飛機剎車系統綜合應力的試驗方法與流程

本發明涉及民用飛機產品研制領域，具體是確定一種民用飛機剎車系統的綜合試驗應力種類和每種應力在試驗剖面中所占的比例，然后確定試驗剖面的方法。

背景技術：

現有民用飛機產品研制過程中的試驗分為下列幾類：

1)環境試驗，用于驗證產品的環境適應能力。

2)供電特性試驗，用于驗證產品在供電電壓波動的條件下正常工作的能力。

3)可靠性試驗，用于驗證產品是否達到規定的可靠性指標。

4)耐久性試驗，也叫壽命試驗，用于驗證產品的壽命指標。

上述四種試驗分別按照相應的標準進行，試驗項目全部通過以后可以裝機飛行。

國外現狀：

國外民機產品的環境、可靠性和耐久性試驗分別獨立進行，采用的標準有：

1)美國標準do-160《環境試驗》，包括高溫、低溫、振動、溫度高度、沖擊、沙塵、淋雨試驗多項，研制合同選擇的試驗項目全部通過后表示環境試驗通過。

2)國際標準iec60300-3-5《可靠性試驗》，采用真實時序統計試驗方案，在通電條件下施加溫度、振動、濕度綜合環境應力，試驗應力的幅值統計計算；試驗方案采用指數分布制定。

3)美國標準mil-a-87244《電子產品完整性大綱的要求》，在規定的使用時間內不允許出現故障。

國內現狀

1)執行航空工業hb5830系列標準《機載設備環境條件及試驗方法》，包括高溫、低溫、振動、溫度高度、沖擊、沙塵、霉菌、鹽霧、溫度沖擊試驗多項，研制合同選擇的試驗項目全部通過后表示環境試驗通過。

2)國家標準gb/t5080.1《可靠性試驗》，參照iec60300-3-5標準編制，試驗時間和使用時間具有1比1的關系；試驗方案采用指數分布制定。

3)單獨進行壽命試驗，也叫耐久性試驗，壽命試驗時間是要求壽命的1.5倍，1.5為安全系數，機電產品壽命試驗的試驗項目以常溫性能測試為主。

4)發明201110443125.8《一種飛機剎車系統的加速壽命試驗方法》提出了壽命和可靠性試驗綜合的方法，該方法采用組合應力施加方法。

5)201710490975.0一種飛機剎車系統的低溫試驗方法解決了將七項剎車系統產品的低溫試驗合并為一項，并且解決了驗證壽命期內低溫故障的問題。

6)201710490987.3一種飛機剎車系統的高溫試驗方法解決了將七項剎車系統產品的高溫試驗合并為一項，并且解決了驗證壽命期內高溫故障的問題。

7)201710490970.8一種飛機剎車系統的振動試驗方法解決了將七項剎車系統產品的振動試驗合并為一項，并且解決了驗證壽命期內振動故障的問題。

現有技術的缺陷：

在使用中沒有環境、可靠性和壽命彼此獨立的情況。所以，國內外現有技術具有下列缺陷：

1)可靠性試驗在真實時序綜合環境條件下通電進行，缺少工作應力，在空載條件下無法得到真實的試驗結果，舉例：剎車系統中的模擬電路防滑剎車控制盒通電狀態4ma，工作狀態為40ma，相差10倍。國內外都有這樣的事實，試驗都通過后使用中故障多，其原因是試驗過程中未施加工作應力，試驗結果的不真實。

2)壽命試驗以常溫為主進行單項產品的組合應力測試，施加了工作應力但試驗剖面具有局限性，舉例：一種民機剎車系統在一個起落中的工作壓力為3mpa～15mpa，性能測試以10mpa的著陸剎車壓力為主，而且在常溫下的性能不能表示高溫、低溫、振動、沖擊多種綜合環境條件下的性能是合格的。這種試驗方法同樣掩蓋了故障。

3)壽命、可靠性和環境試驗中一部分項目重復進行，浪費時間和資源。

4)西安航空制動科技有限公司在專利201110443125.8中提出了一種飛機剎車系統的加速壽命試驗方法，該方法中提出了壽命和可靠性試驗的綜合，但該方法施加組合應力，不是同時施加環境和工作應力，同樣存在試驗與使用情況不相符的情況；

5)在申請號分別為201710490975.0、201710490987.3和201710490970.8的發明創造中分別解決了剎車系統驗證低溫壽命、高溫壽命、振動壽命的問題，適用于針對剎車系統低溫、高溫、振動薄弱環節進行獨立驗證的情況，沒有驗證空中低溫、高溫、溫度變化和振動綜合作用下的壽命和可靠性，存在單一驗證和局限性。

