適航規(guī)章中維修性設(shè)計條款要求的研究

■ 張磊 孫濱 李程文/ 中國民用航空沈陽航空器適航審定中心 哈爾濱哈飛航空工業(yè)有限責任公司

0 引言

民用航空器（以下簡稱民機）的維修性是指航空器通過維修恢復(fù)其適航性的難易程度，是設(shè)計時就賦予的一種固有屬性。在民機研制過程中，維修性設(shè)計直接影響民機投入運行后的安全性和經(jīng)濟性，在一定程度上影響著民機的市場競爭力。據(jù)統(tǒng)計，在民機全生命使用過程中，維修成本占運營成本的比例已經(jīng)超過40%，而維修成本的70%～80%在設(shè)計階段就已經(jīng)決定，因此，規(guī)范有效地開展民機維修性設(shè)計評估和驗證顯得尤為重要。

目前，我國現(xiàn)行的適航規(guī)章中對民機維修性的要求零散地分布在幾個條款中，還沒有提出系統(tǒng)明確的要求，缺少專門的民機維修性設(shè)計規(guī)范，缺少有效可行的維修性設(shè)計評估與驗證方法[1]。因此，在適航審定過程中還需建立完善的維修性設(shè)計符合性驗證方法，彌補維修性設(shè)計在適航審定方面存在的薄弱環(huán)節(jié)。

1 適航規(guī)章中的維修性設(shè)計條款要求

根 據(jù)CCAR 第23.611 條、25.611條、25.1719 條關(guān)于可達性措施的要求，以及27.611 和29.611 條關(guān)于檢查措施的要求，維修性設(shè)計是航空器型號設(shè)計過程中必須考慮的內(nèi)容，直接關(guān)系到航空器投入運行后的使用維修和飛行安全。

CCAR-23/27/25/29 部關(guān)于維修性的條款在技術(shù)上基本一致，因此，本文將以CCAR-23 部規(guī)章中的維修性條款為例進行研究。CCAR-23 部結(jié)構(gòu)章節(jié)的疲勞評定涉及的571、572、573、574、575 條款，實質(zhì)上是關(guān)于疲勞和損傷容限分析出的強制報廢任務(wù)和檢查任務(wù)，得出的維修任務(wù)和間隔納入維修手冊04 章適航限制章節(jié)，是局方批準并且需強制執(zhí)行的維修任務(wù)。D 章的設(shè)計與構(gòu)造中的23.611 可達性措施是關(guān)于維修性設(shè)計總體的一個條款，23.689 和23.901 條款的維修性設(shè)計要求實質(zhì)上已包含在23.611 條中。G 章的使用限制和資料中的23.1529 條和附錄G 關(guān)于持續(xù)適航文件的要求，是關(guān)于維修類手冊的一個全面要求。因此，與維修性設(shè)計相關(guān)的條款主要是23.611 條可達性措施和23.1529 條持續(xù)適航文件，如表1 所示，下面對這兩個條款做重點闡述。

表1 CCAR-23部中維修性設(shè)計相關(guān)條款[3]

1.1 23.611 條可達性措施條款解讀

本條款要求對需要維護、檢查或其他保養(yǎng)的每個部件，必須在設(shè)計中采取適當?shù)拇胧?，主要包括為檢查、調(diào)整、潤滑、修理和更換飛機系統(tǒng)、設(shè)備以及重要結(jié)構(gòu)部位所采用的工具及其操作提供充分的空間和通路。本條的要求主要是為執(zhí)行飛機持續(xù)適航相關(guān)的維修任務(wù)提供基礎(chǔ)，以便在飛機投入使用后，能夠?qū)σ恍┲匾Y(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、機載設(shè)備等進行必要的檢查維護工作，在飛機型號設(shè)計過程中，應(yīng)開展全機維修通道設(shè)計，結(jié)合以往型號設(shè)計經(jīng)驗，綜合考慮各結(jié)構(gòu)設(shè)備的維護需求和安裝位置進行可達性分析，設(shè)置必要的可接近維護口蓋并進行標記。該條款本質(zhì)上是航空器的維修性設(shè)計要求，要求在設(shè)計過程中考慮維修性，保證進行航空器維修工作時具備良好的可達性和可操作性等。

