直升機損傷和特殊事件分析方法研究

蘇林

摘要：通過對S3000L規(guī)范進行研究，提出直升機損傷和特殊事件分析的流程和方法，可為合理確定直升機損傷和特殊事件的維修任務提供技術方法和參考。

關鍵詞：直升機;損傷和特殊事件分析;方法

0引言

直升機在運營期間不可避免地會遇到因自然環(huán)境或直升機本身超限使用引發(fā)的特殊事件，如雷擊、鳥撞、沙塵、硬著陸、旋翼超轉等。這些特殊事件可能導致結構損傷、系統(tǒng)功能失效或降低，影響直升機的持續(xù)適航能力。AC-91-11R1《航空器的持續(xù)適航文件》8.2.6.1中規(guī)定，維修任務應包括“可預計的意外損傷的處理（包括但不限于鳥擊、雷擊、水銀泄漏、海水泄漏、重著陸、飛越火山灰、航空器空中機動過載等）”^[1]，由此可見這些可預計的意外損傷的維修任務是直升機維護不可缺少的內容。

損傷和特殊事件分析是確定并量化直升機在役期間可能發(fā)生的特殊事件和損傷，并將結果作為維修任務分析的輸入，用于制定正確合理的維修任務，從而保證當損傷和特殊事件發(fā)生時直升機的持續(xù)適航能力。通過分析，還可以改進直升機系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件的設計方案，使其得到更好的保護，從而優(yōu)化直升機設計。

目前，我國直升機特殊事件維修任務的制定方法還沒有相關的標準，因其往往發(fā)生概率非常低，難以復現(xiàn)，針對這些特殊事件的維修任務也缺乏相關的確定程序。2010年5月，歐洲航天與防務工業(yè)協(xié)會下的綜合后勤保障規(guī)范委員會發(fā)布了S3000L規(guī)范1.0版，2014年7月發(fā)布了1.1版。S3000L是后勤保障分析的國際程序規(guī)范，規(guī)定了裝備在整個壽命周期內開展后勤保障分析的工作流程和工作包、業(yè)務數(shù)據(jù)元素和數(shù)據(jù)模型及信息交換等^[2]。其中S3000L規(guī)范中的第8章?lián)p傷和特殊事件分析給出了特殊事件維修任務的制定方法與程序。本文旨在對S3000L規(guī)范中的第8章?lián)p傷和特殊事件分析進行研究，提出適用于我國直升機損傷和特殊事件的分析方法和流程，以確定更合理更適當?shù)木S修任務。

1分析流程

損傷和特殊事件分析中的損傷不包括固有失效的功能喪失或減退，通常需要制定相應的維修任務。它不同于MSG-3分析中的損傷，MSG-3分析中的損傷是不明顯的，MSG-3分析產(chǎn)生的維修任務是計劃維修任務，而損傷和特殊事件分析中的損傷是明顯的，但分析產(chǎn)生的維修任務是非計劃維修任務。損傷和特殊事件分析中的特殊事件是指直升機在役期間發(fā)生不能被認定為正常使用的事件，可由外部原因（如天氣原因）或內部原因（如超出使用限制）引起^[3]。

損傷和特殊事件分析總的流程如圖1所示。主要包括以下五個部分。

1）基于產(chǎn)品的使用方法，確定需考慮的特殊事件。

2）基于產(chǎn)品的技術方法，確定需考慮的潛在損傷。

3）確定需關注的元素或部件。

4）危害性分析。

5）確定特殊事件引起的維修任務需求。

2分析方法研究

2.1確定特殊事件

開展損傷和特殊事件分析，首先需確定有哪些特殊事件。這個分析過程基于一個簡要的產(chǎn)品使用分析，分析確定不同的可能原因，并確定直升機在壽命周期內每一個使用階段可能發(fā)生的所有特殊事件。

1）確定所有可能產(chǎn)生特殊事件的原因

產(chǎn)生特殊事件的原因可分為內部原因和外部原因。內部原因指事件起因由直升機本身使用引起，如非正常使用、內部功能故障等。外部原因指事件起因與直升機的正常使用無關，主要有自然現(xiàn)象、人為原因、運營環(huán)境、運輸或存儲條件等。表1給出了常見的引發(fā)特殊事件的原因。在開展具體型號分析時，應根據(jù)直升機構型狀態(tài)，考慮直升機的系統(tǒng)設計、運營環(huán)境以及相關的內部功能失效等，列出所有可能產(chǎn)生特殊事件的原因。

2）確定所有使用階段

直升機使用階段通常分為滑行、起飛、爬升、懸停、巡航、下降、進近、著陸、停泊、牽引/運輸、維修、存儲等。表2給出了對各個使用階段的簡要描述。

3）確定不同使用階段可能發(fā)生的特殊事件

確定直升機各使用階段可能發(fā)生的所有特殊事件，可參考相似機型的經(jīng)驗數(shù)據(jù)、直升機系統(tǒng)描述文件、系統(tǒng)安全性評估報告等。

