老齡化通用航空器維護技術探討

茍江 周彬

摘要：對于業界廣泛探討的航空器老齡化現象，本文提出了不同的理解概念。結合中國民用航空飛行學院的運行經驗，詳細指出了通用航空器在老齡化過程中易發生的缺陷及隱患，對通航維護具有一定參考價值。最后，闡述了老齡化通用航空器在維護方面的關注要點，進而提升航空器的運行安全性。

關鍵詞：老齡化通用航空器;維護;隱患

隨著社會和經濟的快速發展，航空運輸因其能夠提供最快的交通速度，節約時間成本，成為越來越多人的出行選擇和貨運選擇。在通航領域，航空器已廣泛應用于培訓、救援、旅游、電力巡線、護林等各類作業。航空器經過多年的使用逐漸老齡化，如何在高強度使用的背景下保障航空器的安全運行，是值得研究的課題。本文以中飛院上百架飛機近30萬的年飛行小時為研究基礎進行探討，提出針對性的建議，對整個通航業中老齡航空器的維護具有一定的指導意義。

1 “老齡化”的概念

在多數有關 “老齡飛機”的文獻中，將運行時間14年作為劃分航空器是否進入“老齡”的節點。本文認為這種劃分方式過于武斷，并不適合所有航空器的運行狀況。“老齡飛機”在FAA（還有EASA和CAAC）正式頒布的法規和咨詢通告中并沒有明確定義，而僅是FAA經過事故調查、經驗積累和多年研究提出的一種說法。而民航界通常劃分“老齡飛機”的14年時限，極有可能是源于FAR121部AA分部持續適航和安全改進的121.1105條款中的規定“服役年限達到或超過14年的飛機應當對結構修理、改裝記錄進行檢查和評估”[1]。中國民航局飛標司潘超提出：“老齡飛機”并不是使用時間達到一定年齡的飛機，而是指設計規范存在一定缺陷的飛機。該觀點從不同側面豐富了“老齡化”的概念。

本文認為，“老齡化”對航空器來說是一個漸變的過程，而無明確的時間或物理界限。在航空器整個壽命周期內，隨著日歷年限的積累、起落循環的增加、設計缺陷的顯現，維護人員保持航空器固有可靠性的難度和經濟成本不斷增加的過程即是老齡化過程。

2 老齡化通用航空器的隱患

隨著民航業的發展，航空器的老齡化現象不可避免。多數文獻的研究對象都為運輸航空器，而對通用航空器的關注度較低。隨著國家低空開放政策的實施帶來的通航發展，未來我國通用航空器老齡化現象必然日趨嚴重。相較于運輸航空器，通用航空器有其自身的特點，系統余度和可靠性較低、生產制造和維護運行成本更低。當然，相對應的是通用航空器的運行環境更加復雜，運輸航空器通常運行在已知的凈空條件良好的航線上，通用航空器更可能運行在地形復雜或生疏的空域，完成復雜的作業任務[2]。

因此，通用航空器老齡化過程與運輸航空器有著相似之處，但也有自身的特點。下文結合中飛院的運行經驗，介紹老齡化過程中航空器可能面臨的典型隱患。

2.1 廣布疲勞損傷

許多工程結構和老齡化的航空器都存在一種典型的損傷形式——廣布疲勞損傷。這一術語來源于阿羅哈事故的分析報告[3]。隨著循環應力的作用，在航空器的蒙皮結構中鉚釘孔邊會出現多條疲勞裂紋，呈現多處損傷（MSD）的物理特征。這種損傷形式可使結構剩余強度明顯降低，并在短時間內導致裂紋的突然連通，破壞航空器的物理完整性[4]。中飛院運行的主流初教機賽斯納172R于2006年引進，普遍運行時間在10000小時以上，其工作舵面上極易出現該種損傷，如圖1所示。

