■ 蔡彬 / 中國(guó)航發(fā)商發(fā)

由于結(jié)構(gòu)及使用環(huán)境的特殊性，民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)投入運(yùn)行后的持續(xù)適航風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程與民用飛機(jī)有很大的不同。隨著國(guó)產(chǎn)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的項(xiàng)目立項(xiàng)以及研制取證活動(dòng)的加速，相關(guān)證后持續(xù)適航工作急需啟動(dòng)。

航空安全是一種狀態(tài)，即通過(guò)持續(xù)的危險(xiǎn)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)管理過(guò)程，將人員傷害或財(cái)產(chǎn)損失的風(fēng)險(xiǎn)降至并保持在可接受的水平或以下。根據(jù)《中國(guó)民用航空規(guī)章》（CCAR）21.5條，在運(yùn)輸類航空產(chǎn)品運(yùn)行階段若發(fā)生影響飛行安全的故障，航空運(yùn)營(yíng)方和生產(chǎn)廠家必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)報(bào)告監(jiān)管部門(mén)，同時(shí)盡快啟動(dòng)故障原因調(diào)查，確定失效事件的危險(xiǎn)等級(jí)，評(píng)估安全風(fēng)險(xiǎn)，制定糾正措施以及制訂控制計(jì)劃。隨著國(guó)產(chǎn)ARJ支線飛機(jī)的投入運(yùn)行，我國(guó)對(duì)民用航空飛機(jī)及航空發(fā)動(dòng)機(jī)的持續(xù)適航風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估從研究走向?qū)嵺`，逐漸成熟。本文利用持續(xù)適航評(píng)估方法（CAAM），基于一型飛機(jī)增壓泵導(dǎo)線由于發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)摩擦，而導(dǎo)致導(dǎo)線裸露的實(shí)際案例，說(shuō)明了民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)適航評(píng)估的全過(guò)程，揭示了CAAM中5級(jí)危險(xiǎn)等級(jí)情況的實(shí)際運(yùn)用，可為后續(xù)相應(yīng)鄰域持續(xù)適航風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以及建立技術(shù)流程體系等工作提供借鑒，這也是民用航空產(chǎn)品投入運(yùn)行的前提條件。

民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)適航發(fā)展

持續(xù)適航評(píng)估方法委員會(huì)于1991年由美國(guó)航空航天工業(yè)協(xié)會(huì)（AIAA）組織成立，該委員會(huì)開(kāi)發(fā)了用于識(shí)別、優(yōu)先排列和解決民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)適航過(guò)程中安全性相關(guān)問(wèn)題的方法，即持續(xù)適航性評(píng)估方法。持續(xù)適航性評(píng)估方法從飛機(jī)的角度，分析并給出了歷史上由各型發(fā)動(dòng)機(jī)和輔助動(dòng)力裝置（APU）故障引起的飛機(jī)級(jí)事故的發(fā)生原因、頻率和危害程度。美國(guó)聯(lián)邦航空局（FAA）于1994年將CAAM作為其持續(xù)適航安全管理程序的重要組成部分，并于2003年頒布咨詢通告（AC），提出了航空飛行風(fēng)險(xiǎn)水平的可接受標(biāo)準(zhǔn)。

不同于民用航空飛機(jī)，民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的持續(xù)適航風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估具有一定的特殊性。但由于國(guó)內(nèi)尚未有成熟的投入運(yùn)行的國(guó)產(chǎn)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)，故相應(yīng)的工作尚處于起步狀態(tài)，大多仍停留在國(guó)外案例研究階段，未能開(kāi)展實(shí)踐。例如，高艷蕾等基于故障風(fēng)險(xiǎn)分析及評(píng)估方的故障風(fēng)險(xiǎn)分析及評(píng)估方法，介紹了國(guó)外一型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)第8級(jí)壓氣機(jī)盤(pán)斷裂失效故障的風(fēng)險(xiǎn)分析與評(píng)估過(guò)程；顧海健等基于蒙特卡洛仿真并結(jié)合失效概率模型，介紹了國(guó)外一型民用航空飛機(jī)APU 轉(zhuǎn)子非包容失效的持續(xù)適航風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程。

