民用飛機(jī)液壓系統(tǒng)安裝維修性設(shè)計(jì)研究

孫曉+李長春+董強(qiáng)

【摘 要】在民用飛機(jī)液壓系統(tǒng)安裝設(shè)計(jì)過程中將維修性納入考慮具有重要的意義。民用飛機(jī)液壓系統(tǒng)安裝維修性設(shè)計(jì)一般包含可視性、可達(dá)性、防差錯(cuò)、通用性和互換性、可拆裝性等方面的設(shè)計(jì)需求。液壓系統(tǒng)安裝設(shè)計(jì)虛擬維修性分析過程包含制定維修性分析任務(wù)計(jì)劃、維修仿真模型建立與仿真開展、虛擬維修性分析結(jié)果的評(píng)價(jià)與建議等，對(duì)維修性設(shè)計(jì)工作具有重要的評(píng)價(jià)和指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】液壓系統(tǒng)，安裝設(shè)計(jì)，維修性，虛擬仿真

0 引言

液壓系統(tǒng)是飛機(jī)上主要的二次能源系統(tǒng)之一，液壓能源傳動(dòng)功率大、響應(yīng)快、抗負(fù)載剛性大、技術(shù)成熟，在各型民用飛機(jī)上普遍使用，主要為飛控系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)以及反推力系統(tǒng)等提供動(dòng)力源，在保證飛機(jī)飛行安全方面占據(jù)著非常重要的地位[1]。飛機(jī)的維修性是飛機(jī)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進(jìn)行維修時(shí)，保持或恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)的能力。民機(jī)液壓系統(tǒng)安裝設(shè)計(jì)維修性的好壞則直接影響到液壓系統(tǒng)安裝生產(chǎn)的效率以及后期檢修、維護(hù)的時(shí)間、成本以及飛機(jī)的出勤率。因此，明確液壓系統(tǒng)安裝維修性設(shè)計(jì)需求，在民機(jī)設(shè)計(jì)過程中將維修性納入考慮之中具有重要意義。

本文結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，概述了民機(jī)液壓系統(tǒng)安裝設(shè)計(jì)方面的維修性需求和虛擬維修性分析方法。

1 液壓系統(tǒng)安裝維修性設(shè)計(jì)概述

現(xiàn)代民用飛機(jī)液壓系統(tǒng)一般采用三套液壓分系統(tǒng)組成冗余架構(gòu)。液壓系統(tǒng)與各用戶（作動(dòng)器）之間通過液壓管路相連接，液壓設(shè)備之間也通過液壓管路連接。液壓系統(tǒng)的安裝設(shè)計(jì)包含液壓設(shè)備及液壓管路的安裝設(shè)計(jì)。液壓設(shè)備主要布置在翼身整流罩及后附件艙中，主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵、電動(dòng)泵、油箱組件、油濾組件、各類閥、蓄壓器、傳感器等、生態(tài)瓶。液壓管路則幾乎遍布于飛機(jī)全身，包含導(dǎo)管、管接頭、緊固件等。

民用飛機(jī)液壓系統(tǒng)安裝維修性需求一般有指標(biāo)性的定量需求，如平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）、每小時(shí)直接維修工時(shí)（MMH/FH）等，還有可視性、可達(dá)性、可拆裝性、互換性、防差錯(cuò)等定性需求[2]。本文主要從定性需求進(jìn)行討論。

2 液壓系統(tǒng)安裝維修性設(shè)計(jì)需求

2.1 液壓系統(tǒng)可視性、可達(dá)性需求

可達(dá)性指在飛機(jī)維修過程中維修人員或維修工具接近各個(gè)部位的難易程度。對(duì)需要檢查和維護(hù)的液壓設(shè)備、管路進(jìn)行安裝設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮可視性、可達(dá)性，一般應(yīng)遵循下列基本原則：

