蔡增杰,韓笑

(海軍航空工程學院青島校區(qū),山東青島266041)

飛機有壽件延壽綜合決策方法

蔡增杰,韓笑

(海軍航空工程學院青島校區(qū),山東青島266041)

目的決策飛機有壽件延壽方法。方法通過RCM理論判斷設備作為有壽件控制的必要性,對于有必要進行延壽的設備,需按照壽命指標的原則選取合適的壽命指標。根據設備的特點和延壽方法的適用性,選取適當的方法對其進行延壽。結果得出飛機有壽件延壽的決策方法。結論通過此決策方法能夠較好地解決機載設備延壽的問題。

RCM;有壽件;延壽指標;延壽方法

使用中的飛機存在有壽件控制項目多且壽命指標分散,不能與機體的翻修周期相協(xié)調的情況,導致在翻修期內拆卸更換,不僅影響飛機完好率,而且浪費維修經費。要解決這個問題應當從兩個方面入手,一是解決有壽件控制的必要性;二是如果確定有必要控制,則應優(yōu)選延壽方法,合理確定有壽件的壽命指標。

文中應用RCM理論判斷維修方式,從而確定有壽件控制項目,針對不同的機載設備選用不同的方法進行延壽,結合延長壽命指標的原則,得出最為合理的延壽指標。

1 采用RCM理論判斷設備作為有壽件控制項目的必要性

利用以可靠性為中心的維修理論(RCM)的基本觀點制定邏輯決斷圖,通過邏輯決斷,重新確定機載設備的維修方式。定時維修的設備需要有首翻期、翻修間隔期、總壽命指標;視情維修、事后維修的設備原則上可以不定壽命指標。

按照RCM理論的基本觀點,只有具備以下全部條件的機載設備,才需要執(zhí)行定時維修策略。

1)設備功能故障會直接影響飛行安全(A類設備),或影響任務完成(B類設備),或故障后有重大經濟損失(重要的C類設備)。判斷重要度等級應重視利用故障信息,進行機載設備功能故障模式、影響及危害性分析(FMECA),參照文獻[2]中的方法進行。

2)設備故障模式與日歷耗損或工作時間耗損相關,即該故障是由于非金屬材料老化、磨損或金屬材料腐蝕、磨損、疲勞引起的。

3)設備不能按視情維修方式進行維修。為了便于操作和使邏輯決斷流程的思路更加清晰,將設備需要定時維修的3條必備條件分解為若干個框圖,如圖1所示。把有初始壽命指標的機載設備從第1個框圖進行決斷,當決斷到沒有有效的視情維修方式時,才需要采用定時維修的方式。

圖1 定時維修邏輯決斷圖Fig.1 Logic diagram of planned maintenance decisions

2 延長壽命指標的原則

飛機機體都有相關的壽命指標(首翻期、翻修間隔期、總壽命等),作為有壽件的機載設備一般也應具有首翻期、翻修間隔期、總壽命等壽命指標,二者相協(xié)調,則最為合理。延長機載設備壽命指標應采取以下原則:

1)與飛機機體壽命指標相同,即機載設備與飛機同時到壽,這種結果飛機的壽命周期費用最合理,并使飛機的完好率達到期望的水平。比如飛機機體的首翻期為1200飛行小時,翻修間隔期為900飛行小時、900飛行小時,總壽命為3000飛行小時。機載設備最為理想的壽命為首翻期為1200飛行小時,翻修間隔期為900飛行小時、900飛行小時,總壽命為3000飛行小時。

2)若不能與機體同壽,應與飛機的翻修期相同,這種情況可在飛機翻修時更換到壽的機載設備。對于構成不是很復雜,造價不是很昂貴的機載設備,可在飛機翻修期更換。在機載設備壽命不能滿足總壽命3000飛行小時的情況下,壽命指標為1200飛行小時(與首翻期一致)、2100飛行小時(1個首翻期+1個翻修間隔期)等較為合理。