民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)適航評(píng)估方法

根據(jù)國(guó)際民航組織（ICAO）頒布的《適航手冊(cè)》（DOC 9760）的定義，持續(xù)適航過(guò)程指航空器在其使用壽命內(nèi)的任何階段都符合其型號(hào)合格審定的適航要求，并始終處于安全運(yùn)行狀態(tài)。持續(xù)適航的目的包括：及時(shí)準(zhǔn)確判定不安全狀態(tài)，確定這個(gè)不安全狀態(tài)可容忍時(shí)間，以及制定有效的改正、改進(jìn)措施，并發(fā)布必要的強(qiáng)制措施，消除不安全狀態(tài)等。

運(yùn)用民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)適航的評(píng)估方法，開(kāi)展定義失效危險(xiǎn)等級(jí)、評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)、制定并評(píng)估糾正措施等，主要過(guò)程包括如下幾個(gè)步驟。

一是針對(duì)不安全狀態(tài)開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，計(jì)算預(yù)期的失效次數(shù)。先采用威布爾（Weibull）分析法等航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法，獲取發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)部件故障分布函數(shù)，從而建立故障模型；然后采用蒙特卡羅（Monte Carlo）等數(shù)值仿真方法，預(yù)測(cè)此故障預(yù)期的特定時(shí)間范圍內(nèi)失效事件發(fā)生的次數(shù)。

二是定義故障風(fēng)險(xiǎn)的CAAM風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)計(jì)算危險(xiǎn)系數(shù)。通常情況下，利用該故障導(dǎo)致的失效事件的歷史數(shù)據(jù)，計(jì)算出對(duì)應(yīng)CAAM風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的危險(xiǎn)系數(shù)，即該故障導(dǎo)致發(fā)生某等級(jí)危險(xiǎn)事件的頻率或可能性。遇到特殊情況，如缺少歷史數(shù)據(jù)，則可以通過(guò)計(jì)算條件概率等方法等獲取相應(yīng)危險(xiǎn)系數(shù)。基于對(duì)飛機(jī)和人員（乘客及機(jī)組）帶來(lái)的后果的嚴(yán)重程度，CAAM定義了5級(jí)危險(xiǎn)等級(jí)，后果最嚴(yán)重為5級(jí)，反之為1級(jí)，持續(xù)適航風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作需重點(diǎn)關(guān)注并消除危險(xiǎn)等級(jí)在3級(jí)及以上的事件，詳見(jiàn)表1。

三是計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)因子。通過(guò)預(yù)期的失效次數(shù)和危險(xiǎn)系數(shù)，即可計(jì)算出風(fēng)險(xiǎn)因子，即特定危險(xiǎn)等級(jí)的失效事件發(fā)生的次數(shù)，由預(yù)期的失效次數(shù)與危險(xiǎn)系數(shù)相乘便可得出。

四是對(duì)比分析風(fēng)險(xiǎn)因子與相應(yīng)的CAAM風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則表，評(píng)估目前故障所涉及的風(fēng)險(xiǎn)是否可接受或是否需要立即采取措施，詳見(jiàn)表2。例如，短期（60天內(nèi)）風(fēng)險(xiǎn)水平超出CAAM風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則表內(nèi)對(duì)應(yīng)的限制值，則須立即采取措施降低風(fēng)險(xiǎn)，從而控制該風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。

表2 CAAM風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則

以4級(jí)事件為例，按表2中CAAM風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則對(duì)飛行風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行劃分，獲得CAAM4級(jí)事件飛機(jī)飛行風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，如圖1所示。其中，當(dāng)4級(jí)事件風(fēng)險(xiǎn)因子大于0.1，或每次飛行風(fēng)險(xiǎn)大于1×10-9時(shí)，該事件為高風(fēng)險(xiǎn)事件，必須采取強(qiáng)制性措施，降低風(fēng)險(xiǎn)至可接受水平。當(dāng)在圖中頂端水平線之上的區(qū)域時(shí)（每次航班概率大于4×10-6），可以按5級(jí)事件建立近似值。雖然CAAM尚未對(duì)5級(jí)事件正式確定相應(yīng)限制值，但參考3級(jí)及4級(jí)事件相應(yīng)關(guān)系，默認(rèn)5級(jí)事件限制值比相關(guān)的4級(jí)事件限制值小一個(gè)數(shù)量級(jí)；當(dāng)4級(jí)事件風(fēng)險(xiǎn)因子小于1，或每次飛行風(fēng)險(xiǎn)介于4×10-6和1×10-9之間時(shí)，代表了出現(xiàn)了過(guò)量風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)一步關(guān)注，CAAM建議可以采取制造廠家建議的糾正措施，以達(dá)到有效的風(fēng)險(xiǎn)管理；當(dāng)4級(jí)事件每次飛行風(fēng)險(xiǎn)在1×10-9以下，或風(fēng)險(xiǎn)因子小于0.1時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生可能性較小。

