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[摘 要]论述了进行飞机结构关重特性分析的目的，阐述了飞机结构件关重特性识别方法，并针对某型教练机典型结构开展了关重特性分析研究。
[关键词]关 重特性 关重件 口框梁 结构设计
中图分类号：TG423 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）20-0051-02
引言
在型号产品研制过程中，需要着重识别出产品的关键特性和重要特性，并在产品的图样和技术文件中标识出来。只有正确识别和标识出来，才能在产品的试制和加工过程中采取措施，保证这些特征的实现，确保产品能正常完成其任务使命[1]。飞机结构是飞机的支撑构架、维持机体的外形、为机载设备提供安装位置，同时需满足飞机的承载、气动性、气密性等要求。产品关重特性分析是指设计员通过对产品进行相关特性分析，并提出特性分析报告，将产品实施关键件、重要件以及一般件特性分类的过程。其目的是：
1）有利于设计员对结构件在所属系统的功能、可能出现的故障模式以及对飞行安全的影响、维修性等作出综合评判，进而对结构的选材、制造工艺、装配关系等作出更加合理的设计，提高设计质量；
2）便于生产部门了解结构设计的意图，在质量控制过程中分清主次、控制重点，保证质量的稳定性和可追溯性；
3）便于合理安排检验力量和订货方对结构质量实施检查和监督。
1 关重特性分析的标准要求和逻辑决断过程
1.1 关重特性分类
根据产品特性的重要程度，可分为关键特性、重要特性和一般特性。
关键特性是指如有故障，可能危及人身安全、導致武器系统或完成所要求使命的主要系统失效的特性，特性类别代号为G；重要特性是指如有故障，可能导致最终产品不能完成所要求使命的特性，代号为Z；一般特性是指与产品质量有重要关系，如有故障，一般不会影响产品的使用性能。
1.2 产品关重特性分析的主要内容
产品关重特性分析包括技术指标分析、设计分析和检验单元的选取三个方面内容。
技术指标分析主要是对产品在执行任务期间在所属系统中所需完成的功能、维修性、失效形式以及与系统安全性的关系作出总体判断；设计分析是对特性分类对象本身的制造与工艺、受力情况以及经济性的分析过程；检验单元的选定是确定特性分类对象的过程。
1.3 关重特性分析逻辑决断过程
根据产品关重特性分析的主要内容，参照GB190-86和HB 5842-1990标准，航空产品特性分类的逻辑决断程序如图1所示：
2 某型教练机左口框梁结构的关重特性分析
教练机因任务和使用特点，其机体结构对使用寿命和安全性要求更高，因此在教练机结构研制中开展关重特性分析研究具有重要的现实意义。按照GB190-86和HB 5842-1990标准中产品特性分析的内容和逻辑决断程序，某型教练机左口框梁结构关重特性分析过程如下：
2.1 左口框梁的关重特性分析
2.1.1左口框梁的技术指标分析
某型教练机的座舱口框梁（又称上大梁）是飞机在该段部位的重要受力构件，它用来承受座舱盖传来的集中载荷，同时作为该段的上大梁参与总体受载；持续工作时间为连续工作；工作温度为座舱温度，工作环境介质为空气；维修性为可检查、可修理，但不可更换；失效对整体结构的影响严重。口框梁结构如图2.所示。
2.1.2左口框梁的结构设计分析
（1）材料：某型飞机左口框梁采用2024-T351-δ70，具有良好的综合性能和机械加工性能，可较好地满足该零件的承载要求，但其耐腐蚀性能较差，对应力腐蚀比较敏感，且短横向应力引起最大的敏感性。
（2）制造与工艺：选用合适的热处理工艺可提高材料的综合性能和机加性能，降低耐应力腐蚀敏感性，采用数控机加成形保证制件的加工精度，满足与座舱盖的安装配合精度。
（3）互换性与协调性：零件无互换性要求，零件与座舱盖骨架贴合面的吻合性影响座舱盖的气密效果。
（4）寿命：材料耐应力腐蚀敏感特性对零件寿命有一定影响。