3)若上述兩條均無法達到,則壽命指標最好能與飛機的定期工作間隔期協(xié)調,以便盡可能兼顧飛機的戰(zhàn)備完好性,不過此類指標的機載設備應嚴格控制,數量應盡量少。若機載設備無法滿足以上壽命指標,而飛機定期工作間隔期為每400飛行小時,則壽命指標應為800飛行小時(2個定期工作間隔期)、1600飛行小時(首翻期+一個定期工作間隔期),2500飛行小時(首翻期+1個翻修間隔期+1個定期工作間隔期)等。如果通過各種方法得出壽命指標為1700飛行小時,則設備壽命不合理,需要通過改進設計、改進工藝、更換材料等方式對機載設備進行延壽;若仍無法延壽的,應將壽命定為1600飛行小時。

4)機載設備工作壽命(飛行小時)與日歷壽命(日歷年限)兩者同時使用時,以先達到的指標為準,但兩者應當相協(xié)調。例如:某設備的壽命指標為1200飛行小時/8年,而在實際使用中統(tǒng)計出平均每年的使用時間僅為120飛行小時左右,則日歷壽命指標與工作壽命指標不協(xié)調,應將壽命指標確定為1200飛行小時/10年更為合理。

5)單獨使用工作次數作為壽命指標的機載設備,因在實施中不便于控制,此時工作次數指標應轉換成日歷年限、飛行小時或飛行起落次數。例如,某電磁開關的壽命指標為20000次工作循環(huán),根據實際使用情況可將其指標轉換為1200飛行小時/10年。

3 延壽方法選用優(yōu)化

機載設備延壽常用的方法可分為廠內試驗類、現場信息類和工程分析類等3類8種,如圖2所示。

目前,這些方法大多已經廣泛地應用于機載設備延壽的工程實踐中,并且取得了大量的成果。然而,采用不同方法得出的延壽指標有所不同,如果選用不適當的方法,可能發(fā)揮不出機載設備的壽命潛力,會造成浪費。

上述各種方法都存在自身的優(yōu)點和不足,應當根據設備本身的特點來選用合理的1種或幾種延壽方法。在某型飛機延壽工程中確定了以下原則,按圖3選擇延壽方法:

圖2 設備延壽方法分類Fig.2 Classification of equipment prolong-life methods

1)廠內試驗可以得出可信度最高的壽命指標,對于重要設備(A類設備),優(yōu)先選用廠內試驗法。由于廠內試驗費用較高,一般常選用1～2個樣品作為被試設備。若是現役型號設備,可選用現場使用時間達到或接近初始壽命指標的設備作為樣品,節(jié)省試驗時間和經費。

圖3 機載有壽件綜合決策圖Fig.3 Comprehensive decision diagram of aircraft life-limiting component

2)領先使用的方法是一種較好的延壽方法,且對設備的正常使用影響也較小,在條件允許的情況下,應當通過領先使用的方法對延壽值進行驗證。領先使用進行延壽的設備,原壽命值為t1,延壽至t2(t2＞t1)。考慮到經濟性、安全性和管理方便等因素,可給出臨時翻修期t3(t1＜t3＜t2)。按此方式,不斷延長直至達到預期的壽命水平。

