戴安國

（華夏航空股份有限公司，重慶 401120）

0 引言

CRJ900飛機發(fā)生多起風擋/側(cè)窗故障，主要故障現(xiàn)象為裂紋、電弧、WSHLD HEAT/WINDOW HEAT、氣泡以及玻璃劃痕等，還包括鳥擊、STAR LIKE現(xiàn)象等其他原因造成的故障。除玻璃劃痕等意外原因?qū)е麓皯舾鼡Q外，其他情況的更換均與風擋/側(cè)窗加溫系統(tǒng)存在一定程度關(guān)聯(lián)。

1 風擋/側(cè)窗系統(tǒng)介紹

CRJ900飛機風擋/側(cè)窗玻璃結(jié)構(gòu)如圖1所示，從外向內(nèi)結(jié)構(gòu)依次為外層化學鋼化玻璃層-聚氨酯/乙稀基夾層-中間結(jié)構(gòu)層玻璃-聚乙烯夾層-內(nèi)層結(jié)構(gòu)層玻璃。其中外層玻璃與聚氨酯夾層之間布設導電加溫涂層，起加熱防冰作用。外層玻璃是非結(jié)構(gòu)層玻璃，中間和內(nèi)層結(jié)構(gòu)玻璃承擔增壓和鳥撞沖擊負載。

圖1 CRJ飛機風擋/側(cè)窗玻璃結(jié)構(gòu)示意

2 老齡風擋防潮封嚴失效模型

風擋/側(cè)窗故障的主要失效誘因為防潮封嚴退化，其發(fā)展過程如表1及圖2所示。1） 風雨侵蝕及紫外線照射導致防潮封嚴退化、破裂或脫膠。2） 潮氣入侵夾層，紫外線暴露。3） 夾層退化：變色和破裂。4） 分層：夾層從玻璃/塑料上逐漸分離。5） 匯流條退化：變色和破裂。6） 匯流條與導電加溫膜結(jié)合處退化。7） 匯流條與導電加溫膜結(jié)合處不連續(xù)性產(chǎn)生電弧。8） 電弧、局部過熱條件引發(fā)夾層融化形成氣泡、表面損壞導致玻璃層破裂。

圖2 防潮封嚴失效衍化模型示意

自潮氣入侵后至裂紋/電弧發(fā)展主要經(jīng)歷3個典型階段，即封嚴退化潮氣入侵的初起階段；潮氣入侵后各夾層、匯流條和加溫膜退化的漸進緩慢發(fā)展階段；不連續(xù)性產(chǎn)生，電弧燒蝕快速發(fā)展的臨界階段；一旦潮氣入侵后，即為不可逆轉(zhuǎn)趨勢，但防潮封嚴實施有效修復可以顯著延遲匯流條等的退化時間點，進而延長風擋/側(cè)窗的整體使用壽命；而當達到臨界狀態(tài)時，電弧燒蝕已經(jīng)隨時可能發(fā)生，應盡早執(zhí)行風擋/側(cè)窗更換。

由于風擋/側(cè)窗玻璃在加溫/降溫后膨脹收縮，玻璃及各夾層受溫度影響后不同的膨脹/收縮性能而形成熱應力，應力主要分布于外層玻璃的四周，上、下兩邊應力大于左、右兩側(cè)邊緣應力。匯流條與導電加溫膜結(jié)合處為產(chǎn)生熱量最大處，一般即為應力最大區(qū)域，所以離中心位置最近的下部匯流條位置通常是起裂點，裂紋從邊緣向中心或兩側(cè)邊緣擴展。表1是對風擋/側(cè)窗的主要構(gòu)件、其對應的各種故障失效模型、典型表征現(xiàn)象以及需要采取措施的緊急程度的列示。危險等級綠色Green、琥珀色Amber和紅色Red分別對應低、中和高風險，分別以字母G、A和R表示；措施緊急性也區(qū)分為綠Green、琥珀色Amber和紅Red這3種顏色，分別以字母G、A和R表示，紅色為特急類，建議在當天之內(nèi)完成處理；橙色為緊急類，10個日歷日內(nèi)處理；綠色為常規(guī)類，在盡早的維修機會中處理。