圖1 CAAM 4級(jí)事件飛機(jī)飛行風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域

案例分析

對(duì)一架運(yùn)輸飛機(jī)燃油泄漏問(wèn)題的檢查顯示，泄漏是由于管道與管道內(nèi)的增壓泵導(dǎo)線之間，由于發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)引起的摩擦擦傷了絕緣材料，并產(chǎn)生電弧導(dǎo)致管道燒穿，穿透的管道位于燃料箱內(nèi)，因此可能引起燃料箱著火。針對(duì)上述風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行具體分析及評(píng)估，相關(guān)工作如下。

建立故障分布函數(shù)

在本案例飛機(jī)類型上的增壓泵導(dǎo)線常見(jiàn)于所有的型號(hào)，整個(gè)世界范圍內(nèi)涉及大約3000架飛機(jī)。由于可能影響摩擦后果的不同發(fā)動(dòng)機(jī)類型的振動(dòng)特性尚不清楚，因此必須假定機(jī)隊(duì)中的所有飛機(jī)都可能受到影響。

基于研發(fā)數(shù)據(jù)建立導(dǎo)線的威布爾分布函數(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析表明磨損的可能性隨著導(dǎo)線的使用年限不斷增加。通過(guò)此模型，開(kāi)展蒙特卡羅故障仿真，計(jì)算故障發(fā)生概率，經(jīng)過(guò)計(jì)算校驗(yàn)?zāi)Ｐ偷贸鼋Y(jié)論：到目前為止應(yīng)發(fā)生了0.92次管道燒穿，與實(shí)際情況相吻合，證明該模型有效。

判定故障風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

歷史上曾有一架不同型號(hào)的飛機(jī)發(fā)生了一起無(wú)法解釋的災(zāi)難性燃油箱起火，這也是唯一的實(shí)際燃油箱著火導(dǎo)致的5級(jí)事件。雖然該飛機(jī)著火時(shí)停在地面，但許多乘客被燒死，飛機(jī)遭毀壞，該意外的原因沒(méi)有被記錄，但是分析依舊得出結(jié)論認(rèn)為，任何在燃油箱內(nèi)的著火源可能會(huì)導(dǎo)致5級(jí)事件。

計(jì)算故障發(fā)生概率

利用上述模型，結(jié)合機(jī)隊(duì)實(shí)際暴露情況，預(yù)測(cè)運(yùn)行超過(guò)30000h的飛機(jī)極有可能處在裸露導(dǎo)線事件的風(fēng)險(xiǎn)中。盡管目前只有一架飛機(jī)被發(fā)現(xiàn)有燒穿的管道，但分析表明，可能還有76架飛機(jī)在有未檢測(cè)到的暴露導(dǎo)線的情況下運(yùn)行，并在剩余機(jī)隊(duì)役齡中會(huì)出現(xiàn)更多，須立即采取行動(dòng)。

由于沒(méi)有已知的因裸露導(dǎo)線引發(fā)著火事件的歷史經(jīng)歷，因此由研制單位估計(jì)危險(xiǎn)率（裸露導(dǎo)線事件已經(jīng)發(fā)生的情況下著火事件的條件概率Pc），即危險(xiǎn)系數(shù)。保守地估計(jì)，在預(yù)計(jì)的76架導(dǎo)線裸露的飛機(jī)中的1架即將發(fā)生著火事件。利用上述分析建立的模型，計(jì)算出每架飛機(jī)在裸露導(dǎo)線事件發(fā)生后預(yù)計(jì)的暴露飛行時(shí)間，模型預(yù)測(cè)的76架飛機(jī)裸線后累計(jì)飛行小時(shí)數(shù)為624217。因此危險(xiǎn)系數(shù)Pc的估計(jì)值為1/624217，約等于1.6×10-6。

