田 笑，李 察，胡 偉

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軍用飛機(jī)無維修待命時(shí)間預(yù)計(jì)分析

田 笑1，李 察2，胡 偉1

（1. 中國航空工業(yè)集團(tuán)公司 沈陽飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所；2. 中國人民解放軍駐沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司軍事代表室：沈陽 110035）

針對(duì)目前軍用飛機(jī)無維修待命時(shí)間指標(biāo)尚未開展詳細(xì)預(yù)計(jì)的問題，通過對(duì)影響無維修待命時(shí)間的因素分析，提出非電子產(chǎn)品的非工作失效率外場評(píng)估方法，結(jié)合電子產(chǎn)品的非工作失效率預(yù)計(jì)值，對(duì)軍用飛機(jī)的無維修待命時(shí)間進(jìn)行了詳細(xì)預(yù)計(jì)，并分析了薄弱環(huán)節(jié)，提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

軍用飛機(jī)；無維修待命時(shí)間；非電子產(chǎn)品；失效率；評(píng)估

0 引言

為保障飛機(jī)的戰(zhàn)備完好率，無維修待命時(shí)間已經(jīng)成為軍用飛機(jī)的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)[1-2]。它作為度量軍用飛機(jī)整機(jī)使用可靠性的一個(gè)參數(shù)，是一種使用評(píng)價(jià)的綜合性指標(biāo)，取決于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、執(zhí)行的任務(wù)、維修保障條件、產(chǎn)品初始狀態(tài)等，要求在規(guī)定的使用條件下（包括飛機(jī)使用的自然環(huán)境，飛機(jī)停放條件等），飛機(jī)能做好準(zhǔn)備，保持良好并處于待命狀態(tài)而無須任何維修時(shí)間。國家軍用標(biāo)準(zhǔn)[3-4]也將“無維修待命時(shí)間（al）”列入考核飛機(jī)維修品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。軍用飛機(jī)無維修待命時(shí)間過短會(huì)導(dǎo)致許多非計(jì)劃維修工作的產(chǎn)生，造成飛機(jī)的可用性降低甚至貽誤戰(zhàn)機(jī)[5-6]。目前為止，工程上對(duì)

該指標(biāo)尚未展開全面分析和詳細(xì)預(yù)計(jì)，其內(nèi)涵也處于探討階段，一般通過外場試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，現(xiàn)本文對(duì)其展開探索性研究。

1 無維修待命時(shí)間影響因素

軍用飛機(jī)無維修待命時(shí)間的影響因素主要有設(shè)計(jì)、工藝水平和使用維護(hù)。

如果飛機(jī)在設(shè)計(jì)過程中就考慮到非工作狀態(tài)由自然環(huán)境、氣候和停放條件等引起的環(huán)境應(yīng)力作用，在規(guī)定相應(yīng)的機(jī)載產(chǎn)品環(huán)境考核條件時(shí)予以落實(shí)解決，并且對(duì)于停放期間實(shí)際出現(xiàn)的主要故障模式，如油液滲漏、接觸不良，在相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)更改或補(bǔ)償措施，則可從設(shè)計(jì)上改善飛機(jī)的無維修待命能力；反之飛機(jī)在設(shè)計(jì)上就不

具備較高的無維修待命能力。

工藝水平也是影響飛機(jī)無維修待命時(shí)間的重要因素。如管路連接密封性、電氣連接件接觸是否良好、機(jī)械連接件是否松動(dòng)都與工業(yè)部門的零件加工、部件組裝水平直接相關(guān)。

定期的檢查、維護(hù)和保養(yǎng)對(duì)任何一類裝備的正常使用都很重要，軍用飛機(jī)在一定的日歷時(shí)間和飛行時(shí)間段內(nèi)都需要周期性的檢查和維護(hù)，季節(jié)更替、轉(zhuǎn)換機(jī)場時(shí)也都需要做特定的檢查，按照維護(hù)規(guī)程高質(zhì)量地完成這些工作對(duì)保持飛機(jī)良好的無維修待命能力作用很大。