（5）安全防护：无安全防护要求。
（6）受力情况：该零件为重要受力构件，承受座舱盖传来的集中载荷，参与座舱段总体受载，受拉应力影响较大，存在交变应力。
（7）裕度：该零件为单余度结构，出现破坏没有其它传力路径替换。
（8）经济性：选用常规材料和加工方法，同时该零件较容易检测，但维修性一般，经济性一般。
分析结论：该零件选用常规材料和加工方法，存在交变应力，可通过适当加大安全系数，控制应力水平，采用合适的工艺降低耐应力腐蚀敏感性，保证零件与机体同寿命要求；为满足左口框梁传载及与座舱盖的吻合性要求，保证飞行任务顺利完成，需严格保证左口框梁与座舱盖配合表面的设计要求；同时需要严格控制材料状态的选用并采用相应的检测手段保证其寿命。
2.1.3检验单元的选定
左口框梁在较高级装配后能检验、修理，但不可更换，故可选定为特性分类的检验单元。
2.2 左口框梁的关重特性逻辑决断
参照图1所示的航空产品特性分类逻辑决断程序，对左口框梁结构的特性进行分析，逻辑决断过程如下：
（1）左口框梁与座舱盖配合表面形状公差：平面度0.8 。
该表面平面度特性主要是保证左口框梁与座舱盖的吻合性要求；主要故障模式为左口框梁与座舱盖配合表面形状公差不满足要求，与座舱盖的贴合效果下降，从而影响座舱盖的气密效果；该特性与飞行安全有关且在飞机上为多余度系统；逻辑决断程序过程为A1B1：
逻辑决断结论：该特性为重要特性，在产品结构数模中的标记如图3所示。 （2）零件无损检测要求为100%荧光检查。
该特性主要是检查材料制件露出表面的裂纹、分层、冷隔及疏松等缺陷，从而保证零件质量和寿命；主要故障模式为左口框梁零件表面存在的裂纹、疏松、分层等缺陷降低左口框梁的安全稳定性，影响其工作寿命；该特性与飞行安全有关且在飞机上为单余度系统，该特性發生故障后无保证安全飞行的其它措施，该特性发生故障的可能性为极不可能发生；逻辑决断程序过程为A1B2C2D1：
逻辑决断结论：该特性为重要特性，在产品结构数模中的标记如图4所示。
（3）材料状态选取要求：保证材料纵向为零件的传载方向。
该特性主要是为了避免短横向应力引起最大的应力腐蚀敏感性，保证零件寿命；主要故障模式为短横向应力引起的应力腐蚀，影响零件寿命；该特性与飞行安全有关且在飞机上为单余度系统；该特性发生故障无其他措施保证飞行安全；该特性发生故障的可能性为极不可能发生；逻辑决断程序过程为A1B2C2D1：
逻辑决断结论：该特性为重要特性，在产品结构数模中的标记如图5所示。
通过在产品结构数模中作出相应的关重特性标记并提出分析报告，生产制造、检验部门及订货方将对具有关重特性的左口框梁结构提高质量把控力度和监督力量。
本文提到的关键件、重要件，可称为质量关键件、重要件，与可靠性文件中提到的“可靠性关键件、重要件”既有区别又有关联。可靠性关键件、重要件的根本目的是发现产品的各种缺陷与薄弱环节，并采取有效的改进与补偿措施，以提高产品的可靠性水平。而由特性分析得出的质量关键件、重要件，要求在产品图样和技术文件中作出标识，便于在设计、生产、检测过程中实施重点质量控制，保证产品质量的稳定性。前者是按产品约定层次从单元件入手进行分析，后者是从特性入手分析出关键特性时再定位到单元件上，它们均以“是否影响安全及任务完成为判断准则”[2]。
3.结论
本文中对某型教练机口框梁结构开展的关重特性分析及逻辑决断过程清晰、准确，可严格控制整机结构中的关重件数量。可有效避免因关重件数量过多导致增加重点控制的工作量从而分散或减弱控制力量并提高成本或因数量过少出现该严不严的失控状态。
同时，可以看到本文中分析方法是基于结构设计人员给出的结构特性，结合以往机型实际使用经验进行的关重特性校核。如能在今后的飞机结构设计过程中，形成一套有效的主动判别关重特性的逻辑分析方法，将能够更加有效地提高设计效率和准确率。
参考文献：
[1] 李冬青.型号产品关键特性和重要特性分类与标识[J].航天标注化，2011（3）：25-26
