民用直升機RMSG-3中閃電和高能輻射場防護分析方法研究

王曉前，吳建國，劉 瑩

(中國直升機設計研究所，江西 景德鎮 333001)

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民用直升機RMSG-3中閃電和高能輻射場防護分析方法研究

王曉前，吳建國，劉 瑩

(中國直升機設計研究所，江西 景德鎮 333001)

從工程應用的角度，結合國內某型民用直升機上首次進行的L/HIRF RMSG-3分析工作展開研究，闡述了民用直升機閃電和高能輻射場防護(L/HIRF)RMSG-3分析方法，旨在為民用直升機L/HIRF RMSG-3分析提供理論參考。

閃電和高能輻射場防護；RMSG-3；民用直升機

0 引言

直升機閃電和高能輻射場防護設計是保證直升機遭遇閃電和高能輻射場時能夠持續安全飛行的必要手段。但是隨著時間的推移，這些防護設計在直升機的整個壽命周期內是否持續有效？它們的防護性能是否出現退化？是否還能夠達到設計時的防護能力？是否需要對其進行相應的預防性維修任務？這些都是擺在直升機綜合保障工程師面前的問題。因此，在制定直升機初始計劃維修檢查要求時必須針對直升機閃電和高能輻射場防護(L/HIRF)的設計要求開展專門的RMSG-3分析，以確保L/HIRF防護部件在直升機的全壽命周期內處于良好的狀態。

直升機初始計劃維修檢查要求是主要維護建議或維修大綱的編寫依據，因此初始計劃維修檢查要求的制定對于直升機的使用和維護有著極為重要的意義。而初始計劃檢查要求的制定主要依賴于直升機制造商基于各自產品的設計特點進行使用數據的收集和經驗的積累以及RMSG-3分析的結果。在我國現階段，民用直升機的數量非常少，而使用數據的收集需要一定數量的直升機才能較好地實現，這一現狀更加體現出L/HIRF RMSG-3分析結果在我國現階段對于民用直升機發展的重要性和必要性。

1 閃電和高能輻射場防護維修要求的制定

閃電和高能輻射場防護維修要求關注的是整個直升機所有的L/HIRF設計特性在直升機運行和使用中的維修問題，包括了對于閃電直接效應和間接效應的防護設計、高能輻射場的防護設計如何制定檢查/維修要求。由于L/HIRF關注的對象除航線可更換單元(LRU)外，多數都廣布分散于全機的各個區域，因此RMSG-3的理念是主要由區域檢查來覆蓋這些防護設計；但是由于區域檢查工作的深度和檢查效果都受限于檢查范圍和一般目視檢查(GVI)的檢查方式，對于存在特定防護設計的區域，GVI不足以識別或發現這些防護設計的退化情況，因此需要L/HIRF分析來識別這些特定的防護設計。目前世界上多數制造商都采用了確定“閃電和高能輻射場防護重要項目(LHSI)”的形式來明確分析對象。

對于LHSI以外的L/HIRF設計部件，其維修檢查要求由區域檢查來滿足。L/HIRF僅分析到LRU外部的L/HIRF的設計特性，對于LRU內部的L/HIRF的設計特性不應按照RMSG-3的分析邏輯來制定相應的維修要求，至于這些防護設計是否在持續的運行中保持有效，應當由直升機的制造商和LRU制造商共同來保證有相應的檢查和維修方法，并且在供應商維護手冊(CMM)或其他文件中予以說明。

2 閃電和高能輻射場防護分析原則[1]

L/HIRF維修RMSG-3分析的原則是正確、合理地進行相關分析工作的依據，國際維修審查委員會報告(IMRBR)之關于L/HIRF維修分析方法中給出了一些建議，作者在消化吸收的基礎上，根據自身的理解和實際運用中的工作經驗提出了如下分析原則：