技術實現要素：

為克服現有國內外環境、可靠性、壽命試驗方法存在的單一驗證和局限性，本發明提出了一種飛機剎車系統綜合應力的試驗方法。

本發明的具體過程是：

步驟1，確定任務剖面

第一步，確定剎車系統任務剖面中的環境量值；

所述剎車系統的任務剖面包括振動剖面、高溫剖面、低溫剖面和溫度沖擊剖面。

所述的振動剖面中，2000起落的全部振動時間計算為：2000起落×2h/每起落＝4000h，飛機在地面20min的時長內，飛機著陸時的最大振動量值20grms，時長為2s，2000起落的累計時長為：2000起落×2s/(60s/min)＝66.7min。著陸剎車和起飛滑跑階段的振動量值均為15grms，每起落的時長為58s，2000起落的累計時長為：2000起落×58s/(60s/min)＝1933.3min。地面差動剎車階段的振動量值8grms，每起落的時長為19min,2000起落的累計時長為：2000起落×19min/沒起落)＝38000min。

所述的高溫剖面中，地面高溫為50℃～70℃，1年累計約150h，在1年的時間內所占比例為：150h高溫/(365天×24h/每天)＝1.71％。

所述的低溫剖面中，低溫為-40℃～-55℃，1年累計約150h，在1年的時間內所占比例為：150h低溫/(365天×24h/每天)＝1.71％。

所述的溫度沖擊低溫剖面中，起飛、著陸過程的溫度變化速率為5℃/min～15℃/min，溫度沖擊試驗為25℃/min。在一年時間內其他溫度約占96.5％。

所述的濕度發生在地面高溫階段，所述的濕度為露點溫度t≥31℃。

第二步，確定剎車系統在任務剖面中的工作應力量值；

所確定的剎車系統在任務剖面中的工作應力及其量值為：

ⅰ從停機坪到起飛線的差動剎車壓力與回停機坪相同，均為3mpa。

ⅱ起飛線制動加力是由電磁閥接通15mpa壓力提供給剎車機輪。

ⅲ起飛滑跑階段剎車壓力為零。

ⅳ航行、下降階段剎車壓力為零。

ⅴ前機輪隨著主機輪著地也著地時，駕駛員踩腳蹬開始剎車，剎車壓力為10mpa。

ⅵ飛機提供給剎車系統的標稱電壓是28v，飛機供電低于28v稱為欠壓，高于28v稱為過壓，在欠壓至過壓的標準范圍內剎車系統應能夠正常工作。

ⅶ數字防滑剎車控制盒輸出的控制電流為0～20ma，5ma以下伺服閥不工作，輸出20ma控制電流時伺服閥輸出10mpa壓力。

ⅷ著陸瞬間機輪速度傳感器隨機輪轉動從0加速到3000r/min。

步驟2，確定環境測試時長和溫度變化速率

第一步，確定高溫量值和施加時長：

確定的高溫量值為50℃和70℃，施加時長為120min。

第二步，確定低溫試驗量值和施加時長

確定的低溫量值為-55℃和-40℃，施加時長為120min。

第三步，確定溫度變化速率

綜合環境試驗箱的溫度變化速率為15℃/min～25℃/min。

第四步，確定常溫測試時長

所述的常溫為20℃，測試時長為2h。

第五步，確定振動試驗的量值和施加時長

著陸時的振動量值為20grms，剎車和起飛滑跑階段的振動量值為15grms，地面差動剎車階段的振動量值為8grms。各量值施加時長在綜合應力試驗剖面中確定。

第六步，確定供電特性的試驗要求

所述的供電特性包括欠壓電壓和過壓電壓；壓電壓為20v；過壓電壓為32v。欠壓電壓和過壓電壓的工作頻率為每10min轉換1次。

步驟3，確定剎車系統試驗應力種類及其在試驗剖面中的比例

根據任務剖面、公式(1)和(2)確定試驗剖面：

f(焊點松動+焊點脫落+高溫泄漏+控制盒性能飄移……)＝(x1,x2,x3,……xn)(1)

式(1)中：函數中的故障模式與xi種以高溫為特征的使用應力相關，i＝1,2，……n，使用應力采用試驗應力模擬。

f(低溫脆斷+壓力低+低溫泄漏+控制盒性能飄移……)＝(z1,z2,z3,……zm)(2)

式(2)中：函數中的故障模式與zj種以低溫為特征的使用應力相關，j＝1,2，……m，使用應力采用試驗應力模擬。

所述綜合應力試驗剖面包括：溫度、濕度試驗剖面，振動試驗剖面、液壓試驗剖面、電壓剖面、轉速剖面。

第一步，確定溫度、濕度試驗剖面

所確定的溫度、濕度試驗剖面為：

在實測的計數項從開始將溫度箱內的氣溫控制為-40℃；在-40℃保持120min，以15℃/min的升溫速率升溫至50℃，升溫時長6min；在50℃保持120min，然后以15℃/min的降溫速率降溫至-55℃，降溫時長7min；在-55℃保持120min。以25℃/min的升溫速率升溫至70℃，升溫時長5min；在70℃保持120min，保溫過程中加濕，濕度為露點溫度t≥31℃。以25℃/min降溫速率降溫至-55℃，降溫時長5min；在-55℃保持120min，然后以25℃/min的升溫速率升溫至20℃，升溫時長3min；在20℃保持2h。以15℃/min降溫速率降溫至-40℃，降溫時長4min。至此，確定了溫濕度試驗剖面，一個溫濕度試驗剖面時長750min。

