茍江 周彬

摘要：對(duì)于業(yè)界廣泛探討的航空器老齡化現(xiàn)象，本文提出了不同的理解概念。結(jié)合中國(guó)民用航空飛行學(xué)院的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)指出了通用航空器在老齡化過(guò)程中易發(fā)生的缺陷及隱患，對(duì)通航維護(hù)具有一定參考價(jià)值。最后，闡述了老齡化通用航空器在維護(hù)方面的關(guān)注要點(diǎn)，進(jìn)而提升航空器的運(yùn)行安全性。

關(guān)鍵詞：老齡化通用航空器;維護(hù);隱患

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，航空運(yùn)輸因其能夠提供最快的交通速度，節(jié)約時(shí)間成本，成為越來(lái)越多人的出行選擇和貨運(yùn)選擇。在通航領(lǐng)域，航空器已廣泛應(yīng)用于培訓(xùn)、救援、旅游、電力巡線、護(hù)林等各類(lèi)作業(yè)。航空器經(jīng)過(guò)多年的使用逐漸老齡化，如何在高強(qiáng)度使用的背景下保障航空器的安全運(yùn)行，是值得研究的課題。本文以中飛院上百架飛機(jī)近30萬(wàn)的年飛行小時(shí)為研究基礎(chǔ)進(jìn)行探討，提出針對(duì)性的建議，對(duì)整個(gè)通航業(yè)中老齡航空器的維護(hù)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 “老齡化”的概念

在多數(shù)有關(guān) “老齡飛機(jī)”的文獻(xiàn)中，將運(yùn)行時(shí)間14年作為劃分航空器是否進(jìn)入“老齡”的節(jié)點(diǎn)。本文認(rèn)為這種劃分方式過(guò)于武斷，并不適合所有航空器的運(yùn)行狀況?！袄淆g飛機(jī)”在FAA（還有EASA和CAAC）正式頒布的法規(guī)和咨詢通告中并沒(méi)有明確定義，而僅是FAA經(jīng)過(guò)事故調(diào)查、經(jīng)驗(yàn)積累和多年研究提出的一種說(shuō)法。而民航界通常劃分“老齡飛機(jī)”的14年時(shí)限，極有可能是源于FAR121部AA分部持續(xù)適航和安全改進(jìn)的121.1105條款中的規(guī)定“服役年限達(dá)到或超過(guò)14年的飛機(jī)應(yīng)當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)修理、改裝記錄進(jìn)行檢查和評(píng)估”[1]。中國(guó)民航局飛標(biāo)司潘超提出：“老齡飛機(jī)”并不是使用時(shí)間達(dá)到一定年齡的飛機(jī)，而是指設(shè)計(jì)規(guī)范存在一定缺陷的飛機(jī)。該觀點(diǎn)從不同側(cè)面豐富了“老齡化”的概念。

本文認(rèn)為，“老齡化”對(duì)航空器來(lái)說(shuō)是一個(gè)漸變的過(guò)程，而無(wú)明確的時(shí)間或物理界限。在航空器整個(gè)壽命周期內(nèi)，隨著日歷年限的積累、起落循環(huán)的增加、設(shè)計(jì)缺陷的顯現(xiàn)，維護(hù)人員保持航空器固有可靠性的難度和經(jīng)濟(jì)成本不斷增加的過(guò)程即是老齡化過(guò)程。

2 老齡化通用航空器的隱患

隨著民航業(yè)的發(fā)展，航空器的老齡化現(xiàn)象不可避免。多數(shù)文獻(xiàn)的研究對(duì)象都為運(yùn)輸航空器，而對(duì)通用航空器的關(guān)注度較低。隨著國(guó)家低空開(kāi)放政策的實(shí)施帶來(lái)的通航發(fā)展，未來(lái)我國(guó)通用航空器老齡化現(xiàn)象必然日趨嚴(yán)重。相較于運(yùn)輸航空器，通用航空器有其自身的特點(diǎn)，系統(tǒng)余度和可靠性較低、生產(chǎn)制造和維護(hù)運(yùn)行成本更低。當(dāng)然，相對(duì)應(yīng)的是通用航空器的運(yùn)行環(huán)境更加復(fù)雜，運(yùn)輸航空器通常運(yùn)行在已知的凈空條件良好的航線上，通用航空器更可能運(yùn)行在地形復(fù)雜或生疏的空域，完成復(fù)雜的作業(yè)任務(wù)[2]。