1) 型號審查對L/HIRF審查要求確定需進行L/HIRF維修RMSG-3分析的系統，所以L/HIRF維修RMSG-3分析按照ATA定義的系統進行分析。

2) L/HIRF維修RMSG-3分析僅分析在型號合格審定過程中確定的L/HIRF防護失效對直升機運行安全性有不利影響的那些系統和部件。

3) L/HIRF維修RMSG-3分析僅分析系統設備外部的L/HIRF防護。設備內部防護不進行分析，其維修要求由設備制造商保證，維修要求和內容應包含在設備維修手冊中。

4) L/HIRF防護維修RMSG-3分析主要分析以下影響因素導致的防護退化：

① 環境蛻化，包括濕度、腐蝕物質、積聚、溫度和振動等；

② 偶然損傷，包括地面設備操作、貨物裝載、外來物、天氣(如冰雹雨雪)、液體滲漏濺灑(包括運輸液體貨物可能的遺灑、冬天使用的防冰液)、區域內維修活動等。

5) 下列情況的防護部件無需選擇確定專門的L/HIRF維修任務：

① 所有可見的L/HIRF防護設備(如導線、屏蔽、連接器、搭接線、連接器之間以及端接頭之間導電淘等)可以由區域檢查覆蓋；

② 導管和熱收縮套內的L/HIRF防護設備，則通過區域檢查確認保護管套的完整性來覆蓋；

③ 機體結構的固有導電性的維修包含在區域檢查中，相關腐蝕在結構檢查中考慮；

④ 設有導電網的復合材料整流罩由區域檢查覆蓋；

⑤ 防護保證計劃(或等效確認項目)處于適用的維修項目時，不需要專門的L/HIRF維修；

⑥ 處于相似位置和環境，經過驗證的在用的且性能良好的L/HIRF防護部件不需要做詳細部件分析和專門L/HIRF維修任務。

3 RMSG-3 閃電和高能輻射場防護分析流程

直升機RMSG-3 L/HIRF分析工作主要包括LHSI的確定、分析方法的確定和數據分析3個環節。LHSI的確定是RMSG-3 L/HIRF分析工作的基石，即確定分析目標，確定哪些防護部件需要列為LHSI。根據LHSI所處安裝位置，從環境損傷易感程度(ED)和偶然損傷(AD)的可能性兩方面來量化對LHSI造成的影響程度，從而確定LHSI固有可靠性對各種影響因素的耐受程度，以評估某個LHSI在各種ED/AD條件下可能發生的性能退化情況，并確定其所需的維修和檢查要求。最后通過表格記錄所有的信息、數據和分析結論。具體分析流程見圖1。

圖1 RMS-3分析流程圖

4 LHSI的確定

4.1 LHSI確定的一般過程

1) 明確審定要求及其符合性設計。L/HIRF分析關注的是為滿足審定要求而設計的L/HIRF防護特性，首先需要確定直升機哪些系統、部件或零件是按照這種要求設計的。以AC313型機為例，該型機在型號合格審定過程中已經確定了整機L/HIRF需要滿足審定基礎中相應適航條款的系統和部件，其中閃電直接效應防護涉及的系統包括：ATA28燃油系統、ATA53機身、ATA55垂尾和平尾、ATA62主旋翼、ATA64尾槳、ATA67旋翼飛行操縱。閃電間接效應防護涉及的系統包括：ATA31綜合顯示系統、ATA46機電管理系統。高能輻射場防護涉及的系統包括：ATA31綜合顯示系統、ATA46機電管理系統。因此，僅需對以上系統和系統中進行閃電防護設計的部件或零件開展L/HIRF分析。

2) 第一步：編制分析對象清單。在編制分析對象清單時建議按照系統單獨編制，清單在列出該系統所有L/HIRF設計零部件的基礎上，考慮防護設計在運行中由于預期的退化情況導致失去防護效能，當處在閃電和高能輻射場的環境中，防護對象自身的功能是否受到影響？這種影響程度是否會對安全不利或足以妨礙正常的安全飛行和著陸，進而造成災難性或危險性的后果。通常我們以系統功能危害性分析報告(FHA)作為判定依據。