2 無維修待命時(shí)間預(yù)計(jì)方法

無維修待命時(shí)間指飛機(jī)以規(guī)定的概率進(jìn)入正常的飛行狀態(tài)且無須任何維修的時(shí)間。在本文中定義為飛機(jī)停放一段時(shí)間后能夠進(jìn)入正常飛行狀態(tài)的可靠度，可由無維修待命失效密度函數(shù)()得到。通過分析飛機(jī)無維修待命期間的主要故障模式，發(fā)現(xiàn)失效原因可分為電子產(chǎn)品元器件、接口等接觸不良，非電子產(chǎn)品（結(jié)構(gòu)部件、機(jī)械部件、機(jī)電產(chǎn)品等）的油液滲漏、堵塞等。

電子產(chǎn)品的故障一般為偶發(fā)故障，GJB/Z 108A—2006《電子設(shè)備非工作狀態(tài)可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)》[3]給出了元器件在非工作狀態(tài)下的失效率。它通常由非工作基本失效率與非工作質(zhì)量系數(shù)、環(huán)境系數(shù)、溫度系數(shù)、設(shè)備電源通-斷循環(huán)系數(shù)等調(diào)整系數(shù)的乘積來表示。假定電子產(chǎn)品的壽命服從指數(shù)分布，且各產(chǎn)品的失效是獨(dú)立的，則其無維修待命失效密度函數(shù)()可由產(chǎn)品的失效率預(yù)計(jì)值得出。一般程序如下：

1）先劃分可靠性預(yù)計(jì)單元，后建立系統(tǒng)可靠性模型。所劃分的預(yù)計(jì)單元在電路功能上相對(duì)獨(dú)立，其可靠性模型一般為串聯(lián)結(jié)構(gòu)。

2）計(jì)算元器件的非工作失效率。對(duì)于采用“元器件非工作可靠性詳細(xì)預(yù)計(jì)法”的元器件，按提供的非工作失效率預(yù)計(jì)模型計(jì)算其非工作失效率；對(duì)于采用“元器件非工作計(jì)數(shù)可靠性預(yù)計(jì)法”的元器件，由非工作通用失效率乘以非工作質(zhì)量系數(shù)得到其非工作失效率。

3）將預(yù)計(jì)單元中各種類元器件的非工作失效率相加，得出預(yù)計(jì)單元的非工作失效率。

4）按產(chǎn)品、系統(tǒng)的可靠性模型，逐級(jí)預(yù)計(jì)產(chǎn)品、系統(tǒng)的非工作狀態(tài)可靠性。

對(duì)于非電子產(chǎn)品，目前沒有相應(yīng)的國家軍用標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計(jì)手冊(cè)進(jìn)行非工作狀態(tài)可靠性預(yù)計(jì)，可參考飛機(jī)可靠性評(píng)估方法，根據(jù)相似機(jī)型外場故障數(shù)據(jù)，對(duì)其按產(chǎn)品進(jìn)行無維修待命總體失效率評(píng)估。非電子產(chǎn)品無維修待命失效的主要原因是泄漏、耗損、退化等，其顯著特征是失效率隨時(shí)間遞增，因此失效分布可假定為正態(tài)分布或＞1的威布爾分布，得出產(chǎn)品、系統(tǒng)的失效密度函數(shù)后，先將規(guī)定的可靠度合理分配到各系統(tǒng)，求出各系統(tǒng)的tali，最后用“最小壽命準(zhǔn)則”確定全機(jī)的tal。

假定失效分布為正態(tài)分布時(shí)的計(jì)算公式[1]為

假定失效分布為＞1的威布爾分布時(shí)的計(jì)算公式[1]為

3 非電子產(chǎn)品的非工作狀態(tài)失效率評(píng)估

非電子產(chǎn)品在飛機(jī)無維修待命期間的非工作狀態(tài)失效率評(píng)估的數(shù)據(jù)來源和選取說明如下：

1）對(duì)于新研軍用飛機(jī)，缺少外場故障數(shù)據(jù)，并且其非電子產(chǎn)品在以往型號(hào)基礎(chǔ)上繼承性較強(qiáng)，絕大多數(shù)的基本原理、工藝水平和材料體系變化不大，故可采用以往型號(hào)的外場故障數(shù)據(jù)進(jìn)行非工作狀態(tài)失效率評(píng)估。