表1 風擋/側(cè)窗故障危險及維修緊急性

3 風擋/側(cè)窗故障數(shù)據(jù)分析

統(tǒng)計數(shù)據(jù)納入風擋拆換有效樣本共9個，包括證實的風擋加溫故障、破裂、電弧以及剔除劃痕、鳥擊等意外事件導致的更換樣本。裝機樣本76個，共計85個樣本。由于每個風擋開始工作（裝機）的時間并不一致，即先、后投入使用并且結(jié)束記錄的時間也不同，數(shù)據(jù)為多重截尾數(shù)據(jù)。用于分析的數(shù)據(jù)見表2，右側(cè)刪失數(shù)據(jù)比例為89.4%，故障數(shù)據(jù)和刪失數(shù)據(jù)都包括可靠性信息，應重視刪失數(shù)據(jù)的充分利用。

表2 風擋在翼使用時間（FH）

以上方式也同樣適用于側(cè)窗分析。

采用Python reliability可靠性和lifelines生存分析包進行數(shù)據(jù)分布擬合，共測試80個分布，最佳擬合的前5個分布見表3。根據(jù)表3可知，對數(shù)正態(tài)分布具有最小改進的赤池信息量準則AICc和貝葉斯信息量準則BIC，AD統(tǒng)計量略高，對數(shù)正態(tài)分布參數(shù)=10.164，=0.476，風擋使用時間（TSR）對數(shù)正態(tài)分布的經(jīng)驗分布圖形如圖3所示。

表3 風擋失效分布擬合統(tǒng)計

由于樣本數(shù)據(jù)中存在大量的刪失數(shù)據(jù)，風擋刪失數(shù)據(jù)比例達89.4%，觀察圖3風擋累積分布函數(shù)可知，故障樣本數(shù)據(jù)較少，僅9個，因此對數(shù)正態(tài)分布等參數(shù)方法舍棄了刪失數(shù)據(jù)，并沒有全面反映可靠性信息，對數(shù)正態(tài)分布擬合效果也并不理想。為了更好利用所有數(shù)據(jù)（包括刪失樣本），使用Kaplan-Meier方法進行非參數(shù)估計，以便于直觀的進行生存分析。

圖3 風擋累積分布函數(shù)

風擋使用時間Kaplan-Meier估計生存曲線如圖4所示。

根據(jù)圖4可知，當使用時間在10 000 FH（飛行小時）和16 000 FH時，可靠性數(shù)據(jù)（生存曲線）有顯著突變，龐巴迪（飛機制造廠家）風擋可靠性數(shù)據(jù)MTBUR（平均非計劃拆換時間）為18 207 FH。結(jié)合Kaplan-Meier和廠家可靠性數(shù)據(jù)綜合評估，應在16 000 FH前重點監(jiān)控使用情況，開展必要干預措施。At risk，25個風擋在翼使用時間超過15 000 FH，使用時間超過20 000 FH的為4個。而根據(jù)風擋故障發(fā)展變化模型及實際運行經(jīng)驗表明，早期的干預措施能顯著延后風擋故障時間，而早期干預措施主要目的是預防、控制潮氣突破風擋防潮封嚴的阻礙而進入風擋內(nèi)部。

圖4 風擋使用時間Kaplan-Meier估計生存曲線

4 風擋/側(cè)窗故障工程技術(shù)控制措施

4.1 故障發(fā)展關(guān)鍵階段技術(shù)分析

根據(jù)圖2的防潮封嚴失效衍化模型示意分析，潮氣侵入夾層為后續(xù)故障發(fā)生的關(guān)鍵階段，應努力避免此情況發(fā)生。另外，一旦在潮氣實質(zhì)發(fā)生入侵后，如何減緩潮氣發(fā)展及對內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成影響則是另一個關(guān)注重點。在潮氣對重要結(jié)構(gòu)已經(jīng)產(chǎn)生影響的情況下（匯流條、導電加溫膜及兩者結(jié)合處），應在臨界故障發(fā)生前采取措施，執(zhí)行更換。