3) 第二步：按照安裝位置對影響安全的部件進行分類，編制分析對象清單，這里說的安裝位置是指直升機劃分的區域，AC313型機共劃分為45個區域，同一個區域內的部件可視為安裝位置相同。這樣分類為后續的優化替代分析提供了判定依據。

4) 第三步：列出所有的防護部件，根據分析原則判斷其中哪些需要由區域GVI覆蓋，并將部件清單傳遞至區域分析組。

5) 第四步：對于分析對象清單列出的部件，需要列出預期的退化模式或可能的失效情況。FHA和故障模式及影響分析報告(FMECA)可作為判定依據。

6) 第五步：明確具體的安裝位置及安裝位置的環境特性，分析偶然損傷情況。可使用區域分析指南中的環境等級表和偶然損傷等級表作為判定依據。

7) 第六步：判斷其安裝位置的環境特性和發生偶然損傷的情況是否會導致相應的防護設計出現退化和失效。安裝位置的環境和偶然損傷敏感的項目需要列入分析對象清單。

8) 特別需要強調的是，對于飛行安全和著陸有影響的LHSI，其分析結果不能列入與區域檢查要求合并的候選項。

4.2 LHSI 的優化

LHSI的分析主要考慮ED和AD，因此在分析之前應按照“安裝位置”和“是否相同的設計特性”對LHSI進行整理，對于相同的防護設計和相同的ED/AD條件的LHSI可以只分析一次，從而優化整個分析過程。

以AC313型機操縱系統為例，表1對如何從“安裝位置”和“是否相同的設計特性”兩方面進行優化LHSI分析過程給出了示例。

表1 LHSI信息匯總

5 確定分析方法

LHSI的分析需要判定所處安裝位置的環境損傷易感程度和偶然損傷的可能性，因此分析方法主要考慮LHSI對各種ED/AD影響因素的易感度。通過對各種ED/AD影響因素的易感度進行等級評定來量化其對LHSI的影響程度，以評估某個LHSI在各種ED/AD條件下可能發生的性能退化情況，并確定其所需的維修和檢查要求。

1) ED/AD影響因素

需要考慮的環境因素包括溫度、振動、濕氣和腐蝕液體等，根據LHSI的具體安裝位置，對各種環境因素進行分析和說明；根據LHSI的防護設計特性和性能數據，如試驗數據和實際使用經驗數據，分析和判斷LHSI對各種環境因素可能造成損傷的易感程度。

需要考慮的偶然因素包括地面設備操作(包括貨物裝載)、外來物、天氣(如冰雹雨雪)、液體濺灑(包括運輸液體可能的遺灑)、區域內維修互動等，根據LHSI的具體安裝位置，對各種可能的偶然損傷情況進行分析和說明；根據LHSI的防護設計特性和性能數據，如試驗數據和實際使用經驗數據，分析和判斷LHSI對各種偶然損傷發生的可能性。

2) 應用等級-間隔對照表確定維修檢查任務的間隔

對ED和AD的分析需要通過等級判定來進行量化，之后應用等級-間隔對照表來確定相應的任務間隔。

需要注意的是，無論是對環境損傷的易感度等級還是偶然損傷的可能性等級都是相對值，它們的比較范圍是對于某一型直升機的不同安裝位置來說的。不同型別的直升機之間是沒有可比性的。以AC313型機操縱系統為例，表2給出了示例。

