液体火箭发动机预研阶段产品保证工作研究

1.概述

对于全新的液体火箭发动机，预研阶段的启动、实施和完成，是液体火箭发动机正式进入工程研制阶段的前提和基础[1]。对于预研阶段的发动机，其研制过程一般可细分为概念设计，样机研制，演示飞行阶段三个阶段，根据发动机任务目标、研制进展和技术成熟程度，在此各阶段结束后可适时转入工程研制。预研发动机涵盖关键技术攻关、系统级整机试验、演示飞行试验等内容，产品新技术多，设计、工艺工作量较大，试验验证需求较强，外部环境和要求变化多。

2.产品保证目标及工作重点

预研发动机产品保证工作主要依据顾客对于液体火箭发动机产品保证工作的要求，各级产品保证相关标准，以及研制单位发动机产品保证通用要求、航天产品保证相关规定等要求。实践中按基本流程实施产品保证工作：以任务和技术方案为基础识别技术风险—建立技术风险清单—制定风险控制措施—评审技术风险清单和措施—生成产品保证计划—结合科研生产计划实施—技术风险控制到位—准予执行任务[2]。以下分阶段介绍产品保证目标及工作重点：

2.1.概念设计阶段产品保证目标及工作重点

概念设计阶段主要进行用户需求分析和任务分析，确保发动机设计方案正确，各单机（如推力室、涡轮泵、阀门等）设计要求分配合理，发动机关键技术充分验证、技术方案封闭，技术风险可控，获得满足总体要求的发动机功能基线。

概念设计阶段产品保证目标：总需求分析与任务分析分解工作全面充分；发动机系统方案设计正确，后续系统不发生颠覆性问题；风险识别及控制策划全面充分；满足总体要求的发动机功能基线。

概念设计阶段产品保证工作重点：在对总体要求和风险特点进行充分分析的基础上组建发动机产品保证队伍，开展产品保证策划工作；在方案设计过程中组织多方案比较并评审；完成系统功能性能指标分解，形成对单机产品的设计要求，并完成单机产品的初步方案设计；梳理影响方案的关键技术并制定实现的技术路径，通过设计分析、仿真、验证等手段保工程可行性；保证各单机及发动机关键技术充分验证、技术方案封闭，技术风险可控，获得满足总体要求的发动机功能基线[3]。

2.2.样机研制阶段产品保证目标及工作重点

样机研制阶段主要进行发动机系统和各单机产品详细设计，开展系统全面的风险策划与控制工作，建立发动机产品分配基线，进行各级产品验证设计验证，开展工艺试验、软件测评、单机热试等，验证发动机产品设计的正确性和性能指标的符合性和满足程度。

样机研制阶段产品保证目标：发动机各级产品设计验证与确认全面、充分、有效；以 “六性”为重点的发动机各级产品设计正确；发动机设计、工艺、过程控制等方面风险识别充分，控制措施有效；发动机各级产品工艺鉴定全面、有效；发动机产品设计的正确性和性能指标的符合性得到满足[4]。

样机研制阶段产品保证工作重点：系统全面地开展技术风险分析与控制工作，风险控制措施要验证到位，并有明确结论；进一步深化修订产品保证工作策划，补充并识别产品保证要求，完善并形成本阶段产品保证大纲和产品保证计划；产品关键特性识别与设计裕度量化控制以及关重项目、关重件、强制检验点的识别与控制措施的制定和验证；开展测试覆盖性分析工作，确定不可检不可测项目及控制措施；发动机各级产品实现全面的工艺鉴定。

2.3.演示飞行阶段产品保证目标及工作重点

演示飞行阶段主要进行发动机技术状态基线建立，实施单机产品的生产及补充性试验，技术状态精细化控制，开展发动机飞行前残余风险的处置及应急预案编制，按程序完成验收及外场相关工作。

演示飞行阶段产品保证目标：发动机各级产品技术状态更改控制和更改分析验证到位；对工艺过程控制关键特性识别充分到位；不合格品审理过程和影响性分析全面充分；产品数据包数据完整、准确、可追溯；飞行残余风险可接受，风险可控，故障预案全面充分；发动机外场测试和发射场全系统总检查数据正确。

演示飞行阶段产品保证工作重点：发动机产品技术状态基线建立；对样机研制阶段工作的充分性进行分析，对薄弱点和遗留问题开展补充性工作；飞行残余风险分析与控制，编制故障预案；持续开展产品可靠性验证和增长工作；技术状态更改项目的分析、验证；生产过程不可检不可测环节确认及控制措施落实；产品生产数据包建立完备和飞行产品最终质量确认。