第二步，確定振動試驗剖面

所確定的振動試驗剖面為：從試驗剖面開始施加地面差動剎車階段的振動應力為8grms，低量值振動用于顯示故障隱患，施加時長15min。從第15min起施加著陸剎車的振動應力為15grms，施加時長90min，用于激發剎車系統在剎車過程中的故障隱患。從105min起施加的振動應力為20grms，施加時長20min，用于激發剎車系統在高量值振動條件下的故障隱患。

至此，完成一個振動小循環的確定工作，1個振動試驗剖面由6個振動小循環組成，時長750min。

第三步，確定液壓試驗剖面

所確定的液壓試驗剖面為：從試驗剖面開始施加差動剎車小量值液壓應力的目的是顯現剎車系統的故障隱患，施加差動剎車壓力3mpa的試驗時長為15min。從第15min開始施加15mpa的起飛線剎車壓力試驗，施加時長為20min。從第35min開始進行起飛線著陸剎車壓力為10mpa的試驗，激發剎車過程中的故障隱患，試驗時長為90min。至此，完成一個液壓試驗小循環的確定工作。

1個液壓試驗剖面的時長為750min，包含6個液壓試驗小循環組成。

所述的液壓剖面依次由差動剎車試驗、起飛線制動剎車試驗、著陸剎車試驗組成。

第四步，確定電壓試驗剖面

所確定的電壓試驗剖面為：從試驗剖面開始施加欠壓電壓20v時長為10min，然后施加過壓電壓32v時長為10min，按此要求一直施加欠壓電壓20v/過壓電壓32v到試驗剖面結束。電壓試驗剖面的時長為750min。至此，確定了電壓試驗剖面。

第五步，確定輪速檢測器轉速的試驗剖面。

所確定的輪速檢測器轉速的試驗剖面為：從試驗剖面開始，在1s內由0加速到3000r/min，保持1.5min；然后在29s內由3000r/min減速到0，停止23min，形成了一次加速、保持高轉速、減速、停止的過程。所述一次加速、保持高轉速、減速、停止的過程時長25min，相當于試驗一個起落的工作。按此要求一直進行到一個試驗剖面結束，一個試驗剖面時長750min。

步驟4，確定剎車系統的試驗時長

第一步，以壽命試驗和可靠性增長試驗中的時間長者為確定的剎車系統試驗時長至少進行3000起落。

第二步，確定綜合應力試驗剖面循環次數為100次。

第三步、計算綜合應力試驗剖面的運行時間為1250h。

步驟5，試驗過程

若試驗過程中未發生故障，則試驗通過。若發生故障，則試驗停止，改進后重新試驗，迭代改進直至在試驗過程中不出現故障，則試驗結束。具體過程是：

第一步，確定故障判據

第二步，確定壽命計算方法和可靠性指標計算方法

壽命計算方法：要求的壽命＝試驗截尾時間÷1.5(2)

式(2)中1.5為剎車系統壽命計算的安全系數。

可靠性指標計算方法：平均故障間隔時間mtbf＝試驗截尾時間÷2.3(1)

式(1)中2.3為gjb1407給出的平均故障間隔時間計算系數。

第三步，準備

第四步，試驗

ⅰ啟動所有控制計算機同時運行100個綜合應力剖面循環。

ⅱ溫濕度剖面運行試驗過程：從-40℃開始，在-40℃條件下保持2h，以15℃/min的升溫速率升溫至50℃，升溫時長6min；在50℃保持2h。以15℃/min的降溫速率降溫至-55℃，降溫時長7min；在-55℃保持2h。以25℃/min的升溫速率升溫至70℃，升溫時長5min。在70℃保持2h，保溫過程中加濕，濕度為露點溫度t≥31℃。以25℃/min降溫速率降溫至-55℃，降溫時長5min。在-55℃保持2h。以25℃/min的升溫速率升溫至20℃，升溫時長3min；在20℃保持2h。以15℃/min降溫速率降溫至-40℃，降溫時長4min。至此，完成一個溫濕度試驗剖面的試驗。試驗剖面時長750min。

ⅲ振動剖面運行試驗過程：從試驗剖面開始施加地面差動剎車階段的振動應力為8grms，施加時長15min。從第15min起施加著陸剎車的振動應力為15grms，施加時長90min。從105min起施加的振動應力為20grms，施加時長20min，這是1個振動小循環試驗過程。1個振動試驗剖面由6個振動小循環組成，時長750min。