按CAAM要求，需計(jì)算短期（60天）內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)。預(yù)計(jì)此型飛機(jī)在一個(gè)60天內(nèi)平均有341h的飛行，利用威布爾分布模型估計(jì)，在接下來(lái)60天內(nèi)會(huì)發(fā)生6起額外的裸露導(dǎo)線事件。加上機(jī)隊(duì)中原本的76個(gè)潛在裸露導(dǎo)線事件，因此預(yù)期的失效次數(shù)為76+6=82，乘以已有裸露導(dǎo)線事件條件下的概率Pc，得出在未來(lái)60天內(nèi)機(jī)隊(duì)產(chǎn)生5級(jí)事件概率，即風(fēng)險(xiǎn)因子為0.045。

評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)是否可接受

該風(fēng)險(xiǎn)在未來(lái)60天內(nèi)沒(méi)有超過(guò)短期可接受4級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。但是，因?yàn)轭A(yù)測(cè)中的事件后果有很大的傷害，且基于上述分析，可能產(chǎn)生5級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，所以仍舊認(rèn)為應(yīng)立即采取減緩措施。

措施制定與評(píng)估

根據(jù)上面產(chǎn)生的信息，并結(jié)合模型計(jì)算，建立能滿足風(fēng)險(xiǎn)指南的檢查和維修計(jì)劃，并通過(guò)適航指令（AD）發(fā)布：所有飛行小時(shí)大于65000的飛機(jī)在20天內(nèi)檢查和維修；飛行小時(shí)大于55000、小于65000的飛機(jī)在40天內(nèi)檢查；飛行小時(shí)大于45000、小于55000的飛機(jī)在60天內(nèi)檢查；飛行小時(shí)大于38000、小于45000的飛機(jī)在90天內(nèi)檢查；飛行小時(shí)大于25000、小于38000的飛機(jī)在180天內(nèi)檢查；飛行小時(shí)小于25000的飛機(jī)應(yīng)該在其達(dá)到25000飛行小時(shí)做檢查。

上述措施都已通過(guò)模型校驗(yàn)，得出在全面檢查的期間機(jī)隊(duì)有0.09起等級(jí)5的事件。因?yàn)檫@是一個(gè)保守估計(jì)（到目前沒(méi)有事件），這樣的風(fēng)險(xiǎn)結(jié)論對(duì)一個(gè)5級(jí)事件來(lái)說(shuō)是可接受的。

同時(shí)，頒布的AD中用于消除磨損問(wèn)題的糾正措施包含了用特氟龍護(hù)套保護(hù)原來(lái)的導(dǎo)線捆。因?yàn)闆](méi)有時(shí)間證實(shí)糾正措施會(huì)長(zhǎng)期有效，機(jī)隊(duì)需要檢查以確保在未來(lái)維持安全性目標(biāo)。因此基于實(shí)際運(yùn)行情況，AD得到進(jìn)一步修正，要求在新的或上一次更換了導(dǎo)線后，對(duì)管道和導(dǎo)線在30000飛行小時(shí)內(nèi)做檢查。

結(jié)束語(yǔ)

持續(xù)適航的核心在于在事故發(fā)生之前發(fā)現(xiàn)相關(guān)航空產(chǎn)品的安全隱患，并采取有效措施，防止航空事故的發(fā)生。持續(xù)適航過(guò)程的主要任務(wù)并不是追求100%的安全，而是達(dá)到風(fēng)險(xiǎn)可以接受、風(fēng)險(xiǎn)較小或風(fēng)險(xiǎn)可控的狀態(tài)，即確保飛機(jī)每次都在可接受風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域飛行。CAAM方法可以應(yīng)用于民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的持續(xù)適航風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，當(dāng)CAAM未給出某事件的歷史發(fā)生記錄時(shí)，可采用條件概率等方式計(jì)算該事件的危險(xiǎn)系數(shù)。雖然CAAM尚未對(duì)5級(jí)事件正式確定相應(yīng)限制值，即便只滿足4級(jí)事件風(fēng)險(xiǎn)，但仍需綜合考慮實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)的危害性，立即采取減緩措施。我國(guó)的民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠家，在產(chǎn)品投入市場(chǎng)運(yùn)行前，須盡快基于CAAM建立起企業(yè)內(nèi)部的持續(xù)適航風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)體系，保障民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的安全性。