（1）液壓系統(tǒng)的可達(dá)性應(yīng)滿足CCAR25.611的要求[3]。

（2）經(jīng)常拆卸的液壓設(shè)備應(yīng)布置在維修口蓋附近，如油濾組件、生態(tài)瓶等。

（3）液壓地面維護(hù)面板是用于布置液壓能源系統(tǒng)地面維護(hù)工作服務(wù)點(diǎn)的裝置，應(yīng)安裝在飛機(jī)上易于接近的位置。

（4）接頭、開關(guān)應(yīng)盡可能布置在可達(dá)性好的位置上，對(duì)須經(jīng)常拆卸的接頭、開關(guān)應(yīng)設(shè)置專用的口蓋。如液壓保險(xiǎn)一般布置在專用口蓋后面。

（5）需要頻繁目視檢查的設(shè)備應(yīng)布置在無需移動(dòng)面板、覆蓋物或其他器件就能看到的地方。如油箱指示表、蓄壓器壓力表布置在可以觀察的位置，或配置專門的觀察口蓋。

（6）管路連接部分應(yīng)設(shè)置在艙（窗）口或口蓋處，以便于拆裝或更換，但不應(yīng)妨礙艙門、口蓋等活動(dòng)件的工作。

（7）管路應(yīng)排列整齊，盡量避免里外重疊，以便于觀察及維護(hù)。

（8）各類標(biāo)牌應(yīng)布置在維修人員全部可見和可接觸的位置。

2.2 液壓系統(tǒng)安裝防差錯(cuò)設(shè)計(jì)需求

液壓系統(tǒng)安裝防差錯(cuò)設(shè)計(jì)主要包含導(dǎo)管與設(shè)備連接的防差錯(cuò)、導(dǎo)管自身安裝的防差錯(cuò)以及設(shè)備電氣接口連接的防差錯(cuò)。具體考慮如下幾點(diǎn)：

（1）導(dǎo)管是否可能錯(cuò)接入臨近的設(shè)備接口。對(duì)于常用的-04導(dǎo)管（1/4英寸）或-06導(dǎo)管（3/8英寸），由于導(dǎo)管的剛度較小，若設(shè)備的兩個(gè)接口尺寸相同、且相鄰，則導(dǎo)管容易接錯(cuò)。一般通過在設(shè)備接口配置不同角度的管接頭解決該問題。

（2）同一根導(dǎo)管是否可能裝反。某些導(dǎo)管外形近似于軸對(duì)稱或中心對(duì)稱，在安裝時(shí)可以強(qiáng)行裝上，但是存在應(yīng)力安裝。一般應(yīng)避免設(shè)計(jì)成上述形狀的導(dǎo)管。若確實(shí)無法避免，則應(yīng)在導(dǎo)管圖紙上標(biāo)注每個(gè)導(dǎo)管直線段的精確尺寸及導(dǎo)管流向，防止安裝錯(cuò)誤。

（3）液壓設(shè)備電氣接頭連接的防差錯(cuò)。對(duì)于位置相近、接口尺寸相同的設(shè)備，應(yīng)該考慮電氣線路連接的防差錯(cuò)。一般通過連接器鍵位和尾附件的時(shí)鐘區(qū)別，或者利用線纜敷設(shè)路徑、線纜卡箍的位置、線束的長短達(dá)到防差錯(cuò)的位置。

2.3 其他維修性設(shè)計(jì)需求

（1）通用性和互換性設(shè)計(jì)需求。優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的設(shè)備、零組件。與維修有關(guān)的尺寸、螺紋規(guī)格等均應(yīng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。安裝和維修使用的專用工具和設(shè)備種類應(yīng)盡量減少。

（2）可拆裝性需求。需要維修的液壓設(shè)備、導(dǎo)管、管接頭、緊固件等應(yīng)有足夠的拆裝空間，同時(shí)要考慮拆裝工具的操作空間，如扳手、導(dǎo)管壓接工具等的操作空間。拆裝操作應(yīng)該方便快速。如在移出油濾油杯及更換油濾濾芯時(shí)，油濾下方的安裝空間應(yīng)保證油杯移出時(shí)不需傾斜。同時(shí)，在檢查或拆卸任意液壓設(shè)備時(shí)，應(yīng)該不必拆卸其他設(shè)備。

