水陸兩棲飛機涉水結構修理級別分析研究

2021-11-01 12:43:34田晶馬小駿馮蘊雯胡宇強李陽

航空工程進展 2021年5期

關鍵詞：經濟性飛機故障

田晶，馬小駿，馮蘊雯，胡宇強，李陽

（1.西北工業大學航空學院，西安710072）

（2.中國商用飛機有限責任公司科技委，上海200241）

（3.中航通飛華南飛機工業有限公司市場客服中心，珠海519000）

0 引言

修理級別分析（Level of Repair Analysis，簡稱LORA）是飛機維修工程分析的重要環節，維修工程分析中的計劃維修分析（Scheduled Maintenance Analysis，簡稱SMA）產生的預防性維修任務，以及后勤保障分析相關的故障模式與影響分析（Logis‐tics Support Analysis Related Failure Modes and Ef‐fects Analysis，簡稱LSA FMEA）、損傷與特殊事件分析（Damage and Special Events Analysis，簡稱DSEA）產生的糾正性維修任務，都要通過LORA來決定其是否需要維修、在哪修。

LORA最早由美國國防部提出［1］，1993年美國軍方頒布軍用標準MIL-STD-1390D［2］，該標準給出了系統LORA的任務描述、具體內容等。國外研究者對LORA模型建立、算法求解及應用進行了大量研究，L.Barros等［3］提出了考慮標準生命周期費用函數的修理級別優化方法，并開發了相關軟件包；G.Gutin等［4］證明LORA問題是多項式可解的；B.Taoufik等［5］提出用基于禁忌搜索的混合遺傳算法解決大規模決策變量問題，并以H.Sa‐ranga等［6］給出的算例進行求解；S.Thyagarajan等［7］提出了適用于飛機復合材料結構修復決策過程的決策模型；M.R.Rawat等［8］提出機隊系統可靠性設計和LORA的聯合優化方法，并采用基于蒙特卡洛仿真的遺傳算法進行求解。我國研究者對LORA的研究開始較晚，吳昊等［9］提出了適用于民用飛機的三層三級經濟性LORA模型，并用免疫粒子群法對模型求解；薛陶等［10］提出了適用于通用多層多級LORA經濟性模型的LORA決策流概念；賈寶惠等［11-12］研究了針對民用飛機的經濟性LORA模型和綜合LORA模型；張帥等［13］、李季穎等［14］針對艦載機和艦載航空設備，分別建立了基于備件短缺數和模糊層次分析法多因素的LORA模型；王旭［15］、趙大磊等［16］對導彈彈體設備的LO‐RA進行了研究；何春雨等［17］基于LINGO軟件，開展了艦船裝備LORA優化分析；饒若曦等［18］、李慧梅等［19］針對車輛裝備，分別建立了基于綜合權重確定的非經濟性LORA模型和基于最小費用流的經濟性LORA模型。當前國內外的LORA主要針對民用飛機、艦載機、船舶、導彈、車輛等，尚沒有針對水陸兩棲飛機的LORA研究。水陸兩棲飛機在我國主要用于森林滅火和海上救援。隨著國產大型水陸兩棲飛機AG600的成功首飛，研究水陸兩棲飛機涉水結構的LORA成了迫切需求。

本文結合水陸兩棲飛機初始運營階段特點，提出適用于水陸兩棲飛機涉水結構的LORA流程、ELORA模型，并利用算例對經濟性修理級別分析進行驗證。

1 水陸兩棲飛機涉水結構修理級別劃分

水陸兩棲飛機森林滅火和海上救援的任務模式決定了其民用飛機的屬性，我國民用飛機現在多采用兩級修理，但由于我國缺乏大型水陸兩棲飛機的運營經驗，水陸兩棲飛機維修保障體系發展尚不成熟，兩級修理并不能滿足其維修保障要求。且在水陸兩棲飛機運營初期，基地級維修位于珠海，而我國森林火災多發地位于黑龍江、云南、甘肅等，采用兩級修理模式會因為運輸能力有限等影響飛機出勤率。基于以上兩點因素，對水陸兩棲飛機涉水結構采用三級修理模式：基層級、中繼級和基地級。

