直升机损伤和特殊事件分析方法研究

苏林

摘要：通过对S3000L规范进行研究，提出直升机损伤和特殊事件分析的流程和方法，可为合理确定直升机损伤和特殊事件的维修任务提供技术方法和参考。

关键词：直升机;损伤和特殊事件分析;方法

0引言

直升机在运营期间不可避免地会遇到因自然环境或直升机本身超限使用引发的特殊事件，如雷击、鸟撞、沙尘、硬着陆、旋翼超转等。这些特殊事件可能导致结构损伤、系统功能失效或降低，影响直升机的持续适航能力。AC-91-11R1《航空器的持续适航文件》8.2.6.1中规定，维修任务应包括“可预计的意外损伤的处理（包括但不限于鸟击、雷击、水银泄漏、海水泄漏、重着陆、飞越火山灰、航空器空中机动过载等）”^[1]，由此可见这些可预计的意外损伤的维修任务是直升机维护不可缺少的内容。

损伤和特殊事件分析是确定并量化直升机在役期间可能发生的特殊事件和损伤，并将结果作为维修任务分析的输入，用于制定正确合理的维修任务，从而保证当损伤和特殊事件发生时直升机的持续适航能力。通过分析，还可以改进直升机系统、子系统、部件的设计方案，使其得到更好的保护，从而优化直升机设计。

目前，我国直升机特殊事件维修任务的制定方法还没有相关的标准，因其往往发生概率非常低，难以复现，针对这些特殊事件的维修任务也缺乏相关的确定程序。2010年5月，欧洲航天与防务工业协会下的综合后勤保障规范委员会发布了S3000L规范1.0版，2014年7月发布了1.1版。S3000L是后勤保障分析的国际程序规范，规定了装备在整个寿命周期内开展后勤保障分析的工作流程和工作包、业务数据元素和数据模型及信息交换等^[2]。其中S3000L规范中的第8章损伤和特殊事件分析给出了特殊事件维修任务的制定方法与程序。本文旨在对S3000L规范中的第8章损伤和特殊事件分析进行研究，提出适用于我国直升机损伤和特殊事件的分析方法和流程，以确定更合理更适当的维修任务。

1分析流程

损伤和特殊事件分析中的损伤不包括固有失效的功能丧失或减退，通常需要制定相应的维修任务。它不同于MSG-3分析中的损伤，MSG-3分析中的损伤是不明显的，MSG-3分析产生的维修任务是计划维修任务，而损伤和特殊事件分析中的损伤是明显的，但分析产生的维修任务是非计划维修任务。损伤和特殊事件分析中的特殊事件是指直升机在役期间发生不能被认定为正常使用的事件，可由外部原因（如天气原因）或内部原因（如超出使用限制）引起^[3]。

损伤和特殊事件分析总的流程如图1所示。主要包括以下五个部分。

1）基于产品的使用方法，确定需考虑的特殊事件。

2）基于产品的技术方法，确定需考虑的潜在损伤。

3）确定需关注的元素或部件。

4）危害性分析。

5）确定特殊事件引起的维修任务需求。

2分析方法研究

2.1确定特殊事件

开展损伤和特殊事件分析，首先需确定有哪些特殊事件。这个分析过程基于一个简要的产品使用分析，分析確定不同的可能原因，并确定直升机在寿命周期内每一个使用阶段可能发生的所有特殊事件。

1）确定所有可能产生特殊事件的原因

产生特殊事件的原因可分为内部原因和外部原因。内部原因指事件起因由直升机本身使用引起，如非正常使用、内部功能故障等。外部原因指事件起因与直升机的正常使用无关，主要有自然现象、人为原因、运营环境、运输或存储条件等。表1给出了常见的引发特殊事件的原因。在开展具体型号分析时，应根据直升机构型状态，考虑直升机的系统设计、运营环境以及相关的内部功能失效等，列出所有可能产生特殊事件的原因。