[2] 刘志存，邹冀华，范玉青.飞机制造中关键特性的定义与管理[J].计算机集成制造系统，2007（10）：2013-2017
[关键词]关 重特性 关重件 口框梁 结构设计
中图分类号：TG423 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）20-0051-02
引言
在型号产品研制过程中，需要着重识别出产品的关键特性和重要特性，并在产品的图样和技术文件中标识出来。只有正确识别和标识出来，才能在产品的试制和加工过程中采取措施，保证这些特征的实现，确保产品能正常完成其任务使命[1]。飞机结构是飞机的支撑构架、维持机体的外形、为机载设备提供安装位置，同时需满足飞机的承载、气动性、气密性等要求。产品关重特性分析是指设计员通过对产品进行相关特性分析，并提出特性分析报告，将产品实施关键件、重要件以及一般件特性分类的过程。其目的是：
1）有利于设计员对结构件在所属系统的功能、可能出现的故障模式以及对飞行安全的影响、维修性等作出综合评判，进而对结构的选材、制造工艺、装配关系等作出更加合理的设计，提高设计质量；
2）便于生产部门了解结构设计的意图，在质量控制过程中分清主次、控制重点，保证质量的稳定性和可追溯性；
3）便于合理安排检验力量和订货方对结构质量实施检查和监督。
1 关重特性分析的标准要求和逻辑决断过程
1.1 关重特性分类
根据产品特性的重要程度，可分为关键特性、重要特性和一般特性。
关键特性是指如有故障，可能危及人身安全、導致武器系统或完成所要求使命的主要系统失效的特性，特性类别代号为G；重要特性是指如有故障，可能导致最终产品不能完成所要求使命的特性，代号为Z；一般特性是指与产品质量有重要关系，如有故障，一般不会影响产品的使用性能。
1.2 产品关重特性分析的主要内容
产品关重特性分析包括技术指标分析、设计分析和检验单元的选取三个方面内容。
技术指标分析主要是对产品在执行任务期间在所属系统中所需完成的功能、维修性、失效形式以及与系统安全性的关系作出总体判断；设计分析是对特性分类对象本身的制造与工艺、受力情况以及经济性的分析过程；检验单元的选定是确定特性分类对象的过程。
1.3 关重特性分析逻辑决断过程
根据产品关重特性分析的主要内容，参照GB190-86和HB 5842-1990标准，航空产品特性分类的逻辑决断程序如图1所示：
2 某型教练机左口框梁结构的关重特性分析
教练机因任务和使用特点，其机体结构对使用寿命和安全性要求更高，因此在教练机结构研制中开展关重特性分析研究具有重要的现实意义。按照GB190-86和HB 5842-1990标准中产品特性分析的内容和逻辑决断程序，某型教练机左口框梁结构关重特性分析过程如下：
2.1 左口框梁的关重特性分析
2.1.1左口框梁的技术指标分析
某型教练机的座舱口框梁（又称上大梁）是飞机在该段部位的重要受力构件，它用来承受座舱盖传来的集中载荷，同时作为该段的上大梁参与总体受载；持续工作时间为连续工作；工作温度为座舱温度，工作环境介质为空气；维修性为可检查、可修理，但不可更换；失效对整体结构的影响严重。口框梁结构如图2.所示。
2.1.2左口框梁的结构设计分析
（1）材料：某型飞机左口框梁采用2024-T351-δ70，具有良好的综合性能和机械加工性能，可较好地满足该零件的承载要求，但其耐腐蚀性能较差，对应力腐蚀比较敏感，且短横向应力引起最大的敏感性。
（2）制造与工艺：选用合适的热处理工艺可提高材料的综合性能和机加性能，降低耐应力腐蚀敏感性，采用数控机加成形保证制件的加工精度，满足与座舱盖的安装配合精度。
（3）互换性与协调性：零件无互换性要求，零件与座舱盖骨架贴合面的吻合性影响座舱盖的气密效果。
（4）寿命：材料耐应力腐蚀敏感特性对零件寿命有一定影响。
（5）安全防护：无安全防护要求。
（6）受力情况：该零件为重要受力构件，承受座舱盖传来的集中载荷，参与座舱段总体受载，受拉应力影响较大，存在交变应力。
