航空飞行器结构强度物理试验技术成熟度评价方法

doi:10.7527/S1000-6893.2024.30414

固体力学与飞行器总体设计

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航空飞行器结构强度物理试验技术成熟度评价方法

邹鹏, 杨钧超, 陈向明(), 刘小川

中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室，西安 710065

收稿日期:2024-03-18 修回日期:2024-05-06 接受日期:2024-05-27 出版日期:2024-12-25 发布日期:2024-06-07
通讯作者: 陈向明 E-mail:chenxiangming@cae.ac.cn
基金资助:
国家级项目

Readiness assessment system method of physical testing of aircraft structural strength

Peng ZOU, Junchao YANG, Xiangming CHEN(), Xiaochuan LIU

National Key Laboratory of Strength and Structural Integrity，Aircraft Strength Research Institute of China，Xi’an 710065，China

Received:2024-03-18 Revised:2024-05-06 Accepted:2024-05-27 Online:2024-12-25 Published:2024-06-07
Contact: Xiangming CHEN E-mail:chenxiangming@cae.ac.cn
Supported by:
National Level Project

摘要/Abstract

摘要：

针对目前国内外航空飞行器结构强度验证过程中所需的物理试验技术成熟度缺乏清晰、量化评价的问题，开展针对航空飞行器结构强度物理试验技术成熟度评价体系研究。构建了航空飞行器结构强度物理试验技术成熟度评价体系框架，定义了航空飞行器结构强度物理试验关键/体系技术内涵、成熟度等级划分方法/确定方式、等级条件/评估方法以及评价流程等，并分别列举了典型应用案例。本文提出的技术体系及评价方法适用于航空飞行器各类结构强度验证过程中物理试验的成熟度定量评价，为航空飞行器结构强度专业清晰掌握相关技术成熟度等级、规划未来发展方向提供方法支持。

关键词: 航空飞行器, 结构强度, 物理试验, 技术成熟度, 评价体系

Abstract:

There is a lack of clear and quantitative technology for readiness assessment of physical tests required for the strength verification process of aircraft structures both domestically and internationally. This paper conducts research on the readiness assessment system of physical testing of aircraft structural strength. A framework for evaluating the readiness of physical testing technology for aircraft structural strength is constructed. The key/system technology connotations， readiness level classification methods/determination methods， level conditions/assessment method， and evaluation processes for physical testing of aircraft structural strength are defined， and typical application cases are given. The technical system and method proposed in this article are applicable to the quantitative evaluation of the readiness of key physical testing technologies and system technologies in the verification process of aircraft structural strength， providing methodological support for structural strength professionals to clearly grasp relevant technical readiness levels and plan future development directions.

Key words: aircraft, structure strength, physical test, technical readiness, assessment system

中图分类号:

V216

邹鹏, 杨钧超, 陈向明, 刘小川. 航空飞行器结构强度物理试验技术成熟度评价方法[J]. 航空学报, 2024, 45(24): 230414.

Peng ZOU, Junchao YANG, Xiangming CHEN, Xiaochuan LIU. Readiness assessment system method of physical testing of aircraft structural strength[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(24): 230414.

图/表 10

图 1

表 1

航空飞行器强度物理试验关键技术成熟度等级划分与定义

等级	定义	解释
CTRL 1	明确试验对象，理解试验目的，提出试验基本技术思路	明确试验对象，理解试验目的，初步明确技术基本原理，并已取得相关技术资料，掌握相关专业知识，提出基本试验技术思路
CTRL 2	确认试验目的与技术基本原理，提出应用方案设想	根据技术基本原理，提出了技术概念、技术应用方案和（或）应用设想
CTRL 3	确定验证环境，具有部分关键部件或功能原理样机，和（或）核心关键技术完成初步功能验证	确定验证环境，具有部分关键的部件或功能试验模型等原理样机，和（或）技术应用方案的核心关键技术或特性通过了可行性分析，完成初步功能验证
CTRL 4	完成完整试验方案设计并通过相关专家评审	基本完成技术攻关，核心环节通过相关实验室环境试验验证，形成完整试验方案并通过专家评审
CTRL 5	以试验样件为载体完成方案设计并通过试验委托方评审和（或）满足适航符合性要求	完成技术攻关，以实际试验样件为载体完成方案设计，并通过试验委托方评审和（或）满足适航符合性要求，试验方案初步冻结
CTRL 6	以试验样件或实际试件为载体完成试验分系统功能测试验证	以试验样件或实际试件为载体完成了试验分系统功能测试验证，满足精度及重复性要求，在考核环境有效应用，该技术及其载体设备使用人员通过考核达到比较熟练程度
CTRL 7	以实际试件为载体完成首次使用验证，和（或）通过了适航审查	以实际试件为载体应用该技术完成了首次使用验证，和（或）通过了适航审查
CTRL 8	以批次为单位完成该批次所有试件试验，和（或）试验委托方采用该试验获得的数据开展设计验证	以批次为单位应用该技术完成所有试件试验，完成试验内容，和（或）试验委托方采用该试验获得的数据开展设计验证，达到试验目的
CTRL 9	通过多批次（三次及以上）验证且无明显问题，和（或）试验数据支撑完成结构设计验证	应用该技术通过多批次（三次及以上）验证且无明显问题，和（或）试验数据支撑完成结构设计验证