由外部原因造成的特殊事件包括：維修時地面保障設備碰撞到外部蒙皮;準備運輸時貨物裝卸設備碰撞到外部蒙皮;冰雹的多次碰撞;起飛時跑道碎片沖入外部蒙皮內;雷擊等。

由內部原因造成的特殊事件包括：漏水引起的水滯留;地面加油時泄壓閥功能故障造成油箱結構壓力過大;熱空氣的泄漏造成溫度過高;機械零件的意外磨損等。

4）分析特殊事件發(fā)生的可能性

確定特殊事件發(fā)生的可能性，可以使用定量和定性的方法。

定量的方法是基于相似機型的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如世界范圍內的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，或是基于系統(tǒng)安全性評估報告中定義的內部故障引起特殊事件的概率，特殊事件發(fā)生的可能性建議與系統(tǒng)安全性評估報告的五種故障狀態(tài)類別的發(fā)生概率進行對應。

定性的方法是當無法獲得相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)時采用的方法，可以根據(jù)表3所列的特殊事件發(fā)生的可能性進行定性評估。

5）對特殊事件進行分類

根據(jù)由上述步驟確定的特殊事件的發(fā)生可能性，將特殊事件分為有維修需求和沒有維修需求兩類事件。對于沒有維修需求的特殊事件，無需做進一步的分析工作。如果不能準確評估特殊事件的發(fā)生概率，應盡量采用保守的方法將特殊事件歸為有維修需求。判定特殊事件有維修需求的原則是：

a.特殊事件發(fā)生的概率大，或發(fā)生的可能性等級高;

b.特殊事件的發(fā)生可能損害直升機重要部件，或產(chǎn)生較高維修成本。

2.2確定潛在損傷

對已經(jīng)確定具有維修需求的特殊事件，需進一步確定其潛在損傷。該步驟主要是對受特殊事件影響的子系統(tǒng)/部件從使用技術的成熟度以及技術對損傷的敏感性進行評估。

1）確定使用的技術及其成熟度

確定使用的技術及其成熟度，首先需確定受特殊事件影響的所有直升機子系統(tǒng)/部件，然后確定這些子系統(tǒng)/部件使用的技術并對其特點進行描述，最后進行技術成熟度的判定。

技術成熟度評估等級分三級，分別為1級、2級、3級。

1級：表示該技術非常成熟，已用于很多相似項目。

2級：表示該技術成熟，已用于相似項目，但在計劃中的項目中略有更改。

3級：表示該技術完全是新技術，已用于近期相似項目，但有效的反饋很少。

確定技術成熟度等級，可通過收集項目的研制狀態(tài)進行判定。如項目的研制狀態(tài)為沿用技術，則成熟度等級為1;項目的研制狀態(tài)為改型技術，成熟度為2;項目的研制狀態(tài)為新研技術，成熟度為3。

2）技術敏感性評估

技術敏感性評估是在上述步驟確定的受影響子系統(tǒng)/部件及其使用技術的基礎上，分析確定受影響子系統(tǒng)/部件可能發(fā)生的損傷類型，然后就技術對損傷的敏感性進行評估。

損傷類型對于結構項目來說主要有裂紋、斷裂、破裂、磨損、變形、分層、開膠、孔等。對于系統(tǒng)項目，通常是指故障或失效，主要有接不通、打不開、關不上、不指示、不加溫、分辨率下降、輸出異常等。損傷類型可參考子系統(tǒng)/部件的故障模式及影響分析報告以及相似項目的相關數(shù)據(jù)來確定。

損傷類型確定之后，進行技術對損傷的敏感性評估。技術敏感性評估等級分為五級，分別為1級、2級、3級、4級、5級。根據(jù)設計特性、設計文件以及相關的使用經(jīng)驗按五級對技術敏感性等級進行定性的評級。

1級：表示該技術對損傷的敏感性極低，在產(chǎn)品壽命周期內損壞的概率極低。

2級：表示該技術對損傷的敏感性低，在產(chǎn)品壽命周期內損壞的概率低。

3級：表示該技術對損傷的敏感性中等，在產(chǎn)品壽命周期內損壞的概率中等。

4級：表示該技術對損傷的敏感性高，在產(chǎn)品壽命周期內損壞的概率高。

5級：表示該技術對損傷的敏感性極高，在產(chǎn)品壽命周期內損壞的概率極高。

3）確定技術/損傷評估等級

結合已確定的技術成熟度等級和技術敏感性等級，參照表4確定技術/損傷評估等級。

2.3確定需關注的元素或部件

2.1節(jié)和2.2節(jié)所述的兩種方法之間存在聯(lián)系，可以根據(jù)項目的潛在損傷進行描述。

1） 一個相關的特殊事件，可能對使用敏感性技術的項目產(chǎn)生損傷。

2）使用敏感性技術的元素，可能因特殊事件而損傷。

這兩種方法是互補的，可以確定產(chǎn)品生命周期內可能遇到的潛在損傷項目。S3000L規(guī)范中通過以下4個步驟來確定這些潛在損傷項目。

1）步驟一：對已確定的每個特殊事件，在結構分解中確定受影響項目。

2）步驟二：對已確定的每個關聯(lián)技術/損傷，在結構分解中確定受影響項目。

3）步驟三：對前面步驟中確定的結構分解中的每個項目，分析其安裝區(qū)域/設計，評估其對不同威脅的暴露程度。例如，腐蝕的暴露程度取決于結構部件的安裝位置，起落架艙的部件很容易因暴露而腐蝕，而極少打開的密封艙很少因暴露而腐蝕。

