CRJ900飛機風(fēng)擋/側(cè)窗故障工程技術(shù)分析

戴安國

（華夏航空股份有限公司，重慶 401120）

0 引言

CRJ900飛機發(fā)生多起風(fēng)擋/側(cè)窗故障，主要故障現(xiàn)象為裂紋、電弧、WSHLD HEAT/WINDOW HEAT、氣泡以及玻璃劃痕等，還包括鳥擊、STAR LIKE現(xiàn)象等其他原因造成的故障。除玻璃劃痕等意外原因?qū)е麓皯舾鼡Q外，其他情況的更換均與風(fēng)擋/側(cè)窗加溫系統(tǒng)存在一定程度關(guān)聯(lián)。

1 風(fēng)擋/側(cè)窗系統(tǒng)介紹

CRJ900飛機風(fēng)擋/側(cè)窗玻璃結(jié)構(gòu)如圖1所示，從外向內(nèi)結(jié)構(gòu)依次為外層化學(xué)鋼化玻璃層-聚氨酯/乙稀基夾層-中間結(jié)構(gòu)層玻璃-聚乙烯夾層-內(nèi)層結(jié)構(gòu)層玻璃。其中外層玻璃與聚氨酯夾層之間布設(shè)導(dǎo)電加溫涂層，起加熱防冰作用。外層玻璃是非結(jié)構(gòu)層玻璃，中間和內(nèi)層結(jié)構(gòu)玻璃承擔(dān)增壓和鳥撞沖擊負載。

圖1 CRJ飛機風(fēng)擋/側(cè)窗玻璃結(jié)構(gòu)示意

2 老齡風(fēng)擋防潮封嚴(yán)失效模型

風(fēng)擋/側(cè)窗故障的主要失效誘因為防潮封嚴(yán)退化，其發(fā)展過程如表1及圖2所示。1） 風(fēng)雨侵蝕及紫外線照射導(dǎo)致防潮封嚴(yán)退化、破裂或脫膠。2） 潮氣入侵夾層，紫外線暴露。3） 夾層退化：變色和破裂。4） 分層：夾層從玻璃/塑料上逐漸分離。5） 匯流條退化：變色和破裂。6） 匯流條與導(dǎo)電加溫膜結(jié)合處退化。7） 匯流條與導(dǎo)電加溫膜結(jié)合處不連續(xù)性產(chǎn)生電弧。8） 電弧、局部過熱條件引發(fā)夾層融化形成氣泡、表面損壞導(dǎo)致玻璃層破裂。

圖2 防潮封嚴(yán)失效衍化模型示意

自潮氣入侵后至裂紋/電弧發(fā)展主要經(jīng)歷3個典型階段，即封嚴(yán)退化潮氣入侵的初起階段；潮氣入侵后各夾層、匯流條和加溫膜退化的漸進緩慢發(fā)展階段；不連續(xù)性產(chǎn)生，電弧燒蝕快速發(fā)展的臨界階段；一旦潮氣入侵后，即為不可逆轉(zhuǎn)趨勢，但防潮封嚴(yán)實施有效修復(fù)可以顯著延遲匯流條等的退化時間點，進而延長風(fēng)擋/側(cè)窗的整體使用壽命；而當(dāng)達到臨界狀態(tài)時，電弧燒蝕已經(jīng)隨時可能發(fā)生，應(yīng)盡早執(zhí)行風(fēng)擋/側(cè)窗更換。

由于風(fēng)擋/側(cè)窗玻璃在加溫/降溫后膨脹收縮，玻璃及各夾層受溫度影響后不同的膨脹/收縮性能而形成熱應(yīng)力，應(yīng)力主要分布于外層玻璃的四周，上、下兩邊應(yīng)力大于左、右兩側(cè)邊緣應(yīng)力。匯流條與導(dǎo)電加溫膜結(jié)合處為產(chǎn)生熱量最大處，一般即為應(yīng)力最大區(qū)域，所以離中心位置最近的下部匯流條位置通常是起裂點，裂紋從邊緣向中心或兩側(cè)邊緣擴展。表1是對風(fēng)擋/側(cè)窗的主要構(gòu)件、其對應(yīng)的各種故障失效模型、典型表征現(xiàn)象以及需要采取措施的緊急程度的列示。危險等級綠色Green、琥珀色Amber和紅色Red分別對應(yīng)低、中和高風(fēng)險，分別以字母G、A和R表示；措施緊急性也區(qū)分為綠Green、琥珀色Amber和紅Red這3種顏色，分別以字母G、A和R表示，紅色為特急類，建議在當(dāng)天之內(nèi)完成處理；橙色為緊急類，10個日歷日內(nèi)處理；綠色為常規(guī)類，在盡早的維修機會中處理。

