■ 張敦煜 何侃/中國(guó)南方航空股份有限公司

0 引言

航空公司采用多種方式對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)性能及狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，如EGT 裕度、振動(dòng)、滑油、孔探檢查等?？滋綑z查是發(fā)動(dòng)機(jī)損傷控制最直觀、最重要的檢查手段之一。

孔探設(shè)備學(xué)名為工業(yè)內(nèi)窺鏡，通過(guò)孔探設(shè)備可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)單元體內(nèi)部損傷狀態(tài)進(jìn)行檢查。常見(jiàn)的損傷缺陷包括裂紋、撕裂、燒蝕、積炭、材料丟失、外來(lái)物等。這些損傷會(huì)在不同程度上影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能、可靠性及燃油經(jīng)濟(jì)性，甚至導(dǎo)致空停。

飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)制造商在AMM 手冊(cè)中針對(duì)部件的損傷類型及損傷程度給出了詳盡的重復(fù)檢查及期限下發(fā)要求。航空公司依據(jù)手冊(cè)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行孔探，根據(jù)損傷結(jié)果制定對(duì)應(yīng)檢查間隔，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部損傷持續(xù)監(jiān)控，直至下發(fā)。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 飛機(jī)下發(fā)統(tǒng)計(jì)

飛機(jī)下發(fā)分為計(jì)劃下發(fā)（SER）和非計(jì)劃下發(fā)（UER）兩大類。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018 年全球CFM56-5B、CFM56-7B 機(jī)隊(duì)非計(jì)劃下發(fā)率分別為50.13%和49.55%。非計(jì)劃下發(fā)給航空公司航班正常運(yùn)營(yíng)、機(jī)務(wù)保障、成本控制等均造成了沉重負(fù)擔(dān)。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)某大型航空公司2013年1 月至2019 年9 月下發(fā)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析（見(jiàn)圖1）發(fā)現(xiàn)，不論是計(jì)劃下發(fā)還是非計(jì)劃下發(fā)，孔探都是導(dǎo)致下發(fā)的主要影響因素。

1.2 孔探現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)普遍采用Word、Excel 或非結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)對(duì)孔探檢查結(jié)果進(jìn)行記錄，損傷描述不規(guī)范、記錄形式因人而異，且一般采用自然語(yǔ)言形式進(jìn)行記錄，檢查報(bào)告僅作為結(jié)果記錄及事后跟蹤調(diào)查。由于沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)范的損傷描述規(guī)則及結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，報(bào)告內(nèi)容無(wú)法直接用于數(shù)據(jù)分析，測(cè)量數(shù)據(jù)可信度低，重復(fù)檢查項(xiàng)目前后連貫性不強(qiáng)，非計(jì)劃下發(fā)比例高。

某航空公司在對(duì)某臺(tái)CFM56-7B 發(fā)動(dòng)機(jī)AOG停場(chǎng)換發(fā)原因的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，下發(fā)原因是由于HPT 葉片損傷測(cè)量不準(zhǔn)確，誤將檢查間隔放寬，導(dǎo)致?lián)p傷擴(kuò)展超標(biāo)。從該臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)HPT 葉片孔探歷史統(tǒng)計(jì)圖（見(jiàn)圖2）不難看出，缺乏有效手段對(duì)孔探檢查的前后連貫性進(jìn)行校驗(yàn)也是該次停場(chǎng)換發(fā)的誘因之一。

圖1 國(guó)內(nèi)某大型航空公司2013～2019年的下發(fā)統(tǒng)計(jì)

2 孔探的標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)化

為解決上述問(wèn)題，某航空公司自2017 年起開(kāi)始對(duì)孔探檢查結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)化記錄，并對(duì)孔探數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)、跟蹤、趨勢(shì)分析及可視化展示。

2.1 構(gòu)建孔探檢查部件層次結(jié)構(gòu)

