民用運輸類噴氣式飛機低利用率維修 項目選擇方法研究

馬一非　馮子寒

摘要：基于運輸類飛機正常利用率維修大綱，通過對維修大綱中系統/動力裝置、結構、區域、L/HIRF等部分的分析結果進行再提取分析，建立了可操作的民用運輸類噴氣式飛機低利用率維修項目選擇方法，同時結合某國產飛機型號給出了低利用率維修項目選擇的應用示例。結果表明，該方法可以有效識別低利用率維修項目并保證低利用率維修項目的全面性，同時為后續制定低利用率維修方案提供關鍵輸入。

關鍵詞：民用運輸類飛機;低利用率;維修大綱;維修項目選擇

0 引言

通常，一般的民用運輸類飛機是基于其利用率目標值進行MSG-3分析而最終確定正常利用率下的維修大綱的[1]。低利用率情況下飛機的運行狀況與正常利用率下存在差異，可能導致其退化特性等多方面性能的不同[2]，因此需要使用低利用率維修方案。

當然，各國適航當局對飛機在低利用率下的運營也有相應的適航要求。中國民航局在咨詢通告《民用航空器維修方案》（AC-121-53）中對飛機低利用率維修方案有明確的要求，“當如果在連續6個月內航空器的利用率小于維修方案中確定的預計利用率50%，則航空運營人必須進行必要的補充檢查和維修工作”，同時航空運營人還須“通過向型號合格證持有人咨詢，對本公司制定的維修資料和工作程序進行重新評估，并進行必要的修訂”。

某國產飛機的低利用率維修方案是將MRBR中所有的非日歷時限的維修任務都轉化為日歷時限執行，該方案由于沒有對任務在低利用率下的適用性進行判別和甄選，導致低利用率飛機的維修成本過高，不利于飛機的市場競爭。

針對低利用率飛機的維修保障問題，美國波音公司和歐洲空客公司均在相應飛機型號上有一定的研究。波音在上世紀末發布了針對波音737機型的低利用率維修方案BBJ，其方案中對MRBR系統/動力裝置、結構、區域及L/HIRF的所有類別的相關維修任務和間隔進行了調整和取舍[3，4];空客公司針對其A320機型也發布了相應的低利用率維修方案ACJ，空客的方案中主要是針對所有MRBR系統/動力裝置項目以及可與MRBR系統/動力裝置項目結合執行的項目（除適航限制項目外）進行低利用率維修間隔（日歷時限）的轉化[5，6]。但上述維修方案僅是最終分析結果，無法利用其開展型號分析工作。中國商飛在某國產飛機型號研制和運營過程中，以同時保證咨詢通告AC-121-53中對飛機低利用率下的持續適航安全要求和航空運營人的低維修成本要求為目標，對飛機在低利用率情況下的維修方案進行深入研究和優化，形成了可操作的具有普適性的低利用率維修項目選擇方法。本文將結合某國產飛機型號的應用案例具體介紹低利用率維修項目的選擇方法。

1 低利用率維修項目選擇方法概述

低利用率維修項目選擇是在正常利用率維修大綱的基礎上，從各項維修任務出發，分別研究低利用率下系統/動力裝置、結構、區域、L/HIRF維修項目，逐項梳理維修項目選擇、維修任務確定過程中涉及的各項影響因素，在低利用率條件下，評估適用性及差異性，最終確定維修項目及維修任務[6]。

圖1為低利用率維修項目選擇流程，是按照系統/動力裝置、結構、區域、L/HIRF類別篩選維修任務;提取維修任務基本信息;判斷低利用率對原維修任務中因素的影響;確定低利用率項目維修任務清單。在確定低利用率項目維修任務清單后，可以根據間隔框架對任務維修間隔進行調整和確定，并作為制定低利用率維修方案時的輸入。

2 低利用率維修項目選擇分析步驟和方法

2.1 系統/動力裝置任務LUR選擇方法

通過研究CAAC適航規章和AC咨詢通告，發現目前對于低利用率維修方案的適航要求主要來自于AC-121-53《民用航空器維修方案》。研究空客A320飛機公務機ACJ的維修方案和波音737公務機BBJ的維修方案中的低利用率維修任務，發現除了AC-121-53《民用航空器維修方案》中的要求，低利用率維修項目的選擇還應該包含：