3.产品保证工作策划和实施

重点从产品保证策划文件制定与实施等方面介绍预研阶段发动机产品保证工作策划和实施。

3.1.产品保证策划文件制定与实施

产品保证策划文件的制定与实施贯穿发动机预研阶段始终，为适应发动机研制任务要求，可以对产品保证策划文件内容进行适当裁剪。产品保证策划文件依据顾客提出的产品保证要求要求，结合产品特点，产品保证经理对发动机产品保证工作开展全周期策划工作。明确项目产品保证工作总目标，各级产品各阶段产品保证工作目标，可靠性保证工作、测试性产品保证工作等专题工作目标[6]。

3.2.外协外包产品保证要求编制、传递和实施

由于预研型号发动机新技术聚集的特点，决定了其必须联合多家单位共同研制，导致发动机外协外包产品类型复杂、关键单机多的特点。在实践过程中，落实“谁外协，谁负责”原则，以某型组合发动机为例，形成外协外包基本工作流程：编写产品保证要求—外协外包项目分类管理—产品过程控制监督（供方针对产品风险识别及落实情况、落实产保要求过程控制环节情况等）—产品现场验收。

3.3.产品保证技术研究分析

结合型号任务特点和环境条件、技术与产品成熟度，对本型号沿用的产品保证技术方法、标准规范的适用性进行分析确认。针对任务分析得出的特殊工作环境、新技术、新材料、新器件、新工艺等技术风险，开展必要的新产品保证方法研究，必要时形成专题研究，如新工艺/检测技术/环境适应试验技术、发动机燃烧不稳定分析、发动机点火过程时序判断等。以某型大推力液体火箭发动机为例，在研制过程中以技术风险清单为核心，定期或结合型号重大节点，如转阶段、技术状态更改、产品交付验收、大型试验前、飞行试验前等，结合本型号或其他型号出现的质量问题，组织技术负责人、内外部专家及型号队伍人员对技术风险清单进行审查把关，纪实管控。

3.4.技术状态管控

预研型号根据《航天产品技术状态控制要求》等要求，确保产品技术状态受控，更改审批完备，措施落实到位。一般将演示飞行阶段转阶段后的整套受控产品图纸及研试文件作为此型号技术状态基线，或由设计单位指定某次整机试车配套产品图纸及研试文件作为此型号技术状态基线，如某型组合动力发动机以最后一次整机试车状态作为发动机技术状态基线。发动机产保经理重点关注总体功能基线是否受控完整，单机设计需关注发动机总体设计功能基线是否受控完整。技术状态基线建立涵盖产品范围包括飞行交付产品（包括外协外包产品）和重要地面测试、试验产品。

3.5.发动机技术风险分析与控制总结、单点识别与控制总结

在概念设计、样机研制和演示飞行阶段末期对发动机研制工作进行总结，以某型空间先进动力系统为例，通过组织独立评估专家组复核发动机设计的合理性、开展第三方测评检查确认产品状态、进行产品数据包包络对比分析保证产品状态一致。对发动机技术风险分析与控制情况、单点识别与控制情况等进行总结，确认残余风险对转样机研制工作的影响。对发动机不同研制总结报和产品保证总结报告进行评审，审查发动机本阶段研制和产品保证工作的完成情况和质量，并提出下一阶段产品保证目标和要求。

4.结论

本文明确了航天液体火箭发动机预研阶段产品保证工作流程，由发动机产品保证经理牵头，结合型号特点，落实精益产品保证要求，将产品保证工作策划、技术风险识别与控制、精益过程控制等工作项目纳入产品保证项目中，根据发动机产品保证工作流程和产品保证大纲要求，转化为产品保证计划，指导发动机研制队伍高质量完成各项产品保证工作。

参考文献：

[1]张莹,孙丽玲,田耀亭. 航天型号研制产品保证工作研究[J]. 航天标准化, 2017,(1):34-37.

[2]李丹,席隆凯,许春来. 国内外航天领域产品保证模式探讨[J]. 质量探索, 2016,136(2):84-87.

[3]苗宇涛,李跃生,李胜. ESA 产品保证与安全性及可借鉴之处[J]. 质量与可靠性，2015, (2):20-55,59.

[4]李琴,李福秋,江元英. 产品保证在航天工程中的应用策略研究[J]. 质量与可靠性, 2011,155(5):38-41.

[5]侯建国. 航天产品保证与质量管理体系关系的再认识[J]. 质量与可靠性, 2017,187(1):38-41,46.

[6]周海军,江雅芬. 航天型号产品保证工作研究[J]. 上海航天, 2014, 31:116-121.

[7]朱继芳,母泽民,程晓. 产品保证在航天院所推进方式的本地化探索[J]. 质量与可靠性, 2019, 199(1):43-47.