1.2 23.1529 條持續(xù)適航文件條款解讀

關(guān)于持續(xù)適航文件的條款解讀和評審要點，可參考2020 年9 月筆者在《航空維修與工程》適航專欄發(fā)表的《航空器持續(xù)適航文件（ICA）的編制和評審要點》[4]，在此不做過多詳述。

2 國內(nèi)民機維修性設(shè)計工作開展情況

航空器設(shè)計制造廠家在研發(fā)階段雖有維修性設(shè)計的考慮，但目前在相關(guān)型號的適航審定過程中還沒有開展切實有效的維修性設(shè)計評估和審查工作，維修性設(shè)計在適航審定方面還存在薄弱環(huán)節(jié)。國內(nèi)小飛機廠家對維修性設(shè)計專業(yè)的重要性認識不足，在維修性設(shè)計、維修任務(wù)工程分析和持續(xù)適航文件編制與驗證方面能力不足，嚴重制約了國產(chǎn)通航小飛機產(chǎn)業(yè)發(fā)展。國內(nèi)運輸類飛機制造廠家在維修性設(shè)計方面也存在一定問題，由于設(shè)計本身原因?qū)е碌牟豢删S修、維修困難、維修手冊使用困難等問題依然存在。這些問題的出現(xiàn)都反映了航空器制造廠家在維修性設(shè)計工作方面存在薄弱環(huán)節(jié)。因此，有必要從設(shè)計源頭和適航審定角度考慮型號全生命周期的維修性設(shè)計問題，以保障航空器投入運行后的維修性、可靠性、持續(xù)適航性和安全性。

近年來，適航審定部門在相關(guān)機型的型號合格審定審查組中增設(shè)了維修人為因素專業(yè)組，開展型號的維修性設(shè)計評估工作，在相關(guān)型號概念設(shè)計的早期就開始介入維修性設(shè)計的評估工作。目前，相關(guān)主機設(shè)計制造廠家也相繼成立了客戶服務(wù)部，設(shè)置了維修工程部和技術(shù)出版物部，專職開展維修工程分析以及持續(xù)適航文件的編寫和驗證工作。

在航空器維修程序驗證方面，從AC311 系列直升機的審查工作開始，局方要求廠家對維修手冊中所有的維修程序進行驗證，以確保持續(xù)適航文件的準確性和可操作性。經(jīng)過近幾年審查工作的開展，航空器設(shè)計制造廠家在維修程序驗證方面積累了一定的經(jīng)驗，但由于缺乏維修程序驗證技術(shù)系統(tǒng)性的工程實踐，在維修任務(wù)驗證方面的工作完成得并不全面。目前，行業(yè)內(nèi)還沒有針對維修程序驗證的指導(dǎo)性文件。

3 維修性設(shè)計的符合性驗證方法

深入開展先進維修性設(shè)計審定技術(shù)領(lǐng)域的預(yù)先研究、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和型號工程配套基礎(chǔ)技術(shù)研究，形成國內(nèi)民機先進維修性設(shè)計技術(shù)體系，為民機的研制、適航審定和商業(yè)運行提供技術(shù)保證。本文根據(jù)相關(guān)型號的適航審查實踐，以23.611 條“可達性措施”為例進行條款符合性驗證方法研究。

3.1 可接受的符合性方法

23.611 條“可達性措施”條款的符合性驗證，一般采用說明性文件、分析計算及航空器檢查的驗證方法，如表2所示。

表2 23.611條建議的條款符合性驗證方法

1）MC1 說明性文件

該條款為說明性文件，主要為機體結(jié)構(gòu)和各系統(tǒng)安裝圖紙、系統(tǒng)設(shè)備描述文件，對有維修需求的各個對象的可達性措施進行說明，初步判斷維護操作的可接近性和易操作性。

