國內(nèi)航空渦軸發(fā)動機(jī)維修保障的若干思考

陳杰 袁亮

摘? 要：隨著國內(nèi)航空渦軸發(fā)動機(jī)裝備數(shù)量持續(xù)增長和深入使用，維修保障工作重要性日益突出。國內(nèi)航空渦軸發(fā)動機(jī)維修保障應(yīng)從構(gòu)建完善的綜合服務(wù)保障體系、發(fā)展數(shù)字化維修與保障、建立通用化維修保障設(shè)計規(guī)范、重視外場數(shù)據(jù)庫建立和應(yīng)用等方面著手，提升維修保障設(shè)計水平，轉(zhuǎn)變維修保障模式。

關(guān)鍵詞：維修保障;數(shù)字化;外場數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：TK441? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著航空裝備技術(shù)水平不斷提升，航空發(fā)動機(jī)的維修保障策略從20世紀(jì)50年代以前的“事后維修”，到60年代的“定期維修”，再到80年代的“視情維修”持續(xù)[1]。目前，美國已經(jīng)建立了相對完善的航空發(fā)動機(jī)維修保障體制，從傳統(tǒng)的三級維修逐漸轉(zhuǎn)到兩級維修[2]。美國具備了較強(qiáng)的維修性和保障性設(shè)計能力，建立了虛擬維修、遠(yuǎn)程維修等先進(jìn)方法，已在第四代戰(zhàn)機(jī)中推廣應(yīng)用[3]。

國內(nèi)航空渦軸發(fā)動機(jī)維修模式主要借鑒早期蘇聯(lián)的計劃預(yù)修體制，仍采用“定期維修”策略。同時由于自主設(shè)計經(jīng)驗(yàn)的缺乏，國內(nèi)渦軸發(fā)動機(jī)在維修性、保障性設(shè)計方面尚不成熟，缺乏系統(tǒng)的體系牽引和具體的方法指導(dǎo)。為了適應(yīng)軍隊(duì)作戰(zhàn)需求、作戰(zhàn)思想和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，縮短與國外的差距，必須提升維修保障設(shè)計能力，轉(zhuǎn)變維修保障模式。

1 維修保障現(xiàn)狀

國內(nèi)航空渦軸發(fā)動機(jī)早期以測仿為主，真正自主設(shè)計從20世紀(jì)80年代開始，起步相對較晚。相比歐美航空大國，我國自主設(shè)計經(jīng)驗(yàn)匱乏，主要體現(xiàn)在4點(diǎn)。1）維修性、保障性設(shè)計理念和規(guī)范不足。2）缺少先進(jìn)設(shè)計方法指導(dǎo)。3）外場數(shù)據(jù)積累不足，未建立完備的故障數(shù)據(jù)庫。4）“廠所分離”導(dǎo)致設(shè)計與制造、保障的脫節(jié)，設(shè)計人員缺乏開展維修性、保障性設(shè)計的內(nèi)在驅(qū)動力。同時，國內(nèi)航空渦軸發(fā)動機(jī)采用“定期維修”維修保障模式，基于零部件的壽命即可靠性規(guī)律而采取的預(yù)防性策略， 并按照固定的修理周期結(jié)構(gòu)安排維修工作。這種維修模式較少考慮發(fā)動機(jī)的實(shí)際負(fù)載、外在因素以及任務(wù)情況，容易導(dǎo)致維修過度和不足[4]。

2 維修保障的思考

針對國內(nèi)航空渦軸發(fā)動機(jī)維修保障存在的問題，借鑒國外維修保障體系建設(shè)的成熟經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展適合國情的維修保障體系和方法。

2.1 構(gòu)建完善的服務(wù)保障體系

為了規(guī)范開展航空渦軸發(fā)動機(jī)全生命周期服務(wù)保障工作，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)業(yè)務(wù)管理程序化，需要建立相應(yīng)完善的組織機(jī)構(gòu)，構(gòu)建完善的服務(wù)保障體系。為了適應(yīng)現(xiàn)階段“廠所分離”的現(xiàn)狀，應(yīng)建立廠所一體化保障機(jī)制，共同制定相關(guān)的體系文件。借鑒歐洲宇航和防務(wù)協(xié)會發(fā)布的S系列等國際先進(jìn)的綜合保障標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范編制一套規(guī)范化、制度化、標(biāo)準(zhǔn)化的體系文件。