3)若設備有足夠的使用數據,考慮到經濟性,可以選用外場數據統(tǒng)計的方法。

4)檢查方法可以證明設備的延壽潛力,但是很難給出具體數值,可作為輔助的方法與其他方法結合使用。

5)對于有相似產品的設備,參考相似產品給出延壽指標。

6)某些具有薄弱環(huán)節(jié)的設備,通過改善薄弱環(huán)節(jié)的方法延壽設備,改善薄弱環(huán)節(jié)后進行廠內試驗。

7)對無法滿足延壽要求的設備可采用更改設計、改善工藝、更換材料統(tǒng)等技術措施延長設備壽命。

根據以上幾點,可以得出延壽的決策邏輯如圖3所示。

4 工程實例

某型飛機的延壽即是通過決策圖選取的延壽方法,舉例如下。

4.1 某型飛機燃油增壓泵的延壽

對某型飛機開展延壽工程,將機體首翻期從1000飛行小時延長到1500飛行小時,燃油增壓泵的原規(guī)定總壽命為1400飛行小時,延壽目標1500飛行小時。

首先判斷燃油增壓泵的重要度等級為A,因此需要進行廠內試驗,選用已經到壽的2個燃油增壓泵進行試驗。試驗得出可以延壽至1500飛行小時的結論。

4.2 某型飛機液壓柱塞泵的延壽

某型飛機柱塞泵原壽命指標首翻期為350飛行小時,擬延壽至400飛行小時。

該設備的重要度等級為B,有充分的外場使用數據。故障數據統(tǒng)計結果如圖4和圖5所示。

可以初步判斷故障呈對數正態(tài)分布,該設備故障數與裝備總數的比值h=r/n=0.2717,該數據可視為定時截尾數據。用對數正態(tài)分布的參數點估計的方法求出參數μ和σ。

圖4 故障頻率分布Fig.4 Failure frequency distribution

圖5 累積故障頻率直方圖Fig.5 Cumulative failure frequency histogram

由D=0.5396和h=0.2717查正態(tài)分布參數極大似然估計表得g(Z)=0.7488。

由此求得:

得出故障概率密度分布函數為:

該柱塞泵在350飛行小時時的可靠性為F(350)=0.85,由于在一架飛機上有2個泵體,當一個泵發(fā)生故障時,飛機仍然能夠完成飛行任務,系統(tǒng)可靠度為RN=2(350)=0.98,計算RN=2(400)=0.97。由于該泵要求的可靠性水平即為大于0.98,因此,將該泵的首翻期定為350飛行小時是合理的,該設備不適合延壽至400飛行小時。

5 結語

機載設備的延壽工作是一項復雜的系統(tǒng)工程,應充分考慮設備的特點和延壽方法的適用性,選取恰當的延壽方法進行延壽。針對延壽方法繁多且適用條件不同的情況,文中充分考慮各種延壽方法的優(yōu)劣、適用范圍以及設備使用維修特點,提出了此決策方法。該方法首先考慮重要度等級,保證設備使用的安全性,然后通過選用外場數據統(tǒng)計、相似產品、薄弱環(huán)節(jié)的方法進行延壽,對不符合壽命指標要求的設備通過改善薄弱環(huán)節(jié)和采用技術措施進行延壽。為飛機有壽件的延壽提供了一種程序化的方法,能夠較好地解決機載設備的延壽問題,具有較廣泛的工程應用價值。

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Comprehensive Decision Method for Aircraft Life-limiting Components Prolonging Life

CAI Zeng-jie,HAN Xiao
(Qingdao Branch,Naval Aeronautical and Astronautical University,Qingdao 266041,China)

ObjectiveTo determine the prolong-life methods for the life-limited components of aircraft.MethodsBased on the RCM theory,the necessity of the devices of life-limited components control was determined.It should be selected in accordance with the principles of endurance index to select appropriate endurance index.It should be selected the appropriate methods to prolong the life of components according to the characteristics of components and the applicability of prolonglife methods.ResultsThe prolong life decision methods of aircraft life-limited components were worked out.ConclusionIt can solve the problem of prolonging life of airborne equipment better by this decision.

RCM;life-limiting components;prolong-life index;prolong-life method

10.7643/issn.1672-9242.2014.04.010

V241

:A

1672-9242(2014)04-0049-05

2014-04-18;

2014-06-08

Received:2014-04-18;Revised:2014-06-08

蔡增杰(1964—),男,山東文登人,碩士,副教授,主要研究領域為飛機機械系統(tǒng),航空裝備維修方式、飛機有壽件控制。

Biography:CAI Zeng-jie(1964—),Male,from Wendeng Shandong,Master,Associate professor,Research focus:aircraft mechanical systems,aviation equipment maintenance mode,the control of life-limited components of aircraft.