1.1 基層級

基層級的實施條件為機場停機坪或停機庫。主要工作包括：

（1）完成飛機航前的預先準備工作和起飛前檢查工作、航后的檢查維護工作。

（2）日常維護保養，非計劃的排故維修，故障診斷隔離，進行故障航線可更換單元（Line Re‐placeable Unit，簡稱LRU）的更換。

（3）將故障LRU送中繼級、基地級或返廠檢修。

此外，涉水結構長期處于高濕、高鹽的環境中，在基層級需進行大量防腐蝕維護工作［20-22］：執行任務后，及時用清水清洗飛機表面，并用干燥的熱風吹干，及時清除表面的鹽分和油污等；日常維護時，盡量不要破壞零件涂層，發現涂層破壞或有疑似腐蝕時，及時修理防護；排水、防潮、通風；涂層體系的保養，若涂層已遭破壞，應及時進行修復或噴涂脫水防銹劑作暫時性保護；密封材料若因自然老化、高壓沖洗等原因遭到破壞，要及時進行更換和填充；在外場腐蝕防護中，要定期檢查活動接頭、摩擦表面、軸承和操縱鋼索等的潤滑油脂是否充分。特別是飛機沖洗后，注意這些部位的再潤滑問題，油箱微生物沉積的預防與去除工作等。

1.2 中繼級

中繼級的實施條件為在指定的有CCAR-145部維修資質的修理廠或航空維修公司車間/廠房內［23］。主要修理工作包括：

（1）可兼顧完成基層級所有工作。

（2）完成將故障隔離到內場可更換單元（Shop Replaceable Unit，簡稱SRU）的診斷、檢測工作。

（3）完成故障SRU的更換。

（4）將故障SRU送基地級或返廠維修。

（5）故障LRU的修復、測試、檢驗。

（6）將修好的LRU送基層級裝機或作備件。

1.3 基地級

基地級的實施條件為在飛機制造（總裝）廠或有CCAR-145部維修資質的飛機大修廠/航空維修公司車間/廠房內。基層級修理的主要工作包括：

（1）可兼顧完成基層級、中繼級所有工作。

（2）完成飛機、發動機和主要機載設備翻修期的工作，以及SRU的修復與檢測。

2 水陸兩棲飛機涉水結構LORA

2.1 LORA流程

水陸兩棲飛機涉水結構LORA流程如圖1所示。

圖1 水陸兩棲飛機涉水結構LORA流程圖Fig.1 Amphibious aircraft wading structure LORA flow chart

（1）確定待分析產品清單

在確定待分析產品清單時，需要將水陸兩棲飛機涉水結構按功能劃分為分系統、部組件、零件。其中分系統的故障是由部組件的故障引起，部組件的故障由零件引起。對涉水結構的劃分如圖2所示。

圖2 水陸兩棲飛機涉水結構組成及修理層次劃分Fig.2 Composition of amphibious aircraft wading structure and classification of repair levels

劃分好的涉水結構分系統、部組件、零件均為LORA待分析產品。其中，不可修復或可消耗的零件（如螺母，螺栓或墊圈）不會增加分析的價值，因此不包括在內。

（2）非經濟性LORA

在進行LORA時，首先對涉水結構待分析產品進行非經濟性LORA，非經濟性LORA考慮以下六個因素：法規、戰備完好性和任務成功性、維修設施、裝卸與運輸、保障設備、人力和人員，對涉水結構的每個待分析產品，用以上非經濟性因素進行邏輯決斷，確定初步修理方案。進行邏輯決斷時應盡量結合LSA FMECA方面已有的工作成果。對于較簡單的預防性維修工作，如保養、日常檢測、腐蝕防護等都是在基層級完成的。當非經濟性分析不能確定唯一修理級別時，必須再進一步通過ELORA確定修理選項。