因此，通用航空器老齡化過(guò)程與運(yùn)輸航空器有著相似之處，但也有自身的特點(diǎn)。下文結(jié)合中飛院的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，介紹老齡化過(guò)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(jié)構(gòu)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(shù)語(yǔ)來(lái)源于阿羅哈事故的分析報(bào)告[3]。隨著循環(huán)應(yīng)力的作用，在航空器的蒙皮結(jié)構(gòu)中鉚釘孔邊會(huì)出現(xiàn)多條疲勞裂紋，呈現(xiàn)多處損傷（MSD）的物理特征。這種損傷形式可使結(jié)構(gòu)剩余強(qiáng)度明顯降低，并在短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致裂紋的突然連通，破壞航空器的物理完整性[4]。中飛院運(yùn)行的主流初教機(jī)賽斯納172R于2006年引進(jìn)，普遍運(yùn)行時(shí)間在10000小時(shí)以上，其工作舵面上極易出現(xiàn)該種損傷，如圖1所示。

2.2 高振動(dòng)區(qū)域裂紋

通用航空領(lǐng)域廣泛使用直升機(jī)完成作業(yè)任務(wù)。直升機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)于固定翼飛機(jī)更加復(fù)雜，旋轉(zhuǎn)部件更多，因此帶來(lái)的振動(dòng)問(wèn)題將使更多的部件承受交變載荷。由此使直升機(jī)在老齡化過(guò)程中有更多機(jī)會(huì)產(chǎn)生故障[2]。中飛院在直升機(jī)培訓(xùn)領(lǐng)域使用的主力機(jī)型，如貝爾206BⅢ以及S269C-1均已服役超過(guò)20年，均有在高振動(dòng)區(qū)域產(chǎn)生裂紋的記錄。貝爾206BⅢ型直升機(jī)的尾梁曾出現(xiàn)長(zhǎng)約10cm的裂紋，調(diào)查和分析結(jié)論顯示，尾梁振動(dòng)值超標(biāo)導(dǎo)致尾梁鉚釘結(jié)合部位出現(xiàn)交變應(yīng)力導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。如圖2所示。同樣，S269C-1型直升機(jī)的下部皮帶輪斜撐桿在技術(shù)狀態(tài)檢查中發(fā)現(xiàn)斷裂，如圖3所示。

兩個(gè)案例存在相似特征：1）失效部位接近高速旋轉(zhuǎn)部件。在航空器運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)構(gòu)一直在吸收旋轉(zhuǎn)部件的振動(dòng)能量。2）失效部位均為材料連接處。貝爾206BⅢ型直升機(jī)的裂紋源于鉚釘結(jié)合處，鉚釘孔帶來(lái)的幾何尺寸變化使材料的連續(xù)性受到破壞，從而導(dǎo)致應(yīng)力集中使該處更易產(chǎn)生損傷。S269C-1型直升機(jī)的裂紋產(chǎn)生于焊縫周?chē)?，焊接工藝工程中，結(jié)合處材料經(jīng)受了一次高溫后的自然冷卻，相當(dāng)于熱處理工藝的一次退火過(guò)程。材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化會(huì)使該處的強(qiáng)度有一定的下降，成為損傷的易發(fā)點(diǎn)。

2.3 磨損導(dǎo)致的材料缺失

機(jī)件在使用過(guò)程中不可避免地發(fā)生磨損，且加速磨損的因素很多，如振動(dòng)、潤(rùn)滑不良、工作面被異物污染等，在通用航空器的運(yùn)行過(guò)程中十分普遍。磨損導(dǎo)致材料缺失，機(jī)件幾何尺寸變化，并視其部位不同帶來(lái)一系列問(wèn)題，例如，操縱系統(tǒng)磨損會(huì)帶來(lái)機(jī)構(gòu)間隙，加劇振動(dòng)，降低飛行舒適性;蒙皮蓋板材料缺失會(huì)導(dǎo)致氣動(dòng)外形細(xì)微改變，同時(shí)材料強(qiáng)度也會(huì)降低。這類(lèi)缺陷在中飛院的多型航空器中均有明顯表現(xiàn)，如圖4、圖5所示。