表 1

表 2

表 3

图 2

表 4

图 3

表 5

集成成熟度等级定义［36］

等级	定义	具体描述
IRL 1	明确技术之间的相互作用，描述其细节特征	最低等级，描述了技术集成的介质选择
IRL 2	通过技术的相互作用在一定程度上确定其集成特征（如技术之间的影响力）	技术间的集成介质一旦确定，则需要选定信号传递方法来描述技术之间如何通过介质进行相互作用。由于IRL2代表的是两个技术通过给定介质实现相互影响的能力，因此也代表了概念验证等级。
IRL 3	技术之间兼容性良好，可以实现高效而有序的相互作用	证明技术之间能够成功集成的最低等级。表明技术之间不仅能够相互影响，而且能够进行数据传递。IRL3代表技术成熟过程的第一个实际步骤。
IRL 4	有足够的细节信息来保证技术之间能够集成良好	不仅要求两个技术之间能够进行数据传递，还需要对传递信息的质量进行检验，以确保传出的信息与接收到的信息保持一致。
IRL 5	建立良好的控制机制，以确保集成的顺利实施、管理和终止	简单描述了集成技术的自我控制能力，包括技术的建立、管理和终止。
IRL 6	参与集成的技术能够根据实际应用来接收、转换以及构建信息	不仅包括了集成技术自我控制的能力，还能实现信息交换，对特定信息进行标记，将其它形式的数据转换为本地数据形式。
IRL 7	提供充足的细节信息对集成技术进行验证和可行性证明	集成技术不仅从技术角度达标，还要从需求角度满足要求。IRL7表明技术满足了性能、产量和可靠性的要求。
IRL 8	技术集成完成并且在系统环境中通过演示论证	不仅代表技术满足了集成要求，而且在相关环境中完成了系统级别的演示。一些未识别的错误将会在相关环境的验证过程中暴露出来。
IRL 9	在最终的操作系统中通过试验验证	代表了集成技术可以在最终应用环境中运行良好。TRL在达到9级之前，必须满足该技术能够成功地集成到系统中，并且已经在相关环境之中得到验证。

表 5

图 4

表 6

参考文献 44

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

等级条件	具体内容	CTRL
等级条件	具体内容	1	2	…	8	9
方案	验证对象
	验证目的
	研究假定原理运用的明确
	验证类型
	验证环境
	验证项目
	技术资料编制等
	期刊、专利等资料
	其他
设备	测量设备/软件准备
	控制设备/软件准备
	加载设备/软件准备
	支持装置制造安装
	其他
管理	风险管理
	费用管理
	用户关系管理
	其他

序号	适用专业	条件内容	条件类型
1	CDEFGHI	提出了技术概念	方案
2	CDEFGHI	明确了验证目的	方案
3	CDEFGHI	确认了试验技术基本原理	方案
4	CDEFGHI	给出了技术的大体实物构成并给出了部分特性	方案
5	CDEFGHI	初步分析了技术所需实现的主要功能	方案
6	CDEFGHI	了解所需的关键部件	方案
7	CDEFGHI	确认了技术涉及的测量设备/软件	设备
8	CDEFGHI	确认了技术涉及的控制设备/软件	设备
9	CDEFGHI	了解相关控制设备/软件的精度、限制	设备
10	CDEFHI	了解相关测量设备/软件的精度、限制	设备
11	CDEFHI	明确了技术的用户	管理
12	CDEFGHI	知道该技术可以支持哪一类结构物理验证需求	管理
13	DEFGHI	知道研究人员和研究设施的能力和条件限制	管理
14	CDEFGHI	定性分析了项目的风险区域（含费用、进度和性能）	管理

CTE	CTE1	CTE2	CTE3	CTE4	CTE5
STRL _i	153	234	355	174	272
n_i	2	3	5	3	5
CTE	CTE6	CTE7	CTE8	CTE9	CTE10
STRL _i	108	162	201	126	255
n_i	2	3	3	2	4
CTE	CTE11	CTE12	CTE13	CTE14	CTE15
STRL _i	126	153	119	144	126
n_i	2	2	2	2	2
CTE	CTE16	CTE17	CTE18	CTE19	CTE20
STRL _i	262	370	199	328	273
n_i	4	6	3	5	4

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航空飞行器结构强度物理试验技术成熟度评价方法

Readiness assessment system method of physical testing of aircraft structural strength

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序号	适用专业	条件内容	条件类型	是否满足
1	G	应用该技术通过多批次（三次及以上）验证且无明显问题	方案	是
2	G	和（或）试验数据支撑完成结构设计验证	方案	是
3	G	完成了所有文档的编制	方案	是
4	G	提出了国家军用标准或行业标准的编制申请	方案	是
5	G	设计稳定，很少或没有设计更改	方案	是
6	G	可快速组装	设备	是
7	G	运行稳定	设备	是
8	G	明确并规避了安全性/危害性后果	管理	是
9	G	实施了培训计划	管理	是
10	G	实施了保障计划	管理	是
11	G	实施了项目保护计划	管理	是