航空氣動維修設(shè)備優(yōu)化與實踐

劉睿 閆曉紅 鐘偉鋒 贠宇軒 崔學(xué)敏

摘要：航空氣動維修設(shè)備在航空維修保障工作中具有非常重要的作用。本文分析了航空氣動維修設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀和存在問題，順應(yīng)航空維修保障通用化、小型化和綜合化（“三化”）的發(fā)展需求，提出了針對現(xiàn)有航空氣動維修設(shè)備設(shè)計的優(yōu)化升級方案，并完成了優(yōu)化方案的實踐和試用驗證。實踐表明，優(yōu)化設(shè)備較好地滿足了“三化”要求，有效提升航空機務(wù)維護保障效率，降低工作強度。

關(guān)鍵詞：航空；氣動維修設(shè)備；優(yōu)化設(shè)計

Keywords：aviation；pneumatic maintenance equipment；optimization design

0 引言

航空維修是指對飛機及機載技術(shù)裝備進行相關(guān)維護和修理，保持飛機的可靠性，以確保飛行安全，提高飛機的出勤率。航空氣動維修設(shè)備是航空維修中必不可缺的維修保障設(shè)備，用于對飛機起落架緩沖支柱、應(yīng)急放起落架系統(tǒng)、液壓蓄壓器、飛機輪胎等設(shè)備或系統(tǒng)實施氮氣充放或壓力檢查?，F(xiàn)有的飛機氣動維修設(shè)備存在通用性不足、體積大、重量重、綜合化程度較低等問題，已經(jīng)難以適應(yīng)現(xiàn)代航空維修“有效設(shè)備管理、合理資源配置和精簡保障規(guī)?！钡囊?，現(xiàn)代航空亟需具備通用化、小型化、綜合化（“三化”）的新一代航空氣動維修設(shè)備。

2017年首屆航空保障設(shè)備發(fā)展論壇上高其娜、王金廣[1]等人提出了明確、具體、可操作的“三化”指標(biāo)要求，建議打破機型界限，以需求為牽引并適度綜合，形成系列，實現(xiàn)相關(guān)專業(yè)專用檢測設(shè)備的綜合化和通用化，提高檢測設(shè)備的檢測效率、信息化水平及可靠性，避免低水平重復(fù)。2020年王楠、蔣龍等人[2]再次提到“三化”一詞，并通過分析國內(nèi)外航空保障維修設(shè)備的現(xiàn)狀，提出“三化”將成為越來越多國家衡量維修設(shè)備性能的重要指標(biāo)。

1 現(xiàn)存問題

與其他航空強國相比，我國的航空維修保障事業(yè)起步晚、底子薄，近年來才取得長足的發(fā)展。但依然存在以下問題：

第一，通用性不足。之前采用“一個機型一套設(shè)備”的保障模式，不同型號的飛機配備了適合自身機型設(shè)計特點的維修設(shè)備，致使大量維修設(shè)備功能相近卻型號各異，使用中因受設(shè)備設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和使用制度所限，造成維修設(shè)備通用性不足，占用大量存儲空間及管理資源。

第二，設(shè)備笨重、體積大。當(dāng)前使用的大多數(shù)維修設(shè)備，因設(shè)計時間較早，受限于當(dāng)時的技術(shù)條件（如傳感器和測量儀表精度等）導(dǎo)致設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大，無法適應(yīng)當(dāng)前設(shè)備小型化的發(fā)展趨勢。

第三，綜合化程度低。當(dāng)前航空維修設(shè)備多為針對飛機的單一檢測功能而開發(fā)，設(shè)備的綜合化程度低，可能造成飛機的配套維修設(shè)備種類繁多且型號復(fù)雜，設(shè)備的采購及管理成本較高。

2 航空氣動維修設(shè)備優(yōu)化方案

針對現(xiàn)有國產(chǎn)航空氣動維修設(shè)備“三化”水平較低的問題，提出設(shè)備的四個優(yōu)化設(shè)計方案，旨在改善航空氣動維修設(shè)備“三化”水平，更好適應(yīng)現(xiàn)代化航空保障需要。

2.1 傳感器及測量儀表優(yōu)化選型

傳感器及測量儀表是航空氣動維修設(shè)備的核心部件之一，其性能優(yōu)劣極大地影響飛機的檢修和測量結(jié)果。結(jié)合當(dāng)前“三化”發(fā)展需求，綜合分析并進行評估后給出優(yōu)化選型的準(zhǔn)則：