為統(tǒng)一孔探檢查過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)部件描述，需首先構(gòu)建發(fā)動(dòng)機(jī)孔探檢查部件層次結(jié)構(gòu)。將發(fā)動(dòng)機(jī)部件劃分為單元體、子單元體、部件和子部件四個(gè)層次，然后對(duì)照AMM 手冊(cè)中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)孔探檢查的文字說(shuō)明，構(gòu)建對(duì)應(yīng)機(jī)型發(fā)動(dòng)機(jī)的層次機(jī)構(gòu)。以CFM56-7B 為例，該型發(fā)動(dòng)機(jī)層次結(jié)構(gòu)的大致表示如圖3 所示。

2.2 定義部件損傷描述模板

發(fā)動(dòng)機(jī)部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜且工作環(huán)境惡劣，不同部位部件可能出現(xiàn)的損傷及同一損傷在不同部位需采集的數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，因此需建立損傷模板，對(duì)不同部位的損傷進(jìn)行定義及維護(hù)。

發(fā)動(dòng)機(jī)損傷描述由定性、定位和定量三部分（簡(jiǎn)稱“三定”）組成：定性是指對(duì)損傷具體類型、子類進(jìn)行定義，定位是指對(duì)損傷具體位置進(jìn)行定義，定量是指對(duì)損傷尺寸進(jìn)行定義。

對(duì)CFM56-7B HPT 葉片裂紋而言，結(jié)合AMM 手冊(cè)規(guī)定，其定性、定位及定量模板信息如表1 所示。表1 所列模板內(nèi)容在孔探報(bào)告制作頁(yè)面表現(xiàn)為下拉菜單或所需填寫的測(cè)量數(shù)據(jù)文本框，其具體表現(xiàn)形式見(jiàn)孔探檢查結(jié)果錄入部分。

2.3 孔探檢查結(jié)果錄入

部件檢查結(jié)果錄入由損傷“三定”信息和部件檢查結(jié)論兩部分組成，如圖4 所示。

損傷“三定”下拉菜單數(shù)據(jù)及要求的相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)自損傷模板定義部分。

部件檢查結(jié)論分為6 個(gè)等級(jí)，各等級(jí)相關(guān)解釋如下。

1）“Accept with No Further Action Required”表示部件上出現(xiàn)了損傷，損傷程度很小，無(wú)需采取進(jìn)一步措施。

2）“Accept with Reduced BSI Interval”表示部件出現(xiàn)了損傷，損傷程度與上一次內(nèi)窺檢查相比有進(jìn)一步惡化，根據(jù)維修手冊(cè)要求需要縮短內(nèi)窺重復(fù)檢查間隔。

3）“Accept with Continue BSI Interval”表示部件損傷與上一次內(nèi)窺檢查結(jié)果相比沒(méi)有明顯惡化，尚未達(dá)到手冊(cè)要求的縮短內(nèi)窺檢查的標(biāo)準(zhǔn)，采取和上一次內(nèi)窺檢查一樣的重復(fù)檢查標(biāo)準(zhǔn)。

4）“Accept with CIS Limit”表示損傷比較嚴(yán)重，損傷尺寸達(dá)到了維護(hù)手冊(cè)要求的期限換發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，需要按照手冊(cè)要求在規(guī)定的飛行循環(huán)/小時(shí)內(nèi)完成換發(fā)工作。

5）“Reject”表示損傷嚴(yán)重，超出了手冊(cè)允許的損傷尺寸范圍，需要立即換發(fā)。

圖2 某臺(tái)CFM56-7B發(fā)動(dòng)機(jī)HPT葉片孔探檢查歷史統(tǒng)計(jì)

圖3 CFM56-7B發(fā)動(dòng)機(jī)層次結(jié)構(gòu)