表1 風(fēng)擋/側(cè)窗故障危險及維修緊急性

3 風(fēng)擋/側(cè)窗故障數(shù)據(jù)分析

統(tǒng)計數(shù)據(jù)納入風(fēng)擋拆換有效樣本共9個，包括證實的風(fēng)擋加溫故障、破裂、電弧以及剔除劃痕、鳥擊等意外事件導(dǎo)致的更換樣本。裝機樣本76個，共計85個樣本。由于每個風(fēng)擋開始工作（裝機）的時間并不一致，即先、后投入使用并且結(jié)束記錄的時間也不同，數(shù)據(jù)為多重截尾數(shù)據(jù)。用于分析的數(shù)據(jù)見表2，右側(cè)刪失數(shù)據(jù)比例為89.4%，故障數(shù)據(jù)和刪失數(shù)據(jù)都包括可靠性信息，應(yīng)重視刪失數(shù)據(jù)的充分利用。

表2 風(fēng)擋在翼使用時間（FH）

以上方式也同樣適用于側(cè)窗分析。

采用Python reliability可靠性和lifelines生存分析包進行數(shù)據(jù)分布擬合，共測試80個分布，最佳擬合的前5個分布見表3。根據(jù)表3可知，對數(shù)正態(tài)分布具有最小改進的赤池信息量準(zhǔn)則AICc和貝葉斯信息量準(zhǔn)則BIC，AD統(tǒng)計量略高，對數(shù)正態(tài)分布參數(shù)=10.164，=0.476，風(fēng)擋使用時間（TSR）對數(shù)正態(tài)分布的經(jīng)驗分布圖形如圖3所示。

表3 風(fēng)擋失效分布擬合統(tǒng)計

由于樣本數(shù)據(jù)中存在大量的刪失數(shù)據(jù)，風(fēng)擋刪失數(shù)據(jù)比例達89.4%，觀察圖3風(fēng)擋累積分布函數(shù)可知，故障樣本數(shù)據(jù)較少，僅9個，因此對數(shù)正態(tài)分布等參數(shù)方法舍棄了刪失數(shù)據(jù)，并沒有全面反映可靠性信息，對數(shù)正態(tài)分布擬合效果也并不理想。為了更好利用所有數(shù)據(jù)（包括刪失樣本），使用Kaplan-Meier方法進行非參數(shù)估計，以便于直觀的進行生存分析。

圖3 風(fēng)擋累積分布函數(shù)

風(fēng)擋使用時間Kaplan-Meier估計生存曲線如圖4所示。

根據(jù)圖4可知，當(dāng)使用時間在10 000 FH（飛行小時）和16 000 FH時，可靠性數(shù)據(jù)（生存曲線）有顯著突變，龐巴迪（飛機制造廠家）風(fēng)擋可靠性數(shù)據(jù)MTBUR（平均非計劃拆換時間）為18 207 FH。結(jié)合Kaplan-Meier和廠家可靠性數(shù)據(jù)綜合評估，應(yīng)在16 000 FH前重點監(jiān)控使用情況，開展必要干預(yù)措施。At risk，25個風(fēng)擋在翼使用時間超過15 000 FH，使用時間超過20 000 FH的為4個。而根據(jù)風(fēng)擋故障發(fā)展變化模型及實際運行經(jīng)驗表明，早期的干預(yù)措施能顯著延后風(fēng)擋故障時間，而早期干預(yù)措施主要目的是預(yù)防、控制潮氣突破風(fēng)擋防潮封嚴(yán)的阻礙而進入風(fēng)擋內(nèi)部。

圖4 風(fēng)擋使用時間Kaplan-Meier估計生存曲線

4 風(fēng)擋/側(cè)窗故障工程技術(shù)控制措施

4.1 故障發(fā)展關(guān)鍵階段技術(shù)分析

根據(jù)圖2的防潮封嚴(yán)失效衍化模型示意分析，潮氣侵入夾層為后續(xù)故障發(fā)生的關(guān)鍵階段，應(yīng)努力避免此情況發(fā)生。另外，一旦在潮氣實質(zhì)發(fā)生入侵后，如何減緩潮氣發(fā)展及對內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成影響則是另一個關(guān)注重點。在潮氣對重要結(jié)構(gòu)已經(jīng)產(chǎn)生影響的情況下（匯流條、導(dǎo)電加溫膜及兩者結(jié)合處），應(yīng)在臨界故障發(fā)生前采取措施，執(zhí)行更換。