2.2 發(fā)展數(shù)字化維修保障

為了配合航空渦軸發(fā)動機(jī)的數(shù)字化發(fā)展趨勢，維修與保障的數(shù)字化已經(jīng)成為不可逆的潮流。目前，美國在數(shù)字化維修方面領(lǐng)先全球，發(fā)展了包括虛擬維修、故障預(yù)測與狀態(tài)管理（PHM）等先進(jìn)設(shè)計技術(shù)，并采用了交互式電子技術(shù)手冊（IETM）、便攜式維修輔助裝置（PMA）和遠(yuǎn)程維修系統(tǒng)等維護(hù)保障措施，大大地減輕了維修負(fù)擔(dān)，降低了使用和保障費(fèi)用，提高了保障效果。

在國內(nèi)的渦軸發(fā)動機(jī)維修與保障方面，數(shù)字化工程仍處于起步階段，需要深入開展研究。虛擬維修設(shè)計方面國內(nèi)開展了初步研究，但仍未在渦軸發(fā)動機(jī)設(shè)計中應(yīng)用，可結(jié)合直升機(jī)短艙結(jié)構(gòu)，從發(fā)動機(jī)布局設(shè)計、維修安全、可視性、可達(dá)性、維修空間和人素工程6個因素進(jìn)行分析，提升維修性設(shè)計能力;故障預(yù)測與狀態(tài)管理技術(shù)仍在逐步摸索，需要與渦軸發(fā)動機(jī)健康管理系統(tǒng)結(jié)合開展研究，以渦軸發(fā)動機(jī)實(shí)時性能計算模型為基礎(chǔ)，輔以部件性能衰減模型和故障診斷模型，建立故障診斷和趨勢預(yù)測方法，實(shí)現(xiàn)視情維修和預(yù)測維修;IETM將內(nèi)容繁雜的操作手冊、維修手冊等信息有機(jī)管理，以最優(yōu)的方式（文字、表格、圖像或者動畫等）展示出來，提高維修技術(shù)人員精確獲取信息速度，加速裝備維修和保障，相對技術(shù)需求較低，正結(jié)合型號特點(diǎn)推廣應(yīng)用;便攜式維修輔助裝置已在外場應(yīng)用，但是功能不全，無法實(shí)現(xiàn)快速讀取和處理數(shù)據(jù)，首先需要開發(fā)外場數(shù)據(jù)快速處理分析的軟件，實(shí)現(xiàn)多架次、多臺份批量飛參/發(fā)參數(shù)據(jù)的同步讀取、分析，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，構(gòu)建數(shù)字履歷，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)控和壽命管理，后續(xù)逐漸納入故障預(yù)測、趨勢分析和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽瑢?shí)現(xiàn)方便快捷的維修保障;遠(yuǎn)程維修目前主要在民用航空（如中國南方航空集團(tuán)的飛機(jī)遠(yuǎn)程診斷實(shí)時跟蹤系統(tǒng)[5]）應(yīng)用，直升機(jī)方面暫未應(yīng)用，隨著新一代直升機(jī)高可靠性和維修性需求，遠(yuǎn)程維修也將成為渦軸發(fā)動機(jī)維修技術(shù)發(fā)展途徑之一。

2.3 開展維修保障設(shè)計研究

針對目前渦軸發(fā)動機(jī)本身的維修性、保障性不足，制定維修性、保障性設(shè)計相關(guān)的規(guī)范，指導(dǎo)和約束研制過程中開展維修性、保障性設(shè)計。1）通用化設(shè)計規(guī)范，包括：設(shè)備接口的通用化設(shè)計、外部管路的通用化設(shè)計、監(jiān)視窗口和檢查設(shè)備的通用化設(shè)計、基礎(chǔ)零配件的通用化設(shè)計和維修工具通用化設(shè)計。2）單元體/LRU設(shè)計規(guī)范，明確單元體/LRU的結(jié)構(gòu)、數(shù)量、拆裝時間等設(shè)計要求。

建立通用化設(shè)計規(guī)范，對維修人員進(jìn)行統(tǒng)一的培訓(xùn)，可以避免每種型號規(guī)范不一造成重復(fù)性培訓(xùn);同時維修人員在維修過程中使用通用的工具和零配件，不用考慮零匹配性問題，不僅大大降低人工成本，同時也提高工作效率。