2.4 腐蝕

航空器在整個(gè)壽命周期內(nèi)，無(wú)論處于地面停放狀態(tài)或運(yùn)行狀態(tài)，一定會(huì)受當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境影響。由于通用航空器自身的特點(diǎn)，其飛行高度低，運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，所受影響必然更加顯著。而自然環(huán)境所導(dǎo)致的腐蝕作用會(huì)使蒙皮以及結(jié)構(gòu)的性能變差，造成損傷，從而降低材料的疲勞壽命[5]。在對(duì)退役飛機(jī)檢測(cè)時(shí)，在蒙皮搭接機(jī)構(gòu)中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)蝕坑，該種腐蝕具有極強(qiáng)的隱蔽性，目視檢查無(wú)法發(fā)現(xiàn)。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，大多數(shù)腐蝕情況都發(fā)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(jī)的起落架腐蝕就明顯出現(xiàn)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(dǎo)致水分累積，在航空器運(yùn)行超過(guò)10年后出現(xiàn)點(diǎn)蝕，如圖6所示。

類(lèi)似的情況也出現(xiàn)在貝爾206BⅢ型直升機(jī)的主減A型支架固定螺栓處，由于填充的隔音棉具有較強(qiáng)的吸水能力，在排水通道出現(xiàn)堵塞后，其吸附的水分導(dǎo)致封閉空間內(nèi)形成高腐蝕環(huán)境，從而造成結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重腐蝕，如圖7所示。

2.5 電氣部件老化

航空器的機(jī)齡超過(guò)10年以后，深埋在結(jié)構(gòu)中的電線就開(kāi)始產(chǎn)生裂紋和磨損。這種缺陷最初被航空界忽視。環(huán)球航空公司800次航班的墜毀事故調(diào)查結(jié)果顯示，電線短路所引起的火花造成了中心機(jī)翼油箱爆炸[6]。可見(jiàn)關(guān)鍵部位的導(dǎo)線缺陷可能導(dǎo)致極其嚴(yán)重的后果。有文獻(xiàn)記載，機(jī)齡超過(guò)20年的L-1011飛機(jī)每1000米電線有13個(gè)裂紋，DC9飛機(jī)每1000米電線有1.6個(gè)裂紋。通用航空器的運(yùn)行環(huán)境更加惡劣，導(dǎo)線的老化速度及程度均超過(guò)運(yùn)輸航空器，這在中飛院的貝爾206BⅢ型直升機(jī)上體現(xiàn)的尤為明顯。該型直升機(jī)機(jī)齡超過(guò)30年，雖然飛行時(shí)間不足1萬(wàn)小時(shí)，但機(jī)身鋪設(shè)的Kapton導(dǎo)線已出現(xiàn)嚴(yán)重老化，如圖8所示。

此外，獨(dú)立的儀表設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間使用后，由于元器件老化，即使經(jīng)過(guò)修理或翻修，其故障率也有明顯上升趨勢(shì)。可見(jiàn)電器部件的缺陷及故障在航空器的老齡化過(guò)程中占有較大比重。

3 老齡化通用航空器維護(hù)要點(diǎn)

如前所述，航空器在老齡化過(guò)程中會(huì)表現(xiàn)出諸多典型缺陷。在面臨這些問(wèn)題時(shí)，航空界的關(guān)注點(diǎn)是如何延緩航空器的老齡化過(guò)程，以及在老齡化過(guò)程中如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷并作出處理。多方面的努力都在于保障老齡飛機(jī)的安全運(yùn)行。1998年，F(xiàn)AA宣布成立了運(yùn)輸系統(tǒng)老齡化規(guī)章咨詢委員會(huì)（ATSRAC），其成立后完成了多階段的工作，包括標(biāo)準(zhǔn)化線路施工手冊(cè)的格式，研究小型飛機(jī)電氣線路的老齡化問(wèn)題，協(xié)助減緩飛機(jī)線路老齡化的新技術(shù)的發(fā)展[7]。航空器制造廠家也在積極與運(yùn)營(yíng)單位溝通，完善手冊(cè)維護(hù)內(nèi)容，及時(shí)頒布通告，改進(jìn)老齡化過(guò)程中所出現(xiàn)的缺陷。中飛院在對(duì)待老齡化和航空器的維護(hù)方式上也總結(jié)了許多經(jīng)驗(yàn)。