ⅳ液壓剖面運行試驗過程：從試驗剖面開始施加差動剎車壓力3mpa的時長為15min。從第15min開始施加20mpa的起飛線剎車壓力，施加時長為20min。從第35min開始進行剎車壓力為15mpa的試驗，試驗時長為90min。至此，完成一個液壓小循環的試驗，1個液壓試驗剖面由6個液壓小循環組成，時長750min。

ⅴ電壓剖面運行試驗過程：從試驗剖面開始施加欠壓電壓20v時長為10min，然后施加過壓電壓32v時長為10min，按此要求一直施加欠壓電壓20v/過壓電壓32v到1個試驗剖面結束。一個試驗剖面時長750min。

ⅵ輪速檢測器轉速試驗剖面的運行過程：從試驗剖面開始，在1s內由0加速到3000r/min，保持1.5min；然后在29s內由3000r/min減速到0，停止23min，形成了一次加速、保持高轉速、減速、停止的過程，該過程時長25min。按此要求一直進行到一個試驗剖面結束，一個試驗剖面時長750min。

ⅶ試驗結束：按附圖1進行了100個綜合應力試驗剖面的循環過程，未發生故障，試驗結束。至此，完成了剎車系統的綜合應力試驗。

第五步，計算壽命和平均故障間隔時間mtbf，確定可不再進行的試驗項目

3000起落達到了壽命要求。3000起落折合6000h試驗時間，達到了規定的平均故障間隔時間mtbf。

至此，完成了本發明的壽命、可靠性、溫度、振動、轉速和電源特性的綜合試驗

本發明中，施加綜合應力的方法與激發剎車系統故障的關系可用函數定性表述為：

f(焊點松動+焊點脫落+高溫泄漏+控制盒性能飄移……)＝(x1,x2,x3,……xn)(1)

式(1)中：函數中的故障模式與xi種以高溫為特征的使用應力相關，i＝1,2，……n，使用應力采用試驗應力模擬。

f(低溫脆斷+壓力低+低溫泄漏+控制盒性能飄移……)＝(z1,z2,z3,……zm)(2)

式(2)中：函數中的故障模式與zj種以低溫為特征的使用應力相關，j＝1,2，……m，使用應力采用試驗應力模擬。

式(1)、(2)是制定綜合應力試驗方案的理論依據。

本發明根據對國內外各種運輸飛機的使用條件統計，剎車系統在使用過程中的溫度及其變化、電源電壓波動即供電特性、液壓應力、振動應力是同時存在的，本發明據此提出了綜合應力試驗方法。本發明采用綜合應力試驗設備。綜合應力試驗剖面納入使用中的極值環境條件，起到激發使用故障的效果。剎車系統產品裝在飛機艙內，所以不進行沙塵、淋雨、太陽輻射試驗。

本發明包含極值環境條件和工作應力綜合施加不同于現有標準，gjb899第4.3.1中規定：“可靠性試驗的環境條件不同于環境試驗的極值條件，它應時序的模擬受試設備在使用中經歷的最主要的應力，確定應力的優先次序為：a)實測應力……。”發明201110443125.8未考慮環境應力和工作應力綜合施加的問題，模擬真實情況不足。

本發明的試驗剖面根據各種使用應力的比例和激發故障所需制定，克服了現有技術的上述不足。

與現有技術相比較，把發明取得的有益效果表現在：

1)為了解決gjb899未納入剎車系統真實存在的液壓應力、工作電流，發明201710490975.0、201710490987.3和201710490970.8存在單一驗證的局限性，發明201110443125.8未考慮到極值環境應力和工作應力綜合施加的問題，本發明提出了剎車系統綜合應力試驗的方法，各種環境、工作應力同時施加產生疊加效應，這種疊加效應是現有各項試驗獨立進行的技術無法實現的，提高了激發故障的效果。

本發明不僅解決了給剎車系統施加綜合應力的問題，而且解決了各種綜合應力在試驗剖面中所占比例的問題。在此基礎上，為了提高激發故障的效果，壓縮了對激發故障作用小的試驗項目時間，延長了對激發故障作用大的試驗項目時間。國際慣例，施加綜合應力激發故障的效果，采用實測的方法確定。

2)本發明技術能夠驗證剎車系統在綜合應力即使用條件下的壽命和可靠性指標，解決了現有技術不能綜合驗證剎車系統壽命與可靠性指標的問題。

3)本發明實施例在綜合應力條件下用90000min/1500h完成了該剎車系統的試驗，同時驗證了該剎車系統2000起落的壽命指標和mtbf為2000h的平均故障間隔時間，以及高溫、低溫、振動、溫度沖擊、供電特性的驗證，一項試驗完成了七項驗證。本實施例在第70個剖面的第440min激發出了三極管管腳脫落、電磁閥泄漏超差的故障。改進后在第81個剖面激的第588min激發出了發出了試驗