2）确定所有使用阶段

直升机使用阶段通常分为滑行、起飞、爬升、悬停、巡航、下降、进近、着陆、停泊、牵引/运输、维修、存储等。表2给出了对各个使用阶段的简要描述。

3）确定不同使用阶段可能发生的特殊事件

确定直升机各使用阶段可能发生的所有特殊事件，可参考相似机型的经验数据、直升机系统描述文件、系统安全性评估报告等。

由外部原因造成的特殊事件包括：维修时地面保障设备碰撞到外部蒙皮;准备运输时货物装卸设备碰撞到外部蒙皮;冰雹的多次碰撞;起飞时跑道碎片冲入外部蒙皮内;雷击等。

由内部原因造成的特殊事件包括：漏水引起的水滞留;地面加油时泄压阀功能故障造成油箱结构压力过大;热空气的泄漏造成温度过高;机械零件的意外磨损等。

4）分析特殊事件发生的可能性

确定特殊事件发生的可能性，可以使用定量和定性的方法。

定量的方法是基于相似机型的统计数据如世界范围内的统计数据，或是基于系统安全性评估报告中定义的内部故障引起特殊事件的概率，特殊事件发生的可能性建议与系统安全性评估报告的五种故障状态类别的发生概率进行对应。

定性的方法是当无法获得相关统计数据时采用的方法，可以根据表3所列的特殊事件发生的可能性进行定性评估。

5）对特殊事件进行分类

根据由上述步骤确定的特殊事件的发生可能性，将特殊事件分为有维修需求和没有维修需求两类事件。对于没有维修需求的特殊事件，无需做进一步的分析工作。如果不能准确评估特殊事件的发生概率，应尽量采用保守的方法将特殊事件归为有维修需求。判定特殊事件有维修需求的原则是：

a.特殊事件发生的概率大，或发生的可能性等级高;

b.特殊事件的发生可能损害直升机重要部件，或产生较高维修成本。

2.2确定潜在损伤

对已经确定具有维修需求的特殊事件，需进一步确定其潜在损伤。该步骤主要是对受特殊事件影响的子系统/部件从使用技术的成熟度以及技术对损伤的敏感性进行评估。

1）确定使用的技术及其成熟度

确定使用的技术及其成熟度，首先需确定受特殊事件影响的所有直升机子系统/部件，然后确定这些子系统/部件使用的技术并对其特点进行描述，最后进行技术成熟度的判定。

技术成熟度评估等级分三级，分别为1级、2级、3级。

1级：表示该技术非常成熟，已用于很多相似项目。

2级：表示该技术成熟，已用于相似项目，但在计划中的项目中略有更改。

3级：表示该技术完全是新技术，已用于近期相似项目，但有效的反馈很少。

确定技术成熟度等级，可通过收集项目的研制状态进行判定。如项目的研制状态为沿用技术，则成熟度等级为1;项目的研制状态为改型技术，成熟度为2;项目的研制状态为新研技术，成熟度为3。

2）技术敏感性评估

技术敏感性评估是在上述步骤确定的受影响子系统/部件及其使用技术的基础上，分析确定受影响子系统/部件可能发生的损伤类型，然后就技术对损伤的敏感性进行评估。

损伤类型对于结构项目来说主要有裂纹、断裂、破裂、磨损、变形、分层、开胶、孔等。对于系统项目，通常是指故障或失效，主要有接不通、打不开、关不上、不指示、不加温、分辨率下降、輸出异常等。损伤类型可参考子系统/部件的故障模式及影响分析报告以及相似项目的相关数据来确定。

损伤类型确定之后，进行技术对损伤的敏感性评估。技术敏感性评估等级分为五级，分别为1级、2级、3级、4级、5级。根据设计特性、设计文件以及相关的使用经验按五级对技术敏感性等级进行定性的评级。

1级：表示该技术对损伤的敏感性极低，在产品寿命周期内损坏的概率极低。

2级：表示该技术对损伤的敏感性低，在产品寿命周期内损坏的概率低。

3级：表示该技术对损伤的敏感性中等，在产品寿命周期内损坏的概率中等。

4级：表示该技术对损伤的敏感性高，在产品寿命周期内损坏的概率高。

5级：表示该技术对损伤的敏感性极高，在产品寿命周期内损坏的概率极高。

3）确定技术/损伤评估等级

结合已确定的技术成熟度等级和技术敏感性等级，参照表4确定技术/损伤评估等级。

2.3确定需关注的元素或部件

2.1节和2.2节所述的两种方法之间存在联系，可以根据项目的潜在损伤进行描述。

1） 一个相关的特殊事件，可能对使用敏感性技术的项目产生损伤。

2）使用敏感性技术的元素，可能因特殊事件而损伤。

这两种方法是互补的，可以确定产品生命周期内可能遇到的潜在损伤项目。S3000L规范中通过以下4个步骤来确定这些潜在损伤项目。

1）步骤一：对已确定的每个特殊事件，在结构分解中确定受影响项目。

2）步骤二：对已确定的每个关联技术/损伤，在结构分解中确定受影响项目。

3）步骤三：对前面步骤中确定的结构分解中的每个项目，分析其安装区域/设计，评估其对不同威胁的暴露程度。例如，腐蚀的暴露程度取决于结构部件的安装位置，起落架舱的部件很容易因暴露而腐蚀，而极少打开的密封舱很少因暴露而腐蚀。