2）數(shù)據(jù)來源于外場統(tǒng)計(jì)的故障信息及飛行信息，由于影響無維修待命時(shí)間的主要因素是自然環(huán)境、氣候和停放條件，可分別選取屬于空軍部隊(duì)、寒冷地區(qū)的外場，屬于空軍部隊(duì)、晝夜溫差大干燥地區(qū)的外場，屬于海軍航空兵部隊(duì)、海洋氣候的外場，以保證基本覆蓋飛機(jī)所裝備部隊(duì)的典型自然環(huán)境、氣候和機(jī)棚（機(jī)庫）停放條件。

3）數(shù)據(jù)選取時(shí)間范圍建議為飛機(jī)裝備部隊(duì)的成熟使用期，并且樣本量應(yīng)足夠大。相比于飛機(jī)裝備部隊(duì)早期使用階段，成熟期故障數(shù)據(jù)所包含的因

早期設(shè)計(jì)問題引起的故障和非關(guān)聯(lián)故障較少，并且樣本量更為豐富，能夠更好地對(duì)非工作狀態(tài)失效率給出評(píng)價(jià)。

表1為某型飛機(jī)外場故障數(shù)據(jù)示例，故障發(fā)現(xiàn)時(shí)機(jī)有特定檢查、預(yù)先機(jī)務(wù)準(zhǔn)備、直接機(jī)務(wù)準(zhǔn)備、機(jī)械日、飛行中、飛行后檢查和再次出動(dòng)，去掉與飛行有關(guān)的故障發(fā)現(xiàn)時(shí)機(jī)：飛行中、飛行后檢查和再次出動(dòng)，共有4類非工作狀態(tài)故障。

非電子產(chǎn)品的非工作狀態(tài)失效率采用產(chǎn)品的平均故障率來衡量，工程應(yīng)用中“故障率”的定義為：在規(guī)定的條件和期間內(nèi)，產(chǎn)品的故障總數(shù)與壽命單位總數(shù)之比，實(shí)際上指平均故障率；平均故障間隔時(shí)間則是壽命單位總數(shù)與產(chǎn)品的故障總數(shù)之比。非工作狀態(tài)失效率（非工作）點(diǎn)估計(jì)值為

式中：為無維修待命期間故障次數(shù)；為故障統(tǒng)計(jì)時(shí)間范圍，a；為每飛行小時(shí)直接維修工時(shí)，工時(shí)/飛行小時(shí)；1為飛行時(shí)間，h；2為飛機(jī)每自然年定期檢查維護(hù)時(shí)間，h。

其中，可根據(jù)飛機(jī)試飛或外場實(shí)際使用的點(diǎn)估計(jì)值，一般取為25(維修時(shí)間×人數(shù))/飛行小時(shí)；飛機(jī)定期檢查維護(hù)包括周期性工作、定期檢修工作、特殊檢查和飛機(jī)的保管工作。由于外場實(shí)際工作時(shí)，定期檢查維護(hù)工作與每飛行小時(shí)直接維修工時(shí)重疊較多，定期檢修工作相對(duì)獨(dú)立，可按外場實(shí)際工作天數(shù)估算，加上其他相對(duì)獨(dú)立的維護(hù)工作，2保守估計(jì)一般為20d（480h）。

4 某型軍用飛機(jī)無維修待命時(shí)間預(yù)計(jì)

某型軍用飛機(jī)由5個(gè)系統(tǒng)組成，系統(tǒng)1為以電子產(chǎn)品占絕大多數(shù)的航空電子系統(tǒng)，系統(tǒng)2～5為以非電子產(chǎn)品占絕大多數(shù)的飛控、武器、機(jī)電等系統(tǒng)。如前文所述，系統(tǒng)1的無維修待命時(shí)間服從指數(shù)分布，失效率預(yù)計(jì)值為0.018182個(gè)/d；系統(tǒng)2、3、4的無維修待命時(shí)間服從正態(tài)分布，根據(jù)以往機(jī)型相似產(chǎn)品的外場故障數(shù)據(jù)按照式(5)進(jìn)行評(píng)估，分別為1（52.21, 1.312）、2（80.09, 2.012）、3（40.78, 1.022），系統(tǒng)5的無維修待命時(shí)間服從威布爾分布，形狀參數(shù)為3，尺度參數(shù)為131.58，平均壽命查伽馬函數(shù)表為117.50。