表1 HPT葉片裂紋“三定”示例

6）“To be Determined”表示損傷情況復(fù)雜，無(wú)法依據(jù)手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)給出對(duì)應(yīng)結(jié)論，檢查結(jié)果結(jié)論待定，需要進(jìn)一步與發(fā)動(dòng)機(jī)制造商確定檢查結(jié)論。

除此以外，孔探人員還需填寫下次檢查的小時(shí)/循環(huán)間隔、對(duì)比損傷發(fā)展趨勢(shì)、上傳對(duì)應(yīng)部件檢查照片等。

2.4 數(shù)據(jù)校驗(yàn)

在提交孔探報(bào)告后，需對(duì)報(bào)告關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，對(duì)損傷測(cè)量值和檢查間隔進(jìn)行校驗(yàn)。

若檢索發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中已存在該臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在該部位的損傷描述，則將本份記錄與歷史記錄進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)不通過(guò)的損傷描述無(wú)法提交，需重新測(cè)量或修改上一次孔探檢查結(jié)果。校驗(yàn)公式為：

其中，dn指本次檢查測(cè)量的損傷數(shù)據(jù)；dp指上次檢查測(cè)量的損傷數(shù)據(jù)；δ指損傷測(cè)量允許的誤差閾值，一般取值范圍為-8%～-5%。

同時(shí)，對(duì)本次孔探檢查結(jié)論中建議的重復(fù)檢查間隔與上次檢查結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，若本次孔探輸入的檢查間隔大于上次輸入的檢查間隔，則對(duì)工作者進(jìn)行提醒，建議其對(duì)本次檢查間隔結(jié)論進(jìn)行校驗(yàn)。

通過(guò)以上數(shù)據(jù)的校驗(yàn)，可有效提高孔探人員損傷測(cè)量的準(zhǔn)確度，并保證重復(fù)檢查項(xiàng)目前后連貫，符合損傷發(fā)展一般規(guī)律。

3 發(fā)動(dòng)機(jī)硬件健康管理

3.1 機(jī)隊(duì)健康狀況概覽

某航空公司機(jī)隊(duì)規(guī)模龐大，擁有各型發(fā)動(dòng)機(jī)15 種，機(jī)隊(duì)規(guī)模超1400 臺(tái)，分布在全國(guó)20 家分子公司運(yùn)營(yíng)，因此需要一種有效的方法對(duì)各型發(fā)動(dòng)機(jī)健康情況進(jìn)行總體把控，并對(duì)健康狀況較差的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行重點(diǎn)跟蹤。

根據(jù)部件損傷程度的不同，AMM手冊(cè)制定了對(duì)應(yīng)的重復(fù)檢查及下發(fā)間隔，可以用檢查間隔來(lái)衡量發(fā)動(dòng)機(jī)不同單元體及部件的健康程度。

圖4 部件檢查結(jié)果錄入頁(yè)面

首先， 根據(jù)AMM 手冊(cè)將發(fā)動(dòng)機(jī)健康狀態(tài)分為重復(fù)檢查類（Repeat Inspection） 和規(guī)定期限內(nèi)下發(fā)類（Continue In Service Limit）。重復(fù)檢查類是指單元體及部件沒(méi)有損傷或損傷并不嚴(yán)重，根據(jù)損傷情況及對(duì)應(yīng)的手冊(cè)要求，需每隔一段時(shí)間對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)單元體進(jìn)行重復(fù)檢查以確認(rèn)損傷有無(wú)擴(kuò)展，若損傷進(jìn)一步惡化，則需對(duì)檢查間隔進(jìn)行縮短或在指定期限內(nèi)下發(fā)。規(guī)定期限內(nèi)下發(fā)類是指檢查發(fā)現(xiàn)單元體或部件損傷嚴(yán)重，已接近適航容許極限，需按手冊(cè)要求在規(guī)定的小時(shí)或循環(huán)內(nèi)將發(fā)動(dòng)機(jī)拆下。