1） 部件工作介質與外界大氣接通，大氣中的污染物會導致部件堵塞、性能衰退或失效。

2） 部件工作環境存在油液，油液腐蝕、凝固、污染可能導致部件堵塞、性能衰退或失效。

3） 部件功能特性隨著時間的增加逐漸衰退，最終導致失效，如電池、提供鎖緊力的鎖扣、彈簧等。

4） 運動部件具有較高的位置精度要求，隨著時間的增加運動部件由于潤滑性能下降、鎖緊力變化、環境污染、磨損、卡滯將導致活動精度衰退。

5） 部件功能用于維持壓力，隨著時間的增加壓力逐漸泄漏。

因此，在判斷每個維修任務是否屬于低利用率維修任務時，可以按照以上條件對維修任務對應的故障原因進行判斷。

基于正常利用率維修方案的MSG-3分析報告[7]，需要對系統MSI任務制定時針對的部件故障原因機理按照表1中影響因素進行逐一篩選。如果符合表1中的任意一項，則該系統定檢維修任務可作為低利用率維修項目進入后續的間隔確定分析步驟，否則該系統定檢維修任務在低利用率維修方案和正常利用率維修方案中的間隔及單位應保持不變[8，9]。

此外，對于正常利用率維修方案中的以下系統MSI定檢任務，可以不用考慮低利用維修項目分析。

1） 間隔包含日歷時的MSI定檢任務，原間隔可直接在低利用率維修方案中使用;

2） 間隔為壽命期的MSI定檢任務，如發動機、APU壽命件的報廢，原間隔可直接在低利用率維修方案中使用;

3） 間隔為VR的MSI定檢任務，原間隔可直接在低利用率維修方案中使用。

2.2 結構任務LUR選擇方法

2.2.1 分析原則

在結構MSG-3分析中，任務和間隔的選擇主要通過對結構部件的FD、ED和AD進行分析評級得到[10]：

FD是由循環載荷引起的裂紋或裂紋組的萌生及其擴展。疲勞損傷是飛機使用（飛行循環）過程損傷持續累積的結果。對疲勞損傷進行疲勞和損傷容限分析屬于定量分析，得到裂紋擴展、剩余強度和可探測性數據。所有SSI 都需要進行疲勞和損傷容限分析。

ED是指腐蝕或應力腐蝕，一般由日歷時間確定，其特點是由不利環境造成結構功能惡化。所以，除了考慮材料對腐蝕和應力腐蝕的敏感性及對結構組件采用的保護措施之外，還應考慮飛機結構可能因其暴露在不利環境中引起的損傷。

AD是由一些偶然事件出現而導致結構固有剩余強度降低的損傷。在飛機的壽命期內偶然損傷出現的概率都是不變的。損傷的來源包括飛機和系統的內部和外部的任何影響，可歸為兩類：1）制造缺陷（在裝配期間）;2）在使用和維修活動中引起的偶然損傷。

AD易感性評估包括判斷來自于一個或多個損傷源的暴露頻率和損傷的位置，損傷來源如表2所示。

其中，對AD易感性有影響的8個因素中，除第4、6、7項之外，其余因素均與飛機利用率有直接關系，其可能性和飛機利用率約成正比。

從結構MSG-3分析的過程可以看到，對于FD導致的損傷，主要受到疲勞和損傷容限的影響，其產生的任務間隔為FC;對于ED導致的損傷，主要受到腐蝕的影響，其產生的任務間隔為日歷時;對于AD導致的損傷，主要受到使用和維修活動中發生的偶然損傷，主要與飛機利用率相關。對于結構低利用率維修任務的選擇，主要是將與利用率相關的任務識別出來。表3為某國產飛機PPH中規定的結構任務檢查間隔框架。雖然AD和ED是單獨進行分析的，但最后間隔的確定僅需要對應EDR/ADR的總等級，而EDR/ADR的總等級取EDR和ADR的最小者。因此，在確定結構低利用率維修任務時，需要對任務所對應的EDR和ADR進行分析，如果任務的間隔是AD主導且AD損傷可能性因素主要與利用率相關，則該任務可確定為結構低利用率維修任務。例如，某結構外部檢查任務的間隔為4000FC或24個月，該任務對應的ADR為4，EDR為5，則EDR/ADR的總等級為4，該任務則為結構低利用率維修任務;如果該任務對應的ADR為5，EDR為4，則EDR/ADR的總等級仍為4，但4000FC或24個月的任務間隔其實是由EDR確定的，則該任務不能作為結構低利用率維修任務。

