性能参数必须真实反映发动机性能,并满足火箭总体交付指标要求。另外,试车全周期过程中,必须保护发动机不受任何外界的影响或损坏,发动机各接口必须满足火箭验收、总装条件。这两方面的要求,给试车系统提出了巨大挑战。首先,在保证试车系统状态正确,确保试车成功的基础上,必须保证每次试车都高精度、高稳定、高可靠地获得上百个性能数据;其次,在发动机上台交接、吊运安装、管路对接、电气接口对接以及试后拆除发动机的整个过程中,必须做到准确操作、万无一失,确保发动机完好。



二、试车管理模式


  针对液氧煤油发动机工艺鉴定试车任务特点,试车系统进行了深入的分析和策划,自液氧煤油发动机研制试车开始,就采取不同于现役运载发动机试车的组织管理方法,进行专业化试车队伍培养,提高计划跟踪管理、责任制落实、质量管理的水平,逐步建立了一套适应于液氧煤油发动机工艺鉴定试车要求的管理模式。


  1.专业集中的试车组织模式


  液氧煤油发动机研制初期,利用原常规型号发动机试车台改造后承担研制试车任务,虽满足了发动机前期研制的要求,但试车台从推进剂供应能力、测控能力及边界试车条件等各方面无法满足发动机进一步的研制需求,在此条件下,结合我国新一代运载火箭发射要求和后续大量的试车任务需求,策划启动了液氧煤油发动机试验基地的建设,先后建成了120吨液氧煤油发动机试车台和18吨液氧煤油发动机试车台,配套测控中心、推进剂库房、气体生产车间、分析化验中心、高位水池、污水处理中心等相关试车设施,形成了专业集中、功能齐全的新一代液氧煤油发动机试验基地。试车台全面考虑了发动机各项试车需求,确保试验系统可靠性和获得数据的准确性,专业试验区的建成使液氧煤油发动机试车能力和试车技术得到了大幅提升。
  同时,在液氧煤油发动机试车区建设伊始,就组建了液氧煤油发动机专业试验室,全面负责试车台设计及发动机试车。试验队伍在利用前期研制试车经验,全面理解、消化试车要求的基础上,在试车台的设计中,以满足试车要求为目标,充分论证设计方案,全程跟踪建设安装,确保试验系统达到设计要求。在后续承担试车任务过程中,试验队伍进一步深入研究液氧煤油发动机试验技术,开展了多项专项技术研究及课题研究,实施了多项试车台适应性技术改造,突破了多项试车关键技术,得到了充分的锻炼和提升,逐步形成了一支专业化程度高、技术水平领先的液氧煤油发动机试车队伍,为交付发动机工艺鉴定试车的顺利开展提供了可靠保障。


  2.动态计划管理及全面责任制落实


  在液氧煤油发动机工艺鉴定试车次数大幅增加、试车台资源有限的情况下,必须依靠提高试车效率、缩短试车周期、减少试车系统故障率、保证试车台始终处于良好的工作状态来确保试车任务的顺利完成。由于发动机研制生产过程的复杂性,发动机试车计划经常面临临时调整,因此,通过采取制定年度计划、月度计划、周计划、试车计划这样层层分解的动态计划管理方法,将计划分解落实到以日为单位,并以试车计划为核心,由专职调度进行每日工作现场跟踪落实,对试车过程中出现的问做到第一时间反馈处理,提高了计划管理的实时性和有效性,确保了每次试车进度完全可控。除试车工作外,为了确保试验系统状态良好及满足新的试车要求,试车台每年需进行大的设施维护、系统改造等工作。首先按照年度试车计划为主线,统筹策划全年维护改造工作,提前启动技术准备和物资准备等前期准备工作,以动态月计划为主安排实施维护改造工作,对于可以并行和交叉的工作,在不影响试车工作的前提下集中实施。同时,通过关键设备定期检查、易损设备备份等手段,切实保障试车台能够按计划承担试车任务。
  试车计划的有效落实是以全面的责任制落实为基础的。在管理方面,明确型号主管所领导、副总师、计划调度、质量安全等管理责任,并全部落实到人,相关管理人员全程跟踪管理试车过程,确保管理责任落实到位。在试车实施方面,由液氧煤油发动机试验室负责,明确试车责任考核要求,建立了以室主任为考核责任人的全室考核机制,室内明确了各分系统技术负责人,负责试验系统健康监控与技术问题解决。工艺鉴定试车中,全面明确岗位责任制,落实主副双岗制,确保每项工作责任分解到人,建立了以试车指挥员为核心的及时有效的问题汇报处理机制,全面落实指挥责任、技术责任及岗位责任。全面责任制的有效落实为确保试车进度、质量、安全提供了坚实的基础。