4)本發明實施例節約經費的效果：節約可靠性試驗的經費：4600h×500元/h＝230萬元。節約高溫試驗費用3.5萬元；節約低溫試驗費用5.5萬元；節約振動試驗費用7萬元；節約電源特性試驗費用3萬元。共節約經費：230+3.5+5.5+7+3＝249萬元。其他產品采用本發明技術，都可以取得類似效果。采用綜合應力試驗技術，減少了民機產品使用中的故障，提高了航班出勤率，提高了民用飛機的可靠性。

附圖說明

附圖1是本發明的試驗剖面,圖中振動的單位是加速度均方根值grms，壓力的單位是mpa，電壓的單位是v，轉速的單位是r/min，時間的單位是min。

附圖2是本發明的流程圖。

具體實施方式

本實施例對一種民機剎車系統進行綜合應力試驗。在試驗剖面中納入高溫、低溫、溫度沖擊、振動、供電特定、轉速試驗內容，試驗完成后這些試驗不再進行。研制要求該剎車系統的壽命為2000起落，平均故障間隔時間mtbf＝2000h。1個起落的時間是2h。在試驗前，按照gjb899a第4.7進行了故障模式分析，并對伺服閥、防滑剎車控制盒完成了設計改進，對改進后的剎車系統驗證其壽命和可靠性指標。

本實施例的具體過程是：

步驟1，確定任務剖面

第一步，確定剎車系統任務剖面中的環境量值

gjb451a第2.1.6.5款定義為：“產品完成規定任務這段時間內所經歷的事件和環境的時序描述”。所述剎車系統的任務剖面是：飛機從停機坪到起飛線、在起飛線制動加力到起飛滑跑、爬升、航行、下降、著陸剎車、回停機坪的過程。在使用中承受高溫、低溫、振動、電壓波動、轉速、液壓。1個飛行起落時長2h，任務剖面的時長也為2h。所述剎車系統的任務剖面包括：

1)振動：2000起落的全部振動時間計算為：2000起落×2h/每起落＝4000h，實測該飛機空中100min時長振動量值低于2grms，對剎車系統的故障沒有激發作用，忽略不計。在地面20min的時長內，實測該飛機著陸時的最大振動量值20grms時長2s，2000起落的累計時長為：2000起落×2s/(60s/min)＝66.7min。著陸剎車和起飛滑跑階段的振動量值均為15grms，每起落的時長為58s，2000起落的累計時長為：2000起落×58s/(60s/min)＝1933.3min。地面差動剎車階段的振動量值8grms，每起落的時長為19min,2000起落的累計時長為：2000起落×19min/沒起落)＝38000min。

2)高溫：實測統計熱天地面高溫為50℃～70℃，1年累計約150h，在1年的時間內所占比例為：150h高溫/(365天×24h/每天)＝1.71％。

3)低溫：實測統計空中冷天低溫為-40℃～-55℃，1年累計約150h，在1年的時間內所占比例為：150h低溫/(365天×24h/每天)＝1.71％。

4)溫度沖擊：實測起飛、著陸過程的溫度變化速率為5℃/min～15℃/min，hb5830中溫度沖擊試驗為25℃/min。本發明采用15℃/min～25℃/min的溫度變化速率。

5)在一年時間內其他溫度約占96.5％。

6)濕度：發生在地面高溫階段，所述的濕度為露點溫度t≥31℃。

第二步，確定剎車系統在任務剖面中的工作應力量值

剎車系統任務剖面中的工作應力分為下列類型：

1、從停機坪到起飛線的差動剎車壓力與回停機坪相同，均為3mpa。

2、起飛線制動加力是由電磁閥接通15mpa壓力提供給剎車機輪。

3、起飛滑跑階段剎車壓力為零。

4、航行、下降階段剎車壓力為零。

5、前機輪隨著主機輪著地也著地時，駕駛員踩腳蹬開始剎車，剎車壓力為10mpa。

6、飛機提供給剎車系統的標稱電壓是28v，飛機供電低于28v稱為欠壓，高于28v稱為過壓，在欠壓至過壓的標準范圍內剎車系統應能夠正常工作。根據gjb181a，本發明電源電壓的欠壓至過壓范圍為20v～32v，不施加標稱電壓。

7、數字防滑剎車控制盒輸出的控制電流為0～20ma，5ma以下伺服閥不工作，輸出20ma控制電流時伺服閥輸出10mpa壓力。

8、著陸瞬間機輪速度傳感器隨機輪轉動從0加速到3000r/min。

根據環境和工作應力施加要求，本實施例用到表1試驗設備。

表1民機剎車系統綜合應力測試設備、儀器

本實施例剎車系統包含表2產品。

表2民機剎車系統配套產品

步驟2，確定環境測試時長和溫度變化速率

第一步，確定高溫量值和施加時長

根據hb5830.8《機載設備環境條件及試驗方法高溫》，極值高溫為70℃，統計地面高溫存在50℃。實測環境溫度為70℃時剎車系統溫度達到70℃的時間為110min，環境溫度為50℃時剎車系統溫度達到50℃的時間為105min,確定50℃、70℃溫度保持時間均為120min。