表2 任務間隔確定

6 數據分析表格的運用

分析過程所有的信息、數據和分析結論應一起納入分析表格中。表格應含有機型適用性、版本控制信息、頁碼編排信息和系統ATA編號等。第一個分析表格為LHSI清單，用于說明某一L/HIRF防護系統包含的LHSI信息，包括LHSI編號、LHSI的描述(或名稱)、LHSI對應的部件號、安裝位置的區域號、安裝環境類別、LHSI級別、是否可由其它LHSI替代分析等信息。需要說明的是，LHSI級別可分為兩級[2]：影響正常安全飛行和著陸的LHSI(1級)和其它對安全有不利影響的LHSI(2級)。影響正常安全飛行和著陸的LHSI，其分析結果得出的GVI任務不能作為區域候選項任務，而應作為獨立的維修任務納入初始計劃維修檢查要求中。

第二個表格用于LHSI防護設計特性說明，重點說明LHSI的防護設計特性，如導線屏蔽的詳細搭接通路，具體的接地或搭接方式的設計細節(如三維圖、二維圖)，LHSI可用的試驗數據、實際使用中收集的與可靠性相關的信息，以支持后續的分析。

第三個表格為防護設計特性的失效或退化模式分析，分析可能的失效或退化模式時，需要說明設計時對相應失效或退化模式的考慮或失效退化模式的針對性設計，以及對可能失效或退化的預期判定。

第四個表格是安裝位置的ED/AD分析，記錄和說明LHSI具體安裝位置的環境信息和偶然損傷發生可能性的分析內容。為真實地反映安裝位置和周邊的情況，應使用三維數模或實物照片等。

第五個表格是任務間隔確定，利用區域分析指南中環境等級表和偶然損傷等級表對ED和AD等級進行評定，使用等級-間隔對照表確定相應的間隔值。參見表2。

第六個分析表格是任務類型和有效性判定，任務類型和有效性判定需要考慮每種任務類型對LHSI和其安裝位置的檢查效果，對于搭接或接地設計有阻抗值要求的，應考慮測量阻抗值的檢查任務(FNC)。在選擇任務類型時應按從易到難的順序，首先考慮一般目視檢查(GVI)是否有效，其次考慮詳細檢查(DET)，再是功能檢查(FNC)，最后是報廢(DISCARD)。一旦選擇其中一個任務，則不用考慮后續的任務。表3給出AC313型機燃油系統重力加油口組件搭接線路的任務類型和有效性判定示例。

表3 任務類型和有效性判定

最后一個表格用于任務匯總，記錄一個L/HIRF防護系統包含的所有LHSI分析完成后得出的任務匯總，同時確定是否為區域候選任務。表4給出AC313型機機電管理系統和綜合顯示系統屏蔽電纜L/HIRF分析后的匯總。

7 結論

L/HIRF RMSG-3分析是當今世界直升機預防性維修任務分析的前沿技術，作者通過對國際維修審查政策委員會(IMRBR)相關資料的研究，在國內AC313直升機型號AEG工作中首次應用該技術并得到適航當局的認可，首創了國內直升機的L/HIRF MSG-3分析工作，將該項分析技術應用到直升機工程研制的實際工作中，為后續各型民用直升機開展L/HIRF RMSG-3分析提供了方法和參考。

表4 機電管理系統和綜合顯示系統屏蔽電纜L/HIRF維修任務匯總

[1] Air Transport Association of America. ATA MSG-3 Operator/Manufacturer Scheduled Maintenance Development, Revision 2003[S].2003.

[2] 中國民航局飛行標準司.MSG-3應用指南[S].2010.

Analysis for L/HIRF of Civilian Helicopter based on RMSG-3

WANG Xiaoqian, WU Jianguo, LIU Ying

(China Helicopter Research and Development Institute , Jingdezhen 333001, China)

This paper introduced a method of L/HIRFRMSG-3 in civilian helicopter on engineering application, according to the application of RMSG-3 in civilian helicopter AC313 L/HIRF, this method will provide a theoretical reference for the application of RMSG-3 in civilian helicopter L/HIRF.

L/HIRF; RMSG-3; civilian helicopter

2014-07-14

王曉前(1971-)，男，江西吉水人，高級工程師，研究方向：直升機綜合保障。

1673-1220(2015)01-055-06

V267

A