2.2.2 分析步驟

基于2.2.1中的分析原則，結構低利用率維修任務的選擇主要分為7個步驟，如圖2所示。

1） 確定該維修任務所對應的結構MSG-3任務。例如，結構任務53-10-09-01所對應的MSG-3任務為53-10-07-04-01。

2） 判斷該結構維修任務是否源于非SSI項目。由非SSI項產生的結構檢查任務，其任務間隔是WG直接給定的，不依據FD、ED、AD評級，因此非SSI項產生的結構檢查任務為非結構LUR維修任務。

3） 確定該維修任務的接近方式和任務類型，如外部，DET。

4） 確定該結構維修任務所屬的SSI所對應的最嚴酷的ED和AD等級為多少，如EDR=7，ADR=4。

5） 判斷該ADR等級的可能性因素是否與利用率直接相關。例如，該ADR主要是由于跑道的碎片、殘骸造成損傷可能性導致的，則為“是”。

6） 判斷ADR所對應的維修間隔是否短于EDR所對應的維修間隔。

7） 如果步驟5的回答結果為“是”，則該結構維修任務屬于LUR，需要進入后續間隔確定分析。

2.3 L/HIRF任務 LUR選擇方法

2.3.1 分析原則

在L/HIRF的MSG-3分析中，任務和間隔的選擇主要通過確定L/HIRF防護項目的ED、AD敏感度等級、綜合的ED/AD敏感度等級以及項目的ED/AD敏感性，并在此基礎上對項目是否需要L/HIRF維修任務、L/HIRF防護項目預期功能退化結合L/HIRF事件是否妨礙飛機持續安全飛行或著陸進行判斷，以便進行后續分析。

環境損傷ED的影響由L/HIRF防護項目對損傷的敏感度等級確定，敏感度等級是綜合考慮L/HIRF防護項目的環境等級和防護項目的設計可靠性確定的，最終的環境損傷敏感度等級選取的是所分析的部件對各項環境因素的敏感度等級的最小數值。ED主要的考慮因素包括廚房液體、廁所液體、液壓油、除冰液、化學液體、燃油、濕氣、振動、溫度。

偶然損傷AD主要包括：維修敏感度——指維修活動中受意外損傷的可能性，使用敏感度——指使用過程中受意外損傷的可能性，見表4。

偶然損傷敏感度等級選取其中的最小數值。可以看到，維修敏感度和使用敏感度與利用率直接相關。

在完成ED和AD的敏感度等級分析后，將最終的ED、AD敏感度等級的最小數值作為綜合的ED/AD敏感度等級，再由綜合的ED/AD敏感度等級確定L/HIRF防護項目的ED/AD敏感性，見表5。

判斷L/HIRF事件是否妨礙飛機持續安全飛行或著陸，如果“是”，則按照表格7.6-5A進行分析，最終的維修任務不能轉為區域任務;如果“否”，按照表格7.6-5B進行分析，最終的維修任務需要明確是否可以作為區域候選任務。

從L/HIRF分析過程可以看出，與結構分析類似，主要是對ED和AD進行分析。對于L/HIRF低利用率維修任務的選擇，主要是將與利用率相關的任務識別出來。從L/HIRF任務檢查間隔框架可以看到，雖然AD和ED是單獨進行分析的，但最后間隔的確定僅需要對應ED/AD的敏感度等級，而綜合的ED/AD敏感度等級的總等級取ED和AD的最小者。因此，在確定L/HIRF低利用率維修任務時，需要對任務所對應的ED和AD敏感度等級進行分析，如果任務的間隔由AD主導，則該任務可確定為L/HIRF低利用率維修任務。對于ED主導的非L/HIRF低利用率維修任務，一旦飛機進入使用過程中，腐蝕就會出現并持續作用，無論利用率如何變化，其檢查間隔都不應改變。

2.3.2 分析步驟

基于2.3.1中的分析原則，L/HIRF低利用率維修任務的選擇主要分為5個步驟，如圖3所示。

1） 確定該L/HIRF任務所對應的結構MSG-3任務。例如，L/HIRF任務20-00-21-01-01所對應的MSG-3任務為27-50-210-01-01、27-50-210-02-01和27-50-210-03-01。

2） 確定該L/HIRF維修任務的任務類型，如GVI。

3） 確定該L/HIRF維修任務所對應防護項目的ED、AD和綜合ED/AD等級為多少且AD≠3。如ED=4，AD=3，ED/AD=3。將最終的ED、AD敏感度等級的最小數值作為綜合的ED/AD敏感度等級。