第二步，確定低溫試驗量值和施加時長

根據hb5830.9《機載設備環境條件及試驗方法低溫》，極值低溫為-55℃,統計地面低溫為-40℃。根據實測確定-55、-40℃溫度保持時間均為2h。

第三步，確定溫度變化速率

根據hb5830.10《機載設備環境條件及試驗方法溫度沖擊》，確定綜合環境試驗箱的溫度變化速率為15℃/min～25℃/min。

第四步，確定常溫測試時長

常溫僅進行20℃的測試，檢查在經過高溫+振動+工作應力、低溫+振動+工作應力的性能在常溫下的數值，測試時長2h。

第五步，確定振動試驗的量值和施加時長

實測著陸時的振動量值為20grms，剎車和起飛滑跑階段的振動量值為15grms，地面差動剎車階段的振動量值為8grms。各量值施加時長在綜合應力試驗剖面中確定。

第六步，確定供電特性的試驗要求

本實施例欠壓電壓為20v；過壓電壓為32v。工作頻率為：每10min轉換1次。

步驟3，確定剎車系統試驗應力種類及其在試驗剖面中的比例

根據任務剖面、公式(1)、(2)確定試驗剖面：

f(焊點松動+焊點脫落+高溫泄漏+控制盒性能飄移……)＝(x1,x2,x3,……xn)(1)

式(1)中：函數中的故障模式與xi種以高溫為特征的使用應力相關，i＝1,2，……n，使用應力采用試驗應力模擬。

f(低溫脆斷+壓力低+低溫泄漏+控制盒性能飄移……)＝(z1,z2,z3,……zm)(2)

式(2)中：函數中的故障模式與zj種以低溫為特征的使用應力相關，j＝1,2，……m，使用應力采用試驗應力模擬。

所述綜合應力試驗剖面包括：溫度、濕度試驗剖面，振動試驗剖面、液壓試驗剖面、電壓剖面、轉速剖面。本實施例中溫度、振動、液壓、電壓、轉速均同時施加。根據激發剎車系統故障所需，對試驗應力比例進行加嚴調整。

第一步，確定溫度、濕度試驗剖面

在實測的計數項從開始將溫度箱內的氣溫控制為-40℃；在-40℃保持120min，以15℃/min的升溫速率升溫至50℃，升溫時長6min；在50℃保持120min，然后以15℃/min的降溫速率降溫至-55℃，降溫時長7min；在-55℃保持120min。以25℃/min的升溫速率升溫至70℃，升溫時長5min；在70℃保持120min，保溫過程中加濕，濕度為露點溫度t≥31℃。以25℃/min降溫速率降溫至-55℃，降溫時長5min；在-55℃保持120min，然后以25℃/min的升溫速率升溫至20℃，升溫時長3min；在20℃保持2h。以15℃/min降溫速率降溫至-40℃，降溫時長4min。至此，確定了溫濕度試驗剖面，一個溫濕度試驗剖面時長750min。20℃保持2h的目的是為了觀察經過高溫、低溫試驗后剎車系統在常溫下的性能。增加高溫、低溫在試驗剖面中的比例是為了提高激發故障的效果。壓縮常溫試驗時間是為了給高溫、低溫試驗試驗留出更多時間。

第二步，確定振動試驗剖面

從試驗剖面開始施加地面差動剎車階段的振動應力為8grms，低量值振動用于顯示故障隱患，施加時長15min。從第15min起施加著陸剎車的振動應力為15grms，施加時長90min，用于激發剎車系統在剎車過程中的故障隱患。從105min起施加的振動應力為20grms，施加時長20min，用于激發剎車系統在高量值振動條件下的故障隱患。

至此，完成一個振動小循環的確定工作，1個振動試驗剖面由6個振動小循環組成，時長750min。

第三步，確定液壓試驗剖面

液壓剖面依次由：差動剎車試驗、起飛線制動剎車試驗、著陸剎車試驗組成，本實施例液壓剖面的液壓應力次序與使用次序相同。

確定液壓試驗剖面的過程為：

從試驗剖面開始施加差動剎車小量值液壓應力的目的是顯現剎車系統的故障隱患，施加差動剎車壓力3mpa的試驗時長為15min。從第15min開始施加15mpa的起飛線剎車壓力試驗，施加時長為20min。從第35min開始進行起飛線著陸剎車壓力為10mpa的試驗，激發剎車過程中的故障隱患，試驗時長為90min。

至此，完成一個液壓試驗小循環的確定工作。

1個液壓試驗剖面的時長為750min，包含6個液壓試驗小循環組成。

第四步，確定電壓試驗剖面

參照gjb181a中的規定，當供電標準電壓為28v時，在欠壓電壓為20v、過壓電壓為32v的條件下，產品應正常工作。本發明從試驗剖面開始施加欠壓電壓20v時長為10min，然后施加過壓電壓32v時長為10min，按此要求一直施加欠壓電壓20v/過壓電壓32v到試驗剖面結束。電壓試驗剖面的時長為750min。至此，確定了電壓試驗剖面。