4.2 故障控制措施

分析機隊運行面臨的實際狀態(tài)時缺乏CRJ900飛機裝機風(fēng)擋/側(cè)窗裝機實際狀況統(tǒng)計數(shù)據(jù)，即各風(fēng)擋/側(cè)窗防潮封嚴(yán)完好情況、潮氣是否已入侵、風(fēng)擋結(jié)構(gòu)是否存在夾層退化、是否存在分層情況以及匯流條和導(dǎo)電加溫膜受潮氣入侵后的變化情況，在數(shù)據(jù)缺失時，僅依據(jù)風(fēng)擋裝機使用時間很難做出科學(xué)合理判斷，因而須對機隊實際裝機風(fēng)擋/側(cè)窗部件執(zhí)行實際狀況摸底與統(tǒng)計。1） 根據(jù)每個階段故障表征的特點，分別制定如下較為清晰的檢查判定標(biāo)準(zhǔn)。①氣泡檢查：單個氣泡/多氣泡及重復(fù)檢查；②匯流條、匯流條與加溫膜結(jié)合處檢查（潮氣入侵）：退化變色、電弧燒蝕檢查；③夾層檢查（潮氣入侵）：退化裂紋、變色、分層；④防潮封嚴(yán)檢查：退化裂紋、腐蝕和脫膠檢查；⑤結(jié)合風(fēng)擋/側(cè)窗潮氣入侵后故障模型及發(fā)展變化特點進行合理間隔，定期檢查防潮封嚴(yán)情況，確保正確實施封嚴(yán)檢查、修復(fù)工作，有效控制初起階段事件發(fā)生；⑥制定清晰標(biāo)準(zhǔn)，重點對較高危險等級項目及緊急程度較高項目定期復(fù)查，延緩臨界點到來時間，延長風(fēng)擋/側(cè)窗在翼使用壽命；針對臨界、高危狀態(tài)風(fēng)擋/側(cè)窗，預(yù)防性更換。2） 飛機維修中的各種檢查工作都應(yīng)當(dāng)結(jié)合適當(dāng)?shù)木S修機會開展工作，否則較長時間的維修工作將導(dǎo)致產(chǎn)生額外的非計劃停場，造成運行中斷。結(jié)合機隊各計劃維修工作間隔，制定控制措施。①CRJ900飛機A檢間隔為800 FH，而密封膠修復(fù)耗時達10 h小時以上，為結(jié)合A檢執(zhí)行工作，因而評估每800 FH執(zhí)行風(fēng)擋/側(cè)窗密封膠（危險等級：緊急，措施緊急性：緊急）的檢查和修復(fù)；②CRJ900飛機C檢間隔為4 000 FH，評估每4 000 FH執(zhí)行風(fēng)擋/側(cè)窗密封膠（危險等級：緊急，措施緊急性：緊急）的檢查和修復(fù)；③飛機每日都執(zhí)行例行航后檢查，因此結(jié)合航后工作檢查風(fēng)擋一般狀況，發(fā)現(xiàn)密封膠有破損時（危險等級：緊急，措施緊急性：緊急）在10個日歷日內(nèi)修復(fù)，控制檢查及修復(fù)施工質(zhì)量。3） 對使用時間分別高于16 000 FH/12 500 FH（生存比例顯著突變）的風(fēng)擋/側(cè)窗，每800 FH特別詳細檢查風(fēng)擋/側(cè)窗狀況；功能測試風(fēng)擋加溫系統(tǒng)，測量加溫阻值，建立監(jiān)控數(shù)據(jù)；地面加溫方式，檢查確認(rèn)風(fēng)擋/側(cè)窗均勻加溫情況，視情更換。4） 航材備件：為達到有效保護率，增加備件。風(fēng)擋在翼使用時間介于13 000 FH～16 000 FH的數(shù)量為12件，結(jié)合機隊運行情況及機隊分布情況，風(fēng)擋總數(shù)量至8件，因左側(cè)風(fēng)擋故障數(shù)量顯著多于右側(cè)風(fēng)擋，因而左側(cè)風(fēng)擋備件應(yīng)略多于右側(cè)。

5 結(jié)語

該文以CRJ900飛機風(fēng)擋/側(cè)窗數(shù)據(jù)為分析樣本，采用參數(shù)和非參數(shù)方法，對風(fēng)擋在翼使用進行可靠性及生存分析，得出關(guān)鍵/主要控制時間節(jié)點，并根據(jù)風(fēng)擋故障發(fā)展變化模型制定主要控制措施。后續(xù)經(jīng)1 年的跟蹤監(jiān)控，機隊風(fēng)擋/側(cè)窗故障拆換次數(shù)明顯減少，運行保障品質(zhì)顯著提升?？梢婇_展工程技術(shù)工作時，收集數(shù)據(jù)必須充分準(zhǔn)確，并需要綜合評估各復(fù)雜影響因素，分類分級制定相應(yīng)技術(shù)措施，以實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。