4） 判斷AD所對應的維修間隔是否短于ED所對應的維修間隔。

5） 如果步驟4的回答結果為“是”，則該L/HIRF維修任務屬于LUR，需要進入后續間隔確定分析。

2.4 區域LUR選擇方法

區域分析主要包括標準區域分析（SZA）和增強區域分析（ESZA），區域分析完成之后，會形成標準區域任務和增強區域任務，但區域任務最后會合并來自系統MSI、結構SSI/非SSI、L/HIRF的任務。因此，在進行低利用率的區域任務分析時，除了進行SZA和ESZA任務的低利用率分析之外，在進行區域合并任務的低利用率分析時，還應根據本文2.1、2.2和2.3的方法，對來自系統MSI、結構SSI/非SSI、L/HIRF任務進行分析，在所有合并任務完成了低利用率分析后，綜合考慮合并區域任務低利用率任務選擇。總體流程如圖4所示。

2.4.1 標準區域任務LUR選擇方法

1） 分析原則

標準區域分析考慮區域內的3個指標：稠密度等級、重要性等級以及暴露性等級，其中暴露等級選擇ED暴露等級和AD暴露等級的高者，因此如果標準區域任務所對應的AD暴露等級高于ED暴露等級，且AD暴露等級的主要影響因素與飛機利用率相關時，可以將該一般區域任務確定為低利用率任務。

其中，評估AD暴露等級的主要影響因素見表6。對AD損傷有影響的7個因素中，除了第3、5、7項之外，其余因素均與飛機利用率有直接關系，其可能性和飛機利用率約成正比。

2） 分析步驟

標準區域低利用率維修任務選擇流程主要分為5個步驟，如圖5所示。

a. 確定標準區域（SZA）任務所對應的結構MSG-3任務。例如，區域任務ZL-110-01所對應的MSG-3任務為ZL-110-01。

b. 確定標準區域（SZA）維修任務的Importance/Density、ED、AD所對應的等級。例如，Importance/Density=1、EDR=2，ADR=4。Importance/Density是由飛機設計的布置決定的，與利用率無關。

c. 判斷AD等級是否大于ED等級。如果ADR小于EDR，則最終的暴露等級是由EDR決定的，利用率下降導致的ADR降低無法影響最終的暴露等級。

d. 判斷AD中是否存在非利用率因素導致當前AD等級無法降低。在MSG-3分析中，標準區域分析的AD損傷因素主要包括地面保障設備-LUR、外來物損傷-LUR、天氣影響、維修頻率-LUR、液體溢出、乘客活動-LUR及其他，如表7所示。

其中，地面保障設備-LUR、外來物損傷-LUR、維修頻率-LUR、乘客活動-LUR與利用率相關，其余因素與利用率無關。在MSG-3分析中，AD的評級等于各因素中最嚴酷的值。因此，如果AD的最嚴酷值是非利用率因素，則AD評級無進一步降低的可能。如某任務AD評級為4，其中各因素中地面保障設備-LUR、外來物損傷-LUR的評級為4，其他因素的評級為3，因此利用率的降低可以導致最終暴露等級的降低。

e. 判斷AD等級的降低是否能降低綜合的暴露等級。例如，當前某國產飛機標準區域的最終評級矩陣為表8，需要判斷由于AD等級降低使得暴露等級的降低，是否能影響最終的評級。假設，稠密度=3，暴露等級=3，最終評級=3，但當暴露等級降為2之后，最終評級仍為3。對于不同的利用率，計算后的AD等級是不一樣的，因此是否能降低最終評級與計算使用的利用率相關。

2.4.2 增強區域任務LUR選擇方法

1） 分析原則

如果區域內有EWIS，則要進行增強區域分析以確定對EWIS的檢查任務（注：增強區域分析得出的所有任務都是針對區域內的EWIS部分）。在確定EWIS 檢查工作之前需要明確是否有有效的工作可以明顯降低可燃材料積聚的可能性，所謂可燃材料，就是去掉火源仍可能燃燒的材料（包括固體、液體、氣體），但那些需由持續火源/熱源引起燃燒的材料不能理解為可燃材料。如果存在有效的清潔類恢復等工作能明顯降低可燃材料的積聚，則需要產生此項任務，并根據增強區域分析間隔的等級表確定此任務的間隔[11]。

確定導線檢查工作間隔。增強區域分析使用包含偶然損傷和環境損傷的等級表來確定檢查工作的間隔。導線檢查工作間隔確定因素及方法：首先確定偶然損傷等級和環境損傷等級，再根據矩陣關系確定總等級，最后轉換為增強區域分析的檢查間隔。矩陣關系圖如圖6所示。