2.4 外場數(shù)據(jù)庫的建立和應(yīng)用

外場使用數(shù)據(jù)是航空發(fā)動機(jī)研制最寶貴的財富，為總結(jié)研制經(jīng)驗(yàn)、提高設(shè)計水平提供了最有力的支持。目前，國內(nèi)渦軸發(fā)動機(jī)的外場使用數(shù)據(jù)仍未建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，在信息收集和應(yīng)用方面存在較大不足。一方面各型渦軸發(fā)動機(jī)沒有使用統(tǒng)一的參數(shù)記錄規(guī)范，難以實(shí)現(xiàn)大批量數(shù)據(jù)綜合讀取應(yīng)用;另一方面未建立渦軸發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)處理中心，無法實(shí)現(xiàn)外場使用數(shù)據(jù)有效地分析處理。

因此，外場數(shù)據(jù)庫的建立應(yīng)從最基礎(chǔ)的參數(shù)符號標(biāo)準(zhǔn)著手，規(guī)范各型號的數(shù)據(jù)存儲，可通過便攜輔助維修設(shè)備收集數(shù)據(jù)傳輸?shù)交丶墧?shù)據(jù)中心，從而發(fā)送到渦軸發(fā)動機(jī)中央數(shù)據(jù)庫，逐步搭建數(shù)據(jù)庫建立框架。未來可瞄準(zhǔn)空地數(shù)據(jù)傳輸和健康管理等技術(shù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)渦軸發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)實(shí)施傳輸，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控。流程圖如圖1所示。

3 維修保障需重點(diǎn)突破的關(guān)鍵技術(shù)

為加快與國際接軌，面對國內(nèi)渦軸發(fā)動機(jī)維修與保障發(fā)展實(shí)情，梳理需重點(diǎn)突破的關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 外場數(shù)據(jù)快速收集處理技術(shù)

外場數(shù)據(jù)快速收集、處理技術(shù)用于提升外場數(shù)據(jù)處理效率，減輕保障人員工作負(fù)擔(dān)，同時也作為外場數(shù)據(jù)庫的一部分，實(shí)現(xiàn)快速讀取、批量傳輸?shù)交財?shù)據(jù)中心的功能。該技術(shù)包含數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)處理、交互界面、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫?，通過集成故障評定準(zhǔn)則，可擴(kuò)展外場發(fā)動機(jī)故障篩查功能。

3.2 虛擬維修技術(shù)

虛擬維修以數(shù)字樣機(jī)技術(shù)為基本技術(shù)手段，由多個相互聯(lián)系的功能模塊構(gòu)成，主要關(guān)鍵點(diǎn)有人體模型的本土化、面向維修級別的可擴(kuò)展維修資源管理、面向維修品質(zhì)設(shè)計的維修任務(wù)流程管理、維修時間估算和維修性綜合評估。

3.3 健康管理技術(shù)

健康管理是實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)在線健康監(jiān)控的基礎(chǔ)技術(shù)，通過獲取直升機(jī)、渦軸發(fā)動機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)，采用機(jī)載和地面健康管理算法，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)視、故障診斷及預(yù)測、趨勢分析、壽命管理等功能。該技術(shù)主要難點(diǎn)在渦軸發(fā)動機(jī)故障評定準(zhǔn)則和壽命預(yù)測，需加強(qiáng)相關(guān)數(shù)據(jù)庫建設(shè)和算法研究。

3.4 數(shù)據(jù)在線傳輸技術(shù)

該技術(shù)實(shí)時采集渦軸發(fā)動機(jī)性能參數(shù)和工作狀態(tài)參數(shù)，通過空地數(shù)據(jù)傳輸形式實(shí)現(xiàn)渦軸發(fā)動機(jī)狀態(tài)在線監(jiān)測，是未來在線預(yù)測維修的基礎(chǔ)技術(shù)之一。

3.5 通用化維修保障設(shè)計技術(shù)

提高渦軸發(fā)動機(jī)維修保障性能的技術(shù)途徑之一，通過規(guī)范發(fā)動機(jī)接口、維護(hù)工具等減少外場使用、維護(hù)保障難度，提高維護(hù)保障效率。

4 結(jié)語

該文通過分析目前國內(nèi)航空渦軸發(fā)動機(jī)維修保障存在的不足，提出國內(nèi)航空渦軸發(fā)動機(jī)維修保障重點(diǎn)發(fā)展方向，并指出了需重點(diǎn)突破的關(guān)鍵技術(shù)。

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