步驟三是通過分析受影響項目的安裝區(qū)域和設計特性來綜合評估受影響項目對不同損傷的暴露程度，以綜合評估項目因特殊事件而發(fā)生損傷的可能性。S3000L規(guī)范未明確如何進行暴露程度的評估。這里可以參考MSG-3區(qū)域分析的暴露等級分析方法，分析項目的安裝區(qū)域，同時利用表4中已分析得到的技術/損傷評估等級進行綜合判斷，按暴露程度從小到大分成3個等級。

a.暴露程度?。罕硎卷椖康陌惭b區(qū)域離特殊事件發(fā)生的區(qū)域很遠，且技術/損傷評估等級為1或2。

b.暴露程度中：表示項目的安裝區(qū)域位于特殊事件發(fā)生的附近，且技術/損傷評估等級為1;或項目的安裝區(qū)域離特殊事件發(fā)生的區(qū)域很遠，且技術/損傷評估等級為3或4。

c.暴露程度大：表示項目的安裝區(qū)域位于特殊事件發(fā)生的區(qū)域，且技術/損傷評估等級為1或2或3或4;或項目的安裝區(qū)域位于特殊事件發(fā)生的附近，且技術/損傷評估等級為2或3或4。

3）步驟四：根據(jù)前三個步驟的分析結果，確定每個潛在損傷部件是否需要進一步分析。

通過上述分析可得出項目的暴露程度，對于暴露程度小的項目可認為不需要進一步分析，對于暴露程度中或大的項目則需要進一步分析。

2.4危害性分析

對2.3節(jié)確定的需進一步分析的部件進行危害性分析，對每個潛在損傷項目在產(chǎn)品生命周期里的影響提出下述問題，從而進行危害性評估。

1）損傷會導致安全性水平降低嗎？

2）損傷會導致使用性水平降低嗎？

3）損傷會導致重大的所有權退化嗎？

4）損傷會導致重大的外觀退化嗎？

以上四個問題的答案只要有一個是肯定的就需確定相應的維修任務，若答案均為否定則認為該項目無維修任務需求。

2.5確定維修任務需求

在確定了受特殊事件或潛在損傷影響的重要部件后，需對每一個重要的部件和事件進行維修任務需求分析，從而確定不同的維修任務要求。維修任務可以分為兩類。

1）檢查任務：通過探測、定位、測量或跟蹤每個可能發(fā)生的損傷，如通過目視檢查、操作檢查、功能檢查、詳細檢查等發(fā)現(xiàn)確認損傷程度。

2）修理任務：對通過檢查任務得出的受影響部件的損傷程度采取相應的修理任務，以恢復受損部件的功能，如對受損部件的拆卸和更換任務、修理任務、翻新任務。

由于損傷和特殊事件涉及的部件很多，損傷類型特別復雜，檢查任務形式多樣，當損傷和特殊事件發(fā)生時，不能簡單地完全按照分析結果對所有受影響的部件進行檢查，應根據(jù)事件發(fā)生的實際情況給出合理的判斷依據(jù)，區(qū)分哪些是必須檢查的部件，哪些是當損傷達到某種程度才需檢查的部件，以及在某些情況下可以不檢查的部件。

確定合理的維修任務，需根據(jù)工程經(jīng)驗和特殊事件產(chǎn)生的原因，合理地將檢查任務分成幾個階段。當檢查還未達到當前階段的標準時，則無需進行后一階段的檢查。對于相同或相鄰區(qū)域的相同檢查任務可以進行合并。

3結論

本文對S3000L規(guī)范進行了深入研究，從確定特殊事件、確定潛在損傷、確定需關注的元素或部件、危害性分析、確定維修任務需求五個方面系統(tǒng)地闡述了直升機損傷和特殊事件分析的具體流程和方法。運用該分析流程方法可以更加合理地確定損傷和特殊事件的維修任務。鑒于國內直升機尚無關于損傷和特殊事件分析的相關要求和標準，該流程和分析方法可為今后直升機損傷和特殊事件分析提供技術參考和指導。

參考文獻

[1]中國民用航空局.AC-91-11R1航空器的持續(xù)適航文件[Z]. 2014.

[2]庚桂平.S3000L《后勤保障分析國際程序規(guī)范》介紹[J].航空標準化與質量，2013-3.

[3] S3000L International ProcedureSpecification for Logistics SupportAnalysis LSA[S]. 2014.