第五步，確定輪速檢測器轉速的試驗剖面

從試驗剖面開始，在1s內由0加速到3000r/min，保持1.5min；然后在29s內由3000r/min減速到0，停止23min，形成了一次加速、保持高轉速、減速、停止的過程。所述一次加速、保持高轉速、減速、停止的過程時長25min，相當于試驗一個起落的工作。按此要求一直進行到一個試驗剖面結束，一個試驗剖面時長750min。

溫度、振動、工作應力實測統計比例與本發明加嚴后的比例對比見表3。

表3溫度、振動、工作應力實測統計比例與本發明的比例對比

步驟4，確定剎車系統的試驗時長

第一步，以壽命試驗和可靠性增長試驗時間長者為準

1)、可靠性增長試驗用于確定可靠性指標平均故障間隔時間mtbf，gjb451a定義mtbf是平均故障間隔時間的縮寫。根據gjb1407《可靠性增長試驗》第5.8.2條規定：“試驗時間達到要求的mtbf值的2.3倍時，故障數為零，則以90％的置信水平確信受試設備的mtbf已達到要求值，從而提前結束試驗。”根據設計要求,規定剎車系統的平均故障間隔時間mtbf為2000h。

根據公式(1)確定剎車系統可靠性增長試驗的時長：

平均故障間隔時間mtbf＝試驗時長÷2.3(3)

根據(3)式，得到該剎車系統的可靠性增長試驗時長：2.3×2000h＝4600h，相當于2300個起落。

2)、剎車系統的壽命試驗時長計算公式為：

要求的壽命＝試驗截尾時長÷1.5(4)

根據(4)式可得壽命試驗時長：1.5×2000起落＝3000起落，1.5為安全系數。

壽命試驗時長3000起落大于可靠性試驗時長2300個起落，確定以壽命試驗時長為準制定試驗剖面，試驗剖面至少進行3000起落。

至此，確定了剎車系統試驗時長至少進行3000起落。

第二步、確定綜合應力試驗剖面循環次數

實測該飛機1個飛行起落任務剖面的時間是2h，其中空中航行的1.5h剎車系統不工作。每個起落地面30min剎車系統的工作時間分為地面差動剎車、起飛線制動剎車、著陸剎車。

先按100個剖面預算試驗剖面循環次數，若不滿足3000起落的要求再調整

1)使用中地面差動剎車3000起落的工作次數：3000起落×15次工作/每次起落＝45000次工作。計算100個剖面的工作次數為：15min×5次工作/min×6個小循環×100個剖面＝45000次工作，滿足要求。

2)使用中起飛線地面制動剎車3000起落的工作次數：3000起落×3次工作/每次起落＝9000次工作。為了驗證伺服閥油濾的疲勞強度，本實施例將起飛線地面制動剎車的工作次數延長到10次工作/每次起落，延長后3000起落的工作次數延長為：3000起落×10次工作/每次起落＝30000次工作.計算100個剖面的工作次數為：20min×3次工作/min×6個小循環×100個剖面＝36000次工作，滿足要求。

3)使用中著陸剎車3000起落的工作次數：3000起落×20次工作/每次起落＝6000次工作。為了激發液壓產品中的滑閥磨損故障、彈簧疲勞故障，本實施例將著陸剎車的工作次數延長到70次工作/每次起落，延長后3000起落的工作次數延長為：3000起落×70次工作/每次起落＝210000次工作.計算100個剖面的工作次數為：90min×4次工作/min×6個小循環×100個剖面＝216000次工作，滿足要求。

至此，確定在剎車系統的試驗中，綜合應力試驗剖面循環次數為100次。

第三步、計算綜合應力試驗剖面的運行時間

100次試驗剖面循環×750min/每個試驗剖面＝75000min＝1250h。即綜合應力試驗剖面運行1250h。

步驟5，試驗過程

若試驗過程中未發生故障，則試驗通過。若發生故障，則試驗停止，改進后重新試驗，迭代改進直至在試驗過程中不出現故障，則試驗結束。本實施例在試驗開始前按照gjb899a第4.7對剎車系統進行了故障模式分析，并對伺服閥、防滑剎車控制盒完成了設計改進，對改進后的剎車系統驗證其壽命和可靠性指標。

第一步，確定故障判據

所確定的故障判據為：

1)起飛線剎車壓力小于15mpa。

2)著陸剎車壓力小于10mpa。

3)地面差動剎車壓力小于3mpa。

4)在著陸剎車過程中防滑時不能釋放壓力。

發生上述任意1條即為發生故障。但當試驗設備或儀器故障所致時，應修復試驗設備、儀器，繼續進行試驗，前面的試驗時間累計。

第二步，確定壽命計算方法和可靠性指標計算方法

壽命計算方法：要求的壽命＝試驗截尾時間÷1.5(2)