預(yù)計(jì)該型飛機(jī)給定可靠度為0.95時(shí)的無維修待命時(shí)間。首先按照“等分配法”，給各系統(tǒng)分配可靠度為0.99。系統(tǒng)1的無維修待命時(shí)間根據(jù)指數(shù)分布的可靠度計(jì)算公式計(jì)算為*al118.09d；系統(tǒng)2～5按照式(2)和式(4)計(jì)算為：*al231.84d；*al350.05d；*al413.78d；*al562.12d。整機(jī)的無維修待命時(shí)間取各系統(tǒng)無維修待命時(shí)間的最短者，即min{18.09, 31.84, 50.05, 13.78, 62.12}=13.78d。

從以上計(jì)算可看出，飛機(jī)的無維修待命時(shí)間取決于各系統(tǒng)的最低水平，而系統(tǒng)4主要包括以液壓、燃油為主的機(jī)電產(chǎn)品，如何提高這一部分的無維修待命期間的非工作可靠性將是增長全機(jī)無維修待命時(shí)間的關(guān)鍵。

5 增長軍用飛機(jī)無維修待命時(shí)間的一般措施

5.1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

針對(duì)飛機(jī)無維修待命期間的一些主要故障，如液壓、燃油系統(tǒng)產(chǎn)品的跑冒滴漏、卡箍斷裂等故障模式，本文定性地給出一些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以便在工程上應(yīng)用：

1）產(chǎn)品均應(yīng)滿足飛機(jī)環(huán)境技術(shù)要求中的有關(guān)要求，并通過環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)。

2）所有管路、附件應(yīng)能經(jīng)受-55～125℃環(huán)境溫度的作用。

3）氟塑料軟管安裝時(shí)必須保證有適當(dāng)?shù)膹澢霃?，避免扭曲變形，并?yīng)保證與周圍機(jī)件、設(shè)備有足夠的空間，防止產(chǎn)生摩擦。

4）凡在高溫區(qū)和附近可能存在火源的液壓附件與管路均須有隔熱、防火設(shè)計(jì)措施。

5）液壓管路不能作為其他系統(tǒng)設(shè)備、自制附件及其連接件的支撐物。

6）金屬材料和非金屬材料都應(yīng)耐煤油；鎂、銅、鉻及其合金制件禁止用于與煤油直接接觸的燃油系統(tǒng)產(chǎn)品；除經(jīng)防電解腐蝕處理外，異種金屬不

準(zhǔn)用于相互緊密接觸處。

7）金屬材料應(yīng)耐腐蝕，或經(jīng)過處理能夠承受由于燃料、鹽霧、潮濕及大氣條件而引起的腐蝕。

8）燃油導(dǎo)管的設(shè)計(jì)和安裝必須保證在允許的變形和拉伸條件下不漏油；安裝金屬導(dǎo)管時(shí)，不允許彎曲、硬拉或強(qiáng)行裝配。

9）系統(tǒng)中除永久的封嚴(yán)外，不應(yīng)采用錐型螺紋；所有螺紋連接都應(yīng)正確防松或保險(xiǎn)，禁止使用防松墊片、打銷釘和打沖眼；油箱內(nèi)禁止安裝鉛封。

10）應(yīng)嚴(yán)防燃油系統(tǒng)附件和導(dǎo)管內(nèi)結(jié)冰，并防止機(jī)械雜質(zhì)和水經(jīng)通氣管進(jìn)入油箱。

5.2 工藝措施

生產(chǎn)工藝方面，針對(duì)一些電纜和連接器接觸不良，插座插針腐蝕或電性能下降，元器件損壞等故障模式，建議采取的措施如下：

1）為保證運(yùn)輸和存儲(chǔ)，航空電子產(chǎn)品在出廠時(shí)應(yīng)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行包裝，做到防潮、防雨、防振、防霉菌等；

2）電子設(shè)備的接地應(yīng)避免與信號(hào)和電源電路共用接地回路，并應(yīng)對(duì)信號(hào)提供有效屏蔽，避免電磁干擾的影響，或?qū)⑵溆绊憸p到可以接受的程度；

3）裝有電氣元器件的儀表，應(yīng)充以惰性氣體氣密，以提高工作的可靠性；

4）儀表系統(tǒng)（尤其是對(duì)電磁干擾敏感的儀表）的信號(hào)線布線應(yīng)盡量避開電磁干擾較強(qiáng)系統(tǒng)的布線，并應(yīng)采取屏蔽、扭絞措施，以減少電磁干擾；