4.2 故障控制措施

分析機隊運行面臨的實際狀態(tài)時缺乏CRJ900飛機裝機風擋/側(cè)窗裝機實際狀況統(tǒng)計數(shù)據(jù)，即各風擋/側(cè)窗防潮封嚴完好情況、潮氣是否已入侵、風擋結(jié)構(gòu)是否存在夾層退化、是否存在分層情況以及匯流條和導電加溫膜受潮氣入侵后的變化情況，在數(shù)據(jù)缺失時，僅依據(jù)風擋裝機使用時間很難做出科學合理判斷，因而須對機隊實際裝機風擋/側(cè)窗部件執(zhí)行實際狀況摸底與統(tǒng)計。1） 根據(jù)每個階段故障表征的特點，分別制定如下較為清晰的檢查判定標準。①氣泡檢查：單個氣泡/多氣泡及重復檢查；②匯流條、匯流條與加溫膜結(jié)合處檢查（潮氣入侵）：退化變色、電弧燒蝕檢查；③夾層檢查（潮氣入侵）：退化裂紋、變色、分層；④防潮封嚴檢查：退化裂紋、腐蝕和脫膠檢查；⑤結(jié)合風擋/側(cè)窗潮氣入侵后故障模型及發(fā)展變化特點進行合理間隔，定期檢查防潮封嚴情況，確保正確實施封嚴檢查、修復工作，有效控制初起階段事件發(fā)生；⑥制定清晰標準，重點對較高危險等級項目及緊急程度較高項目定期復查，延緩臨界點到來時間，延長風擋/側(cè)窗在翼使用壽命；針對臨界、高危狀態(tài)風擋/側(cè)窗，預防性更換。2） 飛機維修中的各種檢查工作都應當結(jié)合適當?shù)木S修機會開展工作，否則較長時間的維修工作將導致產(chǎn)生額外的非計劃停場，造成運行中斷。結(jié)合機隊各計劃維修工作間隔，制定控制措施。①CRJ900飛機A檢間隔為800 FH，而密封膠修復耗時達10 h小時以上，為結(jié)合A檢執(zhí)行工作，因而評估每800 FH執(zhí)行風擋/側(cè)窗密封膠（危險等級：緊急，措施緊急性：緊急）的檢查和修復；②CRJ900飛機C檢間隔為4 000 FH，評估每4 000 FH執(zhí)行風擋/側(cè)窗密封膠（危險等級：緊急，措施緊急性：緊急）的檢查和修復；③飛機每日都執(zhí)行例行航后檢查，因此結(jié)合航后工作檢查風擋一般狀況，發(fā)現(xiàn)密封膠有破損時（危險等級：緊急，措施緊急性：緊急）在10個日歷日內(nèi)修復，控制檢查及修復施工質(zhì)量。3） 對使用時間分別高于16 000 FH/12 500 FH（生存比例顯著突變）的風擋/側(cè)窗，每800 FH特別詳細檢查風擋/側(cè)窗狀況；功能測試風擋加溫系統(tǒng)，測量加溫阻值，建立監(jiān)控數(shù)據(jù)；地面加溫方式，檢查確認風擋/側(cè)窗均勻加溫情況，視情更換。4） 航材備件：為達到有效保護率，增加備件。風擋在翼使用時間介于13 000 FH～16 000 FH的數(shù)量為12件，結(jié)合機隊運行情況及機隊分布情況，風擋總數(shù)量至8件，因左側(cè)風擋故障數(shù)量顯著多于右側(cè)風擋，因而左側(cè)風擋備件應略多于右側(cè)。

5 結(jié)語

該文以CRJ900飛機風擋/側(cè)窗數(shù)據(jù)為分析樣本，采用參數(shù)和非參數(shù)方法，對風擋在翼使用進行可靠性及生存分析，得出關(guān)鍵/主要控制時間節(jié)點，并根據(jù)風擋故障發(fā)展變化模型制定主要控制措施。后續(xù)經(jīng)1 年的跟蹤監(jiān)控，機隊風擋/側(cè)窗故障拆換次數(shù)明顯減少，運行保障品質(zhì)顯著提升?？梢婇_展工程技術(shù)工作時，收集數(shù)據(jù)必須充分準確，并需要綜合評估各復雜影響因素，分類分級制定相應技術(shù)措施，以實現(xiàn)預期目標。