  3.全周期质量管控


  按照液氧煤油发动机工艺鉴定试车的任务要求,试车系统必须同时确保系统状态正确、获得参数合格、产品状态完好。因此,在试车的全周期中,必须全面提高质量管控要求,保证试车系统准确、可靠、稳定。通过对任务特点的分析,结合多年来试车质量管理经验,建立了液氧煤油发动机全周期质量管控方法。全周期质量管控是以试车周期的七个阶段为主线,即: (1)发动机进场交接验收阶段;(2)发动机工艺接口对接安装阶段; (3)发动机电气接口对接安装阶段; (4)发动机检查与测试阶段; (5)发动机试车准备状态确认阶段; (6)发动机点火试车阶段; (7)发动机试车后处理与发动机交付验收阶段。针对七个阶段,采取技术状态固化、工艺流程优化、质量控制量化、试车风险分析及数据包建立等质量管理手段,在不同的试车阶段,采取针对性的质量管理方法,把质量管理的各项工作全面细化分解到七个试车阶段中去,形成一套有效的发动机工艺试车全过程、全周期质量管控方法,确保试验系统状态稳定,试验质量持续提升。
  技术状态控制方面,在对试验系统技术状态全面梳理、治理、量化的基础上,建立了液氧煤油发动机工艺鉴定试车系统技术状态基线。基线确定了工艺鉴定试车系统的设备状态、工艺状态、试车流程、试车结果评估等标准,以此为基础进行试车系统状态控制,技术状态的变化按照变更流程严格控制。工艺流程方面,按照发动机试车周期过程,对试车工艺流程进行了细化分解,明确了每个过程的各项工作,分解质量确认项1000余项,并制定了质量确认表格。在质量确认表格中,明确了量化要求,以过程质量记录为基础,建立试车过程质量管理数据库,通过对试车信息进行数据包络分析,发现系统偏差并提示预警与处置。另外,借鉴型号管理经验,创新性地建立了关键过程强制检验点专检机制,按照发动机试车流程开展了试车文件准备、产品验收安装、试车系统检查测试、开车条件、试车结果审查等关键重要节点的强制检验工作,落实了质量确认要眼见为实的控制要求,进一步强化和落实了质量责任制。通过试车全周期的质量管控,试验系统稳定可靠,交付新一代运载火箭Y 1飞行的发动机试车次次成功,为型号研制做出了突出贡献。


三、结束语


  随着新一代运载火箭首飞,液氧煤油发动机已进入了全面交付及可靠性增长研制阶段,后续多型号多任务需求,将进一步考验液氧煤油发动机的研制生产能力。作为液氧煤油发动机交付前的关键环节,工艺鉴定试车是一项高复杂性、高风险、高可靠性要求的研制工作。试验系统面对这一新任务,通过继承与创新管理模式,建立了相适应的组织管理方法,在后续的试验过程中,将进一步探索与研究管理模式,不断提升管理水平,为长期可靠地承担新一代运载火箭液氧煤油发动机工艺鉴定试车任务及后续类似试车任务奠定坚实的基础。


 上文选自《中国航天》,如有需要请查阅该期刊。

(作者:王文龙 郭立 李亮)
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