2.2 高振動區域裂紋

通用航空領域廣泛使用直升機完成作業任務。直升機結構相對于固定翼飛機更加復雜，旋轉部件更多，因此帶來的振動問題將使更多的部件承受交變載荷。由此使直升機在老齡化過程中有更多機會產生故障[2]。中飛院在直升機培訓領域使用的主力機型，如貝爾206BⅢ以及S269C-1均已服役超過20年，均有在高振動區域產生裂紋的記錄。貝爾206BⅢ型直升機的尾梁曾出現長約10cm的裂紋，調查和分析結論顯示，尾梁振動值超標導致尾梁鉚釘結合部位出現交變應力導致裂紋的產生。如圖2所示。同樣，S269C-1型直升機的下部皮帶輪斜撐桿在技術狀態檢查中發現斷裂，如圖3所示。

兩個案例存在相似特征：1）失效部位接近高速旋轉部件。在航空器運行過程中，機構一直在吸收旋轉部件的振動能量。2）失效部位均為材料連接處。貝爾206BⅢ型直升機的裂紋源于鉚釘結合處，鉚釘孔帶來的幾何尺寸變化使材料的連續性受到破壞，從而導致應力集中使該處更易產生損傷。S269C-1型直升機的裂紋產生于焊縫周圍，焊接工藝工程中，結合處材料經受了一次高溫后的自然冷卻，相當于熱處理工藝的一次退火過程。材料內部結構變化會使該處的強度有一定的下降，成為損傷的易發點。

2.3 磨損導致的材料缺失

機件在使用過程中不可避免地發生磨損，且加速磨損的因素很多，如振動、潤滑不良、工作面被異物污染等，在通用航空器的運行過程中十分普遍。磨損導致材料缺失，機件幾何尺寸變化，并視其部位不同帶來一系列問題，例如，操縱系統磨損會帶來機構間隙，加劇振動，降低飛行舒適性;蒙皮蓋板材料缺失會導致氣動外形細微改變，同時材料強度也會降低。這類缺陷在中飛院的多型航空器中均有明顯表現，如圖4、圖5所示。

2.4 腐蝕

航空器在整個壽命周期內，無論處于地面停放狀態或運行狀態，一定會受當地的自然環境影響。由于通用航空器自身的特點，其飛行高度低，運行環境復雜，所受影響必然更加顯著。而自然環境所導致的腐蝕作用會使蒙皮以及結構的性能變差，造成損傷，從而降低材料的疲勞壽命[5]。在對退役飛機檢測時，在蒙皮搭接機構中經常發現蝕坑，該種腐蝕具有極強的隱蔽性，目視檢查無法發現。根據運行經驗，大多數腐蝕情況都發生在具有水汽或污染物累積的客觀條件下。例如，賽斯納172R飛機的起落架腐蝕就明顯出現在粘貼了特氟龍膠帶的部位，由于膠帶與金屬材料之間的微小間隙導致水分累積，在航空器運行超過10年后出現點蝕，如圖6所示。

類似的情況也出現在貝爾206BⅢ型直升機的主減A型支架固定螺栓處，由于填充的隔音棉具有較強的吸水能力，在排水通道出現堵塞后，其吸附的水分導致封閉空間內形成高腐蝕環境，從而造成結構的嚴重腐蝕，如圖7所示。

2.5 電氣部件老化

航空器的機齡超過10年以后，深埋在結構中的電線就開始產生裂紋和磨損。這種缺陷最初被航空界忽視。環球航空公司800次航班的墜毀事故調查結果顯示，電線短路所引起的火花造成了中心機翼油箱爆炸[6]。可見關鍵部位的導線缺陷可能導致極其嚴重的后果。有文獻記載，機齡超過20年的L-1011飛機每1000米電線有13個裂紋，DC9飛機每1000米電線有1.6個裂紋。通用航空器的運行環境更加惡劣，導線的老化速度及程度均超過運輸航空器，這在中飛院的貝爾206BⅢ型直升機上體現的尤為明顯。該型直升機機齡超過30年，雖然飛行時間不足1萬小時，但機身鋪設的Kapton導線已出現嚴重老化，如圖8所示。