偶然損傷等級（見表9）：偶然損傷等級等于各項評定指標等級值中的最高值。對AD損傷有影響的7個因素中，除了第3、5、7項之外，其余因素均與飛機利用率有直接關系，其可能性和飛機利用率約成正比。

環境損傷等級（見表10）：環境損傷等級等于各項評定指標等級值中的最高值。

利用上面的矩陣關系確定出檢查間隔范圍后，需綜合考慮ED、AD損傷源的情況來進一步確定每一個工作的具體時間間隔：如果上面間隔等級是由多個較為惡劣的ED/AD損傷源綜合得出的，最終應取短的間隔值;反之，如果只有1個ED/AD因素較為惡劣，最終可以取較長的間隔值。

2） 分析步驟

增強區域低利用率維修任務選擇流程主要分為5個步驟，如圖7所示。

a. 確定增強區域（ESZA）任務所對應的結構MSG-3任務。例如，區域任務ZL-113-01-01所對應的MSG-3任務為EZL-113-01。再如，區域任務20-00-01-16-01所對應的MSG-3任務為EZL-136-02。

b. 確定增強區域（ESZA）維修任務的ED、AD和最終評級結果。例如，EDR=2，ADR=2，暴露等級=3。最終評級結果的ED、AD矩陣如圖8所示。

c.判斷AD等級是否大于1。如果ADR等于1，則AD層級為最低，無法因為使利用率進一步降低。

d. 判斷AD敏感度等級的進一步降低是否能降低最后的評級結果并延長維修間隔。從某型國產飛機的ED、AD評級矩陣來看，AD敏感度等級的降低一定會降低最后的評級結果并延長維修間隔，但其他飛機的矩陣可能無該特點，因此該步驟存在必要性。

e. 判斷AD中是否存在非利用率因素導致當前AD等級無法降低。例如，在MSG-3分析中，增強區域分析的AD損傷因素主要包括地面保障設備-LUR、外來物損傷-LUR、天氣影響、維修頻率-LUR、液體溢出、乘客活動-LUR及其他。其中，地面保障設備-LUR、外來物損傷-LUR、維修頻率-LUR、乘客活動-LUR與利用率相關，其余因素與利用率無關。

在MSG-3分析中，AD的評級等于各因素中最嚴酷的值，如果AD的最嚴酷值是非利用率因素，則AD評級無進一步降低的可能。例如，某任務AD評級為2，各因素中外來物損傷-LUR、天氣影響、維修頻率-LUR的評級為2，但是由于天氣影響因素與利用率無關，因此即使利用率下降，天氣影響的AD評級仍為2，AD的最終評級不受利用率影響。此類任務為非低利用率維修任務，見表11。

2.4.3 合并區域任務LUR選擇方法

1） 分析原則

合并區域的任務來源主要包括：

a. 系統MSI轉移過來的任務

b. 結構SSI和非SSI轉移過來的任務

c. L/HIRF轉移過來的任務

d. 區域SZA和ESZA的任務

整個合并區域任務的低利用率分析原則是需要將轉移過來的各類任務分別開展低利用率分析，得到各類任務的分析結果后，再進行整個合并區域任務的最后低利用率分析[12]。

2） 分析步驟

合并區域低利用率維修任務選擇流程主要分為3個步驟，如圖9所示。

a. 確定合并區域任務中包含的所有MSG-3任務。例如，某合并區域中包含標準區域、系統、結構任務，見表12。

b. 對于合并區域中包含的每個任務，根據系統/結構/LHIRF/區域的分析原則，進行是否為低利用率任務的判斷。

例如：某合并區域中包含標準區域、系統、結構任務判斷，見表13。

c. 判斷為LUR的合并任務中所包含任務的間隔是否決定整個合并任務間隔，如果是，則整個合并任務為低利用率項目，否則為非低利用率項目。

3 結論

基于運輸類飛機正常利用率維修大綱，針對低利用率下系統/動力裝置、結構、區域、L/HIRF維修項目的選擇方法，是作為制定飛機低利用率維修方案最基礎和最重要的一個環節。通過逐項梳理維修項目選擇過程中涉及的各項影響因素，評估其在低利用率條件下的適用性及差異性，最終有效識別維修項目，保證了低利用率維修項目的全面性，并為后續制定低利用率維修方案提供關鍵輸入。

本文所介紹的低利用率維修項目選擇方法已經過型號的應用，結合某型國產飛機的分析案例可以表明，該分析方法已基本具備了可操作性，初步解決了該型飛機在初期運營中所遇到的利用率較低的問題。

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