式(2)中1.5為剎車系統壽命計算的安全系數。

可靠性指標計算方法：平均故障間隔時間mtbf＝試驗截尾時間÷2.3(1)

式(1)中2.3為gjb1407給出的平均故障間隔時間計算系數。

第三步，準備

1)將剎車系統試驗夾具安裝在電動振動臺的動圈上。

2)將表2所列產品和表1變速電機連接在夾具上。

3)將電動振動臺推到綜合環境試驗箱的下面，將安裝剎車系統產品的夾具伸進綜合環境試驗箱，組成三綜合試驗系統，密封振動臺和綜合環境試驗箱結合部位。

4)將伺服閥、電磁閥、換向閥、液壓傳感器和高低溫油源相連；將電位移傳感器、伺服閥、輪速檢測器的導線和防滑剎車控制盒相連，輪速檢測器和變速電機相連。將防滑剎車控制盒、電磁閥、液壓傳感器的導線和綜合環境試驗箱外面的電源相連。

5)將附圖1的溫度試驗剖面、振動試驗剖面、電源欠壓/過壓試驗剖面輸入各自的控制計算機。將附圖1液壓剖面的輸入高低溫油源的控制計算機。將變速電機和控制計算機相連。將所有控制計算機的時間調整相同。將綜合環境試驗箱的溫度和高低溫油源的溫度同時降到-40℃。

第四步，試驗

1)啟動所有控制計算機按照附圖1同時運行100個綜合應力剖面循環。

2)溫濕度剖面運行試驗過程：從-40℃開始，在-40℃條件下保持2h，以15℃/min的升溫速率升溫至50℃，升溫時長6min；在50℃保持2h。以15℃/min的降溫速率降溫至-55℃，降溫時長7min；在-55℃保持2h。以25℃/min的升溫速率升溫至70℃，升溫時長5min。在70℃保持2h，保溫過程中加濕，濕度為露點溫度t≥31℃。以25℃/min降溫速率降溫至-55℃，降溫時長5min。在-55℃保持2h。以25℃/min的升溫速率升溫至20℃，升溫時長3min；在20℃保持2h。以15℃/min降溫速率降溫至-40℃，降溫時長4min。至此，完成一個溫濕度試驗剖面的試驗。試驗剖面時長750min。

3)振動剖面運行試驗過程：從試驗剖面開始施加地面差動剎車階段的振動應力為8grms，施加時長15min。從第15min起施加著陸剎車的振動應力為15grms，施加時長90min。從105min起施加的振動應力為20grms，施加時長20min，這是1個振動小循環試驗過程。1個振動試驗剖面由6個振動小循環組成，時長750min。

4)液壓剖面運行試驗過程：從試驗剖面開始施加差動剎車壓力3mpa的時長為15min。從第15min開始施加20mpa的起飛線剎車壓力，施加時長為20min。從第35min開始進行剎車壓力為15mpa的試驗，試驗時長為90min。至此，完成一個液壓小循環的試驗，1個液壓試驗剖面由6個液壓小循環組成，時長750min。

5)電壓剖面運行試驗過程：從試驗剖面開始施加欠壓電壓20v時長為10min，然后施加過壓電壓32v時長為10min，按此要求一直施加欠壓電壓20v/過壓電壓32v到1個試驗剖面結束。一個試驗剖面時長750min。

6)輪速檢測器轉速試驗剖面的運行過程：從試驗剖面開始，在1s內由0加速到3000r/min，保持1.5min；然后在29s內由3000r/min減速到0，停止23min，形成了一次加速、保持高轉速、減速、停止的過程，該過程時長25min。按此要求一直進行到一個試驗剖面結束，一個試驗剖面時長750min。

7)試驗結束：按附圖1進行了100個綜合應力試驗剖面的循環過程，未發生故障，試驗結束。至此，完成了剎車系統的綜合應力試驗。

第五步，計算壽命和平均故障間隔時間mtbf，確定可不再進行的試驗項目

1)本實施例試驗時間3000起落是要求壽命2000起落的1.5倍，達到了壽命要求。

2)本實施例在試驗時間內未出現故障，試驗時間3000起落折合6000h，大于平均故障間隔時間mtbf＝2000h的2.3倍，即4600h或2300起落，達到了規定的平均故障間隔時間mtbf。

下列試驗項目可以不再進行。

1)本實施例經歷了100次70℃的高溫試驗，和200次-55℃低溫試驗，比環境試驗嚴酷，無需再進行高溫和低溫試驗。

2)本實施例經歷了100次-55℃低溫～70℃高溫～-55℃低溫的沖擊試驗，可以不再進行溫度沖擊試驗；hb5830.10規定進行3次。

3)本實施例經歷了75000min的欠電壓/過電壓試驗，本項試驗可以不再進行。

4)本實施例經歷了75000min的振動試驗，本項環境試驗可以不再進行。

至此，完成了本發明的壽命、可靠性、溫度、振動、轉速和電源特性的綜合試驗。