此外，獨立的儀表設備在長時間使用后，由于元器件老化，即使經過修理或翻修，其故障率也有明顯上升趨勢。可見電器部件的缺陷及故障在航空器的老齡化過程中占有較大比重。

3 老齡化通用航空器維護要點

如前所述，航空器在老齡化過程中會表現出諸多典型缺陷。在面臨這些問題時，航空界的關注點是如何延緩航空器的老齡化過程，以及在老齡化過程中如何及時發現缺陷并作出處理。多方面的努力都在于保障老齡飛機的安全運行。1998年，FAA宣布成立了運輸系統老齡化規章咨詢委員會（ATSRAC），其成立后完成了多階段的工作，包括標準化線路施工手冊的格式，研究小型飛機電氣線路的老齡化問題，協助減緩飛機線路老齡化的新技術的發展[7]。航空器制造廠家也在積極與運營單位溝通，完善手冊維護內容，及時頒布通告，改進老齡化過程中所出現的缺陷。中飛院在對待老齡化和航空器的維護方式上也總結了許多經驗。

3.1 完善維修方案

維修方案作為所有例行工作的直接依據，其涵蓋的維修廣度和深度直接決定了航空器保持其固有可靠性的能力。隨著航空器的運行環境及自身狀態的改變，維修方案的內容應做出相應的修訂。中飛院所運行的主力初教機賽斯納172R在進入10000小時后，維修方案中加入了超越手冊的檢查內容。自增的檢查內容集中在日常定檢所不涵蓋的結構件或操縱部件上，如起落架安裝座、機身內部蒙皮、駕駛桿組件U型架、方向舵腳蹬扭力管等。而日歷時限達30年的貝爾206BⅢ型直升機在維修方案中增加了腐蝕控制相關內容，對重點區域明確了檢查標準及修復方法。從維修立法層面做出的修訂，能為老齡化航空器的維護方式帶來質的改變。

3.2 強化維護細節

延緩航空器老齡化過程不會對維護人員的能力提出極高要求。因此，“維護作風勝于個人能力”得到了極好的體現。在飛行后，及時清潔航空器，確保機身及關鍵部位無塵埃及其他腐蝕物累積，能明顯控制腐蝕的加劇過程。振動區域蒙皮磨損不可避免，在磨損初期如果及時進行補漆工作，則可避免金屬材料在振動磨損中出現缺失。對航空器所有排水孔進行細致檢查，確保其暢通，能有效避免滑油、液壓油及水分對機體可能帶來的嚴重腐蝕。一線維護人員對航空器的維護要點的總結反饋，能形成對維修方案的有效循環優化。

3.3 優化維護手段

航空制造技術在不斷發展，對應的維護及修理技術也在進步。新理念、新設備的引入能在保障維護質量的前提下，節省人力及時間成本，同時提供更為準確的缺陷分析、故障定位。從而消除老齡化航空器可能存在的諸多隱患。以航空器導線的檢查和排故為例，通航領域仍沿用幾十年來的目視檢查法。不可否認，這種方法在許多工作中有其重要性和有效性，但局限性也是顯而易見的。多年以前的文獻中就已介紹了導線檢查的時域反射測量法（TDR）、駐波反射測量法（SWR）、頻域發射測量法（FDR），并且有相關設備研發的記載[6]。受限于信息不暢、維修成本或管理理念的原因，新技術在通航領域的推廣明顯遲滯于運輸航空，這確實是通航領域需要改進與完善之處。

4 結束語

本文首先討論了航空器老齡化的概念。結合中飛院的維護經驗，說明了在“老齡化”過程中，通用航空器可能出現的典型缺陷及面臨的問題。對于如何減緩航空器的老齡化，以及更好地維護老齡化的航空器提出了解決措施。最后，對通航領域發展的可改進之處提出了一些建議。

參考文獻

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