其次，根據(jù)手冊(cè)內(nèi)容對(duì)重復(fù)檢查類和規(guī)定期限內(nèi)下發(fā)類進(jìn)行細(xì)分?？傮w細(xì)分原則為按手冊(cè)提供的間隔進(jìn)行定義。需要說(shuō)明的是，工程師可根據(jù)實(shí)際工程管理需求，對(duì)間隔進(jìn)行一定程度的改進(jìn)，表2 所示為CFM56-7B 發(fā)動(dòng)機(jī)可供參考的分類標(biāo)準(zhǔn)。

最后，基于結(jié)構(gòu)化的孔探檢查結(jié)果及硬件健康狀態(tài)間隔標(biāo)準(zhǔn)表，統(tǒng)計(jì)當(dāng)前各間隔標(biāo)準(zhǔn)下對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)及各單元體部件對(duì)應(yīng)檢查間隔下的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)，如圖5 所示。

通過(guò)圖5 的機(jī)隊(duì)健康狀態(tài)概覽點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)單元格數(shù)字，可顯示出指定部件在對(duì)應(yīng)檢查間隔下的發(fā)動(dòng)機(jī)詳細(xì)信息清單列表，點(diǎn)擊列表中對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)序號(hào)，可顯示該臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)損傷“三定”信息、檢查間隔及對(duì)應(yīng)的孔探照片等。

3.2 單機(jī)健康管理

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)使用超過(guò)一定小時(shí)循環(huán)后，各單元體內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)不同程度的損傷，需對(duì)單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)各單元體健康狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)控，因此有必要對(duì)不同型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行建模，并利用孔探標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)對(duì)單元體健康狀態(tài)進(jìn)行可視化展示。

首先，對(duì)AMM 手冊(cè)孔探檢查部分涉及的發(fā)動(dòng)機(jī)單元體進(jìn)行幾何建模，利用幾何模型構(gòu)建發(fā)動(dòng)機(jī)各單元體示意圖。

其次，利用面積百分比填充的方法表示對(duì)應(yīng)單元體健康狀態(tài)。若單元體檢查正常，沒(méi)有損傷，則單元體幾何圖形100%填充；若單元體檢查發(fā)現(xiàn)缺陷，則按一定比例對(duì)單元體進(jìn)行填充?？傮w填充原則為：損傷越嚴(yán)重填充比例越低，反之亦然。

表2 CFM56-7B發(fā)動(dòng)機(jī)孔探硬件健康狀態(tài)間隔標(biāo)準(zhǔn)表

圖5 CFM56-7B發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)隊(duì)健康狀態(tài)概覽

圖6 CFM56-7B發(fā)動(dòng)機(jī)單機(jī)健康狀態(tài)展示

該部分具體實(shí)現(xiàn)效果如圖6 所示。根據(jù)手冊(cè)可知，CFM56-7B 發(fā)動(dòng)機(jī)孔探涉及的單元體有LPC、HPC、CC、HPT、HPTN 和LPT。通過(guò)讀取孔探標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的檢查間隔信息，將檢查間隔按面積百分比填充。該方式可直觀顯示對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的健康狀態(tài)。

4 總結(jié)

通過(guò)對(duì)孔探報(bào)告錄入過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)化處理，可有效保證檢查結(jié)果的準(zhǔn)確性及孔探檢查的前后連貫性。同時(shí)，由于實(shí)現(xiàn)了孔探檢查的全過(guò)程數(shù)字化，可直接從孔探標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫(kù)提取各維度數(shù)據(jù)?；诳梢暬ぞ?，把握機(jī)隊(duì)總體健康狀態(tài)，重點(diǎn)關(guān)注監(jiān)控使用發(fā)動(dòng)機(jī)各單元體檢查間隔及損傷發(fā)展趨勢(shì)，預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)下發(fā)時(shí)間，動(dòng)態(tài)調(diào)整換發(fā)計(jì)劃，從而有效降低非計(jì)劃下發(fā)率。