1）根據(jù)被測壓力的大小和壓力變化的快慢，選擇足夠量程范圍的壓力測量儀表，且有多種測量單位可供選擇（包括bar、mbar、hPa、kPa、MPa、psi、kp/cm2等），考慮到安全冗余需要，測量表頭采用耐高壓配置，即使在與氮氣車（最高氣壓35MPa）連接過程中產(chǎn)生誤操作，氮氣車高壓也不會將表頭沖壞；

2）壓力傳感器測量腔體小、重量輕、測量前后壓力誤差小；

3）壓力測量儀具有一定的記憶功能，可存儲最近測量的最高、最低壓力；

4）測量儀表盡量采用直觀的數(shù)字顯示，避免產(chǎn)生讀數(shù)視角誤差；

5）綜合考慮操作和維護成本，選用符合國家規(guī)定精度的測量儀表；

6）配合現(xiàn)場環(huán)境條件（如濕度、溫度、磁場強度、振動等）選擇合適的測量儀表。

2.2 維修設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為使設(shè)備達到方便使用及小型化目標(biāo)，遵循精煉原則對設(shè)備進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，包括減少冗余部件及對核心部件進行替換升級，具體從以下三個方面進行。

1）防差錯優(yōu)化設(shè)計

用工作狀態(tài)明晰的開關(guān)替換原有圓形開關(guān)，便于操作員觀察開關(guān)狀態(tài)，減少人為差錯；對相近的端口進行隔離布局或增加標(biāo)識，防止操作差錯。

2）管路精簡優(yōu)化設(shè)計

將測量腔體、氣源接口、飛機接口、充/放氣閥門進行集成、簡化；考慮到外場具有外接穩(wěn)定氣源的實際情況，去掉原氣動維修設(shè)備中的電動氣泵，進一步簡化結(jié)構(gòu)縮小體積；進氣管與殼體使用螺絲、螺母連接，便于發(fā)生管路故障時更換，并通過加工延長或彎曲進氣管滿足不同應(yīng)用場景的檢測需求，增加設(shè)備的使用靈活性。

3）氣路及面板優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)傳感器及測量儀表優(yōu)化選型后的性能，精簡氣路設(shè)計，簡化操作；在操作面板上添加氣路標(biāo)示線，指示氣路連接方向，明確操作流程。

2.3 密封材料優(yōu)化選型

航空維修設(shè)備會面臨惡劣的使用條件，如環(huán)境溫濕度差異大、晝夜溫差大或存在劇烈的壓力變化，這兩種情況均會加速檢測接口處的橡膠材料老化破損，直接導(dǎo)致測量失準(zhǔn)。現(xiàn)有解決方案是定期更換橡膠密封圈，但會增加額外工作量且無法防患于未然，因此對密封材料進行優(yōu)化選型是更好的解決方案。

聚酰亞胺具有抗張強度大、耐高壓、耐高/低溫、熱穩(wěn)定性高等優(yōu)良特性，能夠有效解決橡膠材料易老化、易疲勞以及氣密性能隨使用次數(shù)增加而減弱的問題。接口采用該新型密封材料將大大減少設(shè)備因密封圈老化而產(chǎn)生的漏氣等安全隱患，延長設(shè)備使用壽命。

2.4設(shè)備功能優(yōu)化集成

我國航空維修設(shè)備研制隨型號自成體系，功能單一、綜合檢測能力不足、效費比低。將功能相近的設(shè)備進行優(yōu)化集成，按設(shè)備性能和接口狀態(tài)相近原則使其盡可能統(tǒng)一，能夠有效提升設(shè)備的綜合化程度，有利于提高設(shè)備的可維護性、安全性和保障性，進一步提升航空維修的綜合能力。

3 設(shè)備優(yōu)化方案實踐

支柱壓力表、座艙氣密性檢測臺、輪胎充/放/測一體化裝置是航空氣動維修設(shè)備中三型核心設(shè)備，為滿足“三化”需求，應(yīng)用前述優(yōu)化方案進行設(shè)備的優(yōu)化實踐，具體方案如下。