3 液壓系統(tǒng)安裝虛擬維修性分析

維修性分析是維修性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵過程之一。維修性分析工作貫穿于整個(gè)飛機(jī)設(shè)計(jì)過程中，是一個(gè)不斷迭代、不斷深入的過程。維修性分析可以對(duì)設(shè)計(jì)方案或模型進(jìn)行評(píng)判，發(fā)現(xiàn)維修性方面的不足之處，從而加以改進(jìn)和優(yōu)化。

虛擬維修分析是飛機(jī)實(shí)際工程設(shè)計(jì)過程中常用的維修性分析方法。虛擬維修分析是借用產(chǎn)品、工具、人員模型等，根據(jù)維修任務(wù)計(jì)劃，虛擬維修的可達(dá)性、防差錯(cuò)設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化、拆裝性等。液壓系統(tǒng)安裝設(shè)計(jì)虛擬維修性分析的一般流程是：

（1）制定維修性分析的任務(wù)計(jì)劃。根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)特性、維修性需求，確定維修性分析的類別、項(xiàng)目。液壓系統(tǒng)的安裝設(shè)計(jì)一般包含前述可視性、可達(dá)性、拆裝性、防差錯(cuò)等類別和項(xiàng)目，要確保檢查計(jì)劃的完整性、正確性。

（2）維修仿真模型建立與仿真開展。維修場景模型包含分析對(duì)象模型（液壓系統(tǒng)的三維模型）、周邊環(huán)境模型（車間或機(jī)庫環(huán)境，飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)和其他系統(tǒng)模型環(huán)境）、維修設(shè)備和工具模型（扳手、液壓導(dǎo)管的壓接工具等）、維修人員模型。常用的建模和仿真軟件有DELMIA軟件。使用維修仿真軟件，通過操作虛擬人和虛擬維修環(huán)境，實(shí)現(xiàn)各種操作動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)。按照維修性分析的任務(wù)計(jì)劃，完成各個(gè)維修性設(shè)計(jì)目標(biāo)的分析工作。如圖1所示為液壓油濾維護(hù)的可達(dá)性虛擬仿真分析過程。

（3）虛擬維修性分析結(jié)果的評(píng)價(jià)與改進(jìn)建議。分析結(jié)果的輸出要有具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)。例如可達(dá)性分析上，涉及到人體的體型大小、手臂的尺寸，以及一些操作所需要的最小空間等。在可拆裝性分析上，涉及到操作工具的運(yùn)動(dòng)范圍、液壓導(dǎo)管和設(shè)備的尺寸能否滿足進(jìn)出通道限制等。在可視性分析上，涉及到人體的最大視野范圍，頭部的旋轉(zhuǎn)范圍等。通過這些評(píng)價(jià)指標(biāo)，綜合分析產(chǎn)品的維修性，評(píng)價(jià)維修性的好壞，并給出優(yōu)化更改建議。

4 結(jié)論

維修性是民用飛機(jī)的重要質(zhì)量特性之一。本文從實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，概述了民用飛機(jī)液壓系統(tǒng)安裝維修性設(shè)計(jì)需求，重點(diǎn)介紹了液壓系統(tǒng)安裝可達(dá)性、防差錯(cuò)方面的設(shè)計(jì)需求。介紹了液壓系統(tǒng)維修性虛擬分析的流程。對(duì)民用飛機(jī)液壓系統(tǒng)安裝維修性設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義，對(duì)其他系統(tǒng)維修設(shè)計(jì)也有一定的參考價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

[1]韓定邦，楊化龍，夏鶴鳴.民用飛機(jī)液壓能源系統(tǒng)元件的安裝設(shè)計(jì)[J].中國科技信息，2012（19）.

[2]《飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》總編委會(huì).飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：航空工業(yè)出版社，2003.12.

[3]中國民用航空局.CCAR-25R4中國民用航空規(guī)章第25部：運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國民用航空局，2009.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]