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(jù)，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(yùn)行環(huán)境及自身狀態(tài)的改變，維修方案的內(nèi)容應(yīng)做出相應(yīng)的修訂。中飛院所運(yùn)行的主力初教機(jī)賽斯納172R在進(jìn)入10000小時(shí)后，維修方案中加入了超越手冊(cè)的檢查內(nèi)容。自增的檢查內(nèi)容集中在日常定檢所不涵蓋的結(jié)構(gòu)件或操縱部件上，如起落架安裝座、機(jī)身內(nèi)部蒙皮、駕駛桿組件U型架、方向舵腳蹬扭力管等。而日歷時(shí)限達(dá)30年的貝爾206BⅢ型直升機(jī)在維修方案中增加了腐蝕控制相關(guān)內(nèi)容，對(duì)重點(diǎn)區(qū)域明確了檢查標(biāo)準(zhǔn)及修復(fù)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(hù)方式帶來(lái)質(zhì)的改變。

3.2 強(qiáng)化維護(hù)細(xì)節(jié)

延緩航空器老齡化過(guò)程不會(huì)對(duì)維護(hù)人員的能力提出極高要求。因此，“維護(hù)作風(fēng)勝于個(gè)人能力”得到了極好的體現(xiàn)。在飛行后，及時(shí)清潔航空器，確保機(jī)身及關(guān)鍵部位無(wú)塵埃及其他腐蝕物累積，能明顯控制腐蝕的加劇過(guò)程。振動(dòng)區(qū)域蒙皮磨損不可避免，在磨損初期如果及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)漆工作，則可避免金屬材料在振動(dòng)磨損中出現(xiàn)缺失。對(duì)航空器所有排水孔進(jìn)行細(xì)致檢查，確保其暢通，能有效避免滑油、液壓油及水分對(duì)機(jī)體可能帶來(lái)的嚴(yán)重腐蝕。一線維護(hù)人員對(duì)航空器的維護(hù)要點(diǎn)的總結(jié)反饋，能形成對(duì)維修方案的有效循環(huán)優(yōu)化。

3.3 優(yōu)化維護(hù)手段

航空制造技術(shù)在不斷發(fā)展，對(duì)應(yīng)的維護(hù)及修理技術(shù)也在進(jìn)步。新理念、新設(shè)備的引入能在保障維護(hù)質(zhì)量的前提下，節(jié)省人力及時(shí)間成本，同時(shí)提供更為準(zhǔn)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(dǎo)線的檢查和排故為例，通航領(lǐng)域仍沿用幾十年來(lái)的目視檢查法。不可否認(rèn)，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(jiàn)的。多年以前的文獻(xiàn)中就已介紹了導(dǎo)線檢查的時(shí)域反射測(cè)量法（TDR）、駐波反射測(cè)量法（SWR）、頻域發(fā)射測(cè)量法（FDR），并且有相關(guān)設(shè)備研發(fā)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(shù)在通航領(lǐng)域的推廣明顯遲滯于運(yùn)輸航空，這確實(shí)是通航領(lǐng)域需要改進(jìn)與完善之處。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文首先討論了航空器老齡化的概念。結(jié)合中飛院的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，說(shuō)明了在“老齡化”過(guò)程中，通用航空器可能出現(xiàn)的典型缺陷及面臨的問(wèn)題。對(duì)于如何減緩航空器的老齡化，以及更好地維護(hù)老齡化的航空器提出了解決措施。最后，對(duì)通航領(lǐng)域發(fā)展的可改進(jìn)之處提出了一些建議。

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