（7）裕度：该零件为单余度结构，出现破坏没有其它传力路径替换。
（8）经济性：选用常规材料和加工方法，同时该零件较容易检测，但维修性一般，经济性一般。
分析结论：该零件选用常规材料和加工方法，存在交变应力，可通过适当加大安全系数，控制应力水平，采用合适的工艺降低耐应力腐蚀敏感性，保证零件与机体同寿命要求；为满足左口框梁传载及与座舱盖的吻合性要求，保证飞行任务顺利完成，需严格保证左口框梁与座舱盖配合表面的设计要求；同时需要严格控制材料状态的选用并采用相应的检测手段保证其寿命。
2.1.3检验单元的选定
左口框梁在较高级装配后能检验、修理，但不可更换，故可选定为特性分类的检验单元。
2.2 左口框梁的关重特性逻辑决断
参照图1所示的航空产品特性分类逻辑决断程序，对左口框梁结构的特性进行分析，逻辑决断过程如下：
（1）左口框梁与座舱盖配合表面形状公差：平面度0.8 。
该表面平面度特性主要是保证左口框梁与座舱盖的吻合性要求；主要故障模式为左口框梁与座舱盖配合表面形状公差不满足要求，与座舱盖的贴合效果下降，从而影响座舱盖的气密效果；该特性与飞行安全有关且在飞机上为多余度系统；逻辑决断程序过程为A1B1：
逻辑决断结论：该特性为重要特性，在产品结构数模中的标记如图3所示。 （2）零件无损检测要求为100%荧光检查。
该特性主要是检查材料制件露出表面的裂纹、分层、冷隔及疏松等缺陷，从而保证零件质量和寿命；主要故障模式为左口框梁零件表面存在的裂纹、疏松、分层等缺陷降低左口框梁的安全稳定性，影响其工作寿命；该特性与飞行安全有关且在飞机上为单余度系统，该特性發生故障后无保证安全飞行的其它措施，该特性发生故障的可能性为极不可能发生；逻辑决断程序过程为A1B2C2D1：
逻辑决断结论：该特性为重要特性，在产品结构数模中的标记如图4所示。
（3）材料状态选取要求：保证材料纵向为零件的传载方向。
该特性主要是为了避免短横向应力引起最大的应力腐蚀敏感性，保证零件寿命；主要故障模式为短横向应力引起的应力腐蚀，影响零件寿命；该特性与飞行安全有关且在飞机上为单余度系统；该特性发生故障无其他措施保证飞行安全；该特性发生故障的可能性为极不可能发生；逻辑决断程序过程为A1B2C2D1：
逻辑决断结论：该特性为重要特性，在产品结构数模中的标记如图5所示。
通过在产品结构数模中作出相应的关重特性标记并提出分析报告，生产制造、检验部门及订货方将对具有关重特性的左口框梁结构提高质量把控力度和监督力量。
本文提到的关键件、重要件，可称为质量关键件、重要件，与可靠性文件中提到的“可靠性关键件、重要件”既有区别又有关联。可靠性关键件、重要件的根本目的是发现产品的各种缺陷与薄弱环节，并采取有效的改进与补偿措施，以提高产品的可靠性水平。而由特性分析得出的质量关键件、重要件，要求在产品图样和技术文件中作出标识，便于在设计、生产、检测过程中实施重点质量控制，保证产品质量的稳定性。前者是按产品约定层次从单元件入手进行分析，后者是从特性入手分析出关键特性时再定位到单元件上，它们均以“是否影响安全及任务完成为判断准则”[2]。
3.结论
本文中对某型教练机口框梁结构开展的关重特性分析及逻辑决断过程清晰、准确，可严格控制整机结构中的关重件数量。可有效避免因关重件数量过多导致增加重点控制的工作量从而分散或减弱控制力量并提高成本或因数量过少出现该严不严的失控状态。
同时，可以看到本文中分析方法是基于结构设计人员给出的结构特性，结合以往机型实际使用经验进行的关重特性校核。如能在今后的飞机结构设计过程中，形成一套有效的主动判别关重特性的逻辑分析方法，将能够更加有效地提高设计效率和准确率。
参考文献：
[1] 李冬青.型号产品关键特性和重要特性分类与标识[J].航天标注化，2011（3）：25-26
[2] 刘志存，邹冀华，范玉青.飞机制造中关键特性的定义与管理[J].计算机集成制造系统，2007（10）：2013-2017