3.1 支柱壓力表的優(yōu)化實踐

支柱壓力表主要用于飛機主起落架緩沖支柱、前起落架緩沖支柱、液壓蓄壓器或應(yīng)急放起落架系統(tǒng)實施氮氣的充/放氣和壓力測量操作，目前存在通用性不足、體積大、測量誤差較大等問題。結(jié)合設(shè)備自身特點和功能需要進行升級實踐，具體措施如下：

1）綜合考慮傳感器及測量儀表選型準(zhǔn)則，選擇新一代的科勒儀表傳感器，其性能指標(biāo)見表1；

2）對測量腔體、氣源接口、飛機接口、充/放氣閥門進行集成設(shè)計，優(yōu)化精簡設(shè)備管路；

3）采用聚酰亞胺作為檢測接口處的密封材料，達到確保測量精準(zhǔn)、延長使用壽命的目的。

設(shè)備優(yōu)化升級前后實物如圖1所示。結(jié)合表1數(shù)據(jù)可知，優(yōu)化升級后的支柱壓力表通用性及測量精度均得到提升，與現(xiàn)有設(shè)備相比體積減小了57%，重量減輕了69%，符合“三化”需求。

3.2 座艙氣密性檢測臺的優(yōu)化實踐

氣密檢測臺是飛機氣密檢查的綜合控制系統(tǒng)，用于飛機相關(guān)部位氣密性能檢測。目前存在體積大、重量重、管路復(fù)雜、面板操作不便、易出差錯等問題。結(jié)合設(shè)備自身特點和功能需要進行升級實踐，具體措施如下：

1）選擇與支柱壓力表型號相同的科勒儀表傳感器，滿足自身測量需求，必要時可互換使用，提高設(shè)備使用的靈活性；

2）去除實際使用率不高的電動氣壓泵，減少設(shè)備體積；

3）優(yōu)化操作面板，使面板更美觀且操作流程明確不易出錯，措施包括：將原有圓柱形開關(guān)替換為工作狀態(tài)明晰的90°開關(guān)、雙氣路精簡為單氣路、相近端口隔離布局、添加氣路標(biāo)示線。

設(shè)備優(yōu)化升級前后實物如圖2所示，優(yōu)化升級后的座艙氣密性檢測臺實現(xiàn)了設(shè)備小型化目標(biāo)，與現(xiàn)有設(shè)備相比體積減小了72%，重量減輕了77%，同時提高了操作便捷性，降低了操作差錯概率。

3.3 輪胎充/放/測一體化裝置的優(yōu)化實踐

輪胎充/放/測一體化裝置是完成飛機輪胎充/放氣和壓力測量功能的設(shè)備，具有一定的功能集成性，但現(xiàn)有設(shè)備體積較大不易攜帶且操作不便。對現(xiàn)有設(shè)備進行優(yōu)化升級，在確保功能集成的前提下，提高設(shè)備小型化及使用便捷性程度，具體措施如下：

1）傳感器儀表仍然選擇科勒儀表傳感器，滿足測量精度和小型化需要；

2）進行設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化集成設(shè)計，使操作更為方便以減輕工作強度，同時進一步縮小設(shè)備體積。

設(shè)備優(yōu)化升級前后實物如圖3所示，優(yōu)化升級后的輪胎充/放/測一體化裝置在滿足功能集成的同時，大幅縮減了設(shè)備體積，與現(xiàn)有設(shè)備相比體積減小了71%，重量減輕了87%，且提高了操作的便捷性。

4 總結(jié)

本文針對航空氣動維修設(shè)備“三化”需求，設(shè)計了相應(yīng)的設(shè)備優(yōu)化方案，并以三型核心氣動維修設(shè)備為研究對象進行優(yōu)化實踐。優(yōu)化升級后的設(shè)備在多個航空保障單位進行了試用驗證，取得了多份試用報告，報告中肯定了設(shè)備的優(yōu)化性能，適應(yīng)“三化”要求，有效提升航空機務(wù)維護保障效率，降低工作強度。

參考文獻

[1] 高其娜，王金廣，賈明婕.航空保障設(shè)備“三化”淺析[C].首屆航空保障設(shè)備發(fā)展論壇，2017：47-51.

[2] 王楠，蔣龍，馬云鵬.飛機保障設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀及建議[J].航空維修與工程，2020（4）：36-38.