步骤三是通过分析受影响项目的安装区域和设计特性来综合评估受影响项目对不同损伤的暴露程度，以综合评估项目因特殊事件而发生损伤的可能性。S3000L规范未明确如何进行暴露程度的评估。这里可以参考MSG-3区域分析的暴露等级分析方法，分析项目的安装区域，同时利用表4中已分析得到的技术/损伤评估等级进行综合判断，按暴露程度从小到大分成3个等级。

a.暴露程度小：表示项目的安装区域离特殊事件发生的区域很远，且技术/损伤评估等级为1或2。

b.暴露程度中：表示项目的安装区域位于特殊事件发生的附近，且技术/损伤评估等级为1;或项目的安装区域离特殊事件发生的区域很远，且技术/损伤评估等级为3或4。

c.暴露程度大：表示项目的安装区域位于特殊事件发生的区域，且技术/损伤评估等级为1或2或3或4;或项目的安装区域位于特殊事件发生的附近，且技术/损伤评估等级为2或3或4。

3）步骤四：根据前三个步骤的分析结果，确定每个潜在损伤部件是否需要进一步分析。

通过上述分析可得出项目的暴露程度，对于暴露程度小的项目可认为不需要进一步分析，对于暴露程度中或大的项目则需要进一步分析。

2.4危害性分析

对2.3节确定的需进一步分析的部件进行危害性分析，对每个潜在损伤项目在产品生命周期里的影响提出下述问题，从而进行危害性评估。

1）损伤会导致安全性水平降低吗？

2）损伤会导致使用性水平降低吗？

3）损伤会导致重大的所有权退化吗？

4）损伤会导致重大的外观退化吗？

以上四个问题的答案只要有一个是肯定的就需确定相应的维修任务，若答案均为否定则认为该项目无维修任务需求。

2.5确定维修任务需求

在确定了受特殊事件或潜在损伤影响的重要部件后，需对每一个重要的部件和事件进行维修任务需求分析，从而确定不同的维修任务要求。维修任务可以分为两类。

1）检查任务：通过探测、定位、测量或跟踪每个可能发生的损伤，如通过目视检查、操作检查、功能检查、详细检查等发现确认损伤程度。

2）修理任务：对通过检查任务得出的受影响部件的损伤程度采取相应的修理任务，以恢复受损部件的功能，如对受损部件的拆卸和更换任务、修理任务、翻新任务。

由于损伤和特殊事件涉及的部件很多，损伤类型特别复杂，检查任务形式多样，当损伤和特殊事件发生时，不能简单地完全按照分析结果对所有受影响的部件进行检查，应根据事件发生的实际情况给出合理的判断依据，区分哪些是必须检查的部件，哪些是当损伤达到某种程度才需检查的部件，以及在某些情况下可以不检查的部件。

确定合理的维修任务，需根据工程经验和特殊事件产生的原因，合理地将检查任务分成几个阶段。当检查还未达到当前阶段的标准时，则无需进行后一阶段的检查。对于相同或相邻区域的相同检查任务可以进行合并。

3结论

本文对S3000L规范进行了深入研究，从确定特殊事件、确定潜在损伤、确定需关注的元素或部件、危害性分析、确定维修任务需求五个方面系统地阐述了直升机损伤和特殊事件分析的具体流程和方法。运用该分析流程方法可以更加合理地确定损伤和特殊事件的维修任务。鉴于国内直升机尚无关于损伤和特殊事件分析的相关要求和标准，该流程和分析方法可为今后直升机损伤和特殊事件分析提供技术参考和指导。

参考文献

[1]中国民用航空局.AC-91-11R1航空器的持续适航文件[Z]. 2014.

[2]庚桂平.S3000L《后勤保障分析国际程序规范》介绍[J].航空标准化与质量，2013-3.

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