2）MC2 分析/計算

該條款是對機體結(jié)構(gòu)和各系統(tǒng)進行維修性分析，編制維修性分析報告，主要關(guān)注需要檢查、維護或更換的零件或設(shè)備的可達性，以及是否有足夠的工具操作空間等。

3）MC7 航空器檢查

該條款是按照各個對象相應(yīng)的機上檢查大綱對其進行機上檢查，以說明在規(guī)定的檢查周期使用持續(xù)適航文件中規(guī)定檢查措施對需要檢修維護的部位進行檢查是切實可行的，以此表明相關(guān)結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)設(shè)備的可達性措施符合條款要求。維修性驗證工作的目的是驗證飛機、系統(tǒng)、設(shè)備是否滿足在預(yù)期運行環(huán)境下的需求，可使用的兩種基本方法是維修性檢查和演示試驗。

隨著數(shù)字樣機和虛擬現(xiàn)實（VR/AR）等技術(shù)的發(fā)展，未來維修性設(shè)計的維修仿真分析，可在數(shù)字樣機初步仿真分析的基礎(chǔ)上，利用虛擬現(xiàn)實（VR/AR）技術(shù)將產(chǎn)品的數(shù)字樣機交互映射到虛擬現(xiàn)實環(huán)境中，通過穿戴VR/AR設(shè)備能夠沉浸式體驗維修環(huán)境，模擬維修人員的維修動作，且系統(tǒng)具備碰撞檢測等能力，以對產(chǎn)品的可視性、可達性、維修空間等進行檢驗，對民機維修性設(shè)計進行全面系統(tǒng)地評估和驗證（見圖1、圖2）。

圖1 在虛擬現(xiàn)實（VR）場景中的虛擬維修驗證

圖2 在增強現(xiàn)實（AR）場景中的虛擬維修驗證

3.2 審查要點

審查中需要關(guān)注的一般要素和審查重點如下：

1）確定需要進行維護、檢查或其他保養(yǎng)的部件；

2）對應(yīng)的維護口蓋/維護通道的設(shè)置是否合理，執(zhí)行任務(wù)時是否易于接近；

3）可達性的符合性驗證可結(jié)合型號相關(guān)試驗和試飛期間的維修定檢等工作一并進行評定。

需要說明的是，23.1529 條本身也是對23.611 條款的一個符合性方法。因為23.1529 條持續(xù)適航文件的要求，航空器設(shè)計制造廠家需要編制初始的維修大綱和維修手冊，確定需要進行保養(yǎng)、檢查或維修工作部件的維修任務(wù)和維修間隔，同時為了完成這些計劃性工作，在維修手冊中編制了維修程序。同時，局方在審查持續(xù)適航文件時，對維修手冊也有驗證要求，維修手冊中所有的維修程序都需要經(jīng)過機上驗證或桌面驗證，因此也間接地驗證了23.611 條款關(guān)于可達性措施的要求。

目前，初始適航規(guī)章中并沒有明確提出維修性設(shè)計的要求，23.611 條關(guān)于可達性措施等條款本質(zhì)上是對維修性設(shè)計的要求，可達性的要求屬于維修性的一部分，維修性的要求則更為全面。因此，在后續(xù)規(guī)章修訂過程中，建議將23.611 條款名稱由“可達性”更改為“維修性”；在條款內(nèi)容中，除了可達性要求外，還應(yīng)增加維修人為因素等維修性相關(guān)要求的考慮。

4 總結(jié)

航空器設(shè)計復(fù)雜程度越來越高，配套的維修任務(wù)和維修程序也更加龐雜，對現(xiàn)代航空器維修性設(shè)計提出了更高的要求。國內(nèi)民機設(shè)計制造廠家應(yīng)努力提高民機維修性設(shè)計和驗證水平，適航審定部門應(yīng)加強對民機維修性設(shè)計專業(yè)的適航審查，雙方共同建立完善的維修性設(shè)計評估與驗證規(guī)范標準，努力提高國產(chǎn)民機的維修性，進一步提升國產(chǎn)民機的質(zhì)量和市場競爭力。