5）設(shè)備和零件應(yīng)按GJB/Z 457—2001《機(jī)載電子設(shè)備通用規(guī)范》[7]之要求進(jìn)行表面處理，不應(yīng)使用油漆，同時(shí)接地和搭接部位應(yīng)進(jìn)行處理以保證無任何不導(dǎo)電保護(hù)層。

5.3 使用維護(hù)

使用維護(hù)方面，一是要嚴(yán)格按照飛機(jī)的維護(hù)規(guī)程，做好定期維護(hù)檢查工作；二是在環(huán)境改變，如季節(jié)更替、機(jī)場轉(zhuǎn)換時(shí)分析環(huán)境變化可能造成的影響，并落實(shí)相應(yīng)的檢查維護(hù)；三是嘗試建立故障預(yù)測手段，在非工作狀態(tài)多發(fā)故障外場統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，定期對(duì)飛機(jī)相關(guān)系統(tǒng)和產(chǎn)品做特定檢查。

6 結(jié)束語

本文對(duì)軍用飛機(jī)無維修待命時(shí)間的預(yù)計(jì)方法進(jìn)行了探索性研究，給出了非電子產(chǎn)品非工作失效率的一種評(píng)估方法，結(jié)合電子產(chǎn)品的非工作失效率預(yù)計(jì)值，按照最小壽命法計(jì)算得到了給定可靠度時(shí)的軍用飛機(jī)無維修待命時(shí)間，并針對(duì)薄弱環(huán)節(jié)給出設(shè)計(jì)建議和措施。

（References）

[1] 彭海鑫, 周巨元. 直升機(jī)無維修待命時(shí)間的理論研究[J]. 航空學(xué)報(bào), 1991, 10(12): 514-517

Peng Haixin, Zhou Juyuan. A theoretical study on helicopter alert time without maintence[J]. Aeronautical Journal, 1991, 10(12): 514-517

[2] GJB 312.1—1987 飛機(jī)維修品質(zhì)規(guī)范[S], 1987

[3] GJB/Z 108A—2006 電子設(shè)備非工作狀態(tài)可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)[S], 2006

[4] 邱振漢. 淺析直升機(jī)無維修待命時(shí)間[J]. 航空科學(xué)技術(shù), 1995(2): 25-28

Qiu Zhenhan. Analysis of helicopter maintenance free time[J]. Aeronautical Technology, 1995(2): 25-28

[5] Chew S P, Dunnett S J. Phased mission modeling of systems with maintences[J]. Progress in Aircraft Maintenance, 2008, 93(5): 980-994

[6] Kabashkin I. Discrete event model of maintenance free operating time for aerospace basd telematices systems[C]//MMA2004, 2004: 29-31

[7] GJB/Z 457—2001 機(jī)載電子設(shè)備通用規(guī)范[S], 2001

（編輯：馮 妍）

Estimation and analysis of maintenance-free time for military aircraft

Tian Xiao1, Li Cha2, Hu Wei1

(1. Shenyang Aircraft Design & Research Institute, Aviation Industry Corporation of China;2. Military Representative Office of China PLA in Shenyang Aircraft Industry (Group) Co. Ltd.: Shenyang 110035, China)

The estimation of the maintenance-free time for military aircraft is an issue that has not been well studied. In this paper, according to the analysis of the influencing factors, a method is adopted for estimating the failure rate of the non-electrical product. Combined with the failure rate of the electrical products, the maintenance-free time for military aircraft is obtained, the weak factor is identified, and the related design criteria are established.

military aircraft; maintenance-free time; non-electrical products; failure rate; prediction

V271.4; V215.7

A

1673-1379(2016)03-0337-04

10.3969/j.issn.1673-1379.2016.03.019

田 笑（1972—），男，碩士學(xué)位，研究員，研究方向?yàn)榄h(huán)境和可靠性工程。E-mail: tianxiao9511@163.com。

2015-09-24；

2016-05-15

中國航空工業(yè)集團(tuán)航空科學(xué)基金項(xiàng)目“基于多目標(biāo)優(yōu)化的考慮多失效模式的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究”（編號(hào)：20130201001）

http://www.bisee.ac.cn E-mail: htqhjgc@126.com Tel: (010)68116407, 68116408, 68116544