水陆两栖飞机涉水结构修理级别分析研究

2021-11-01 12:43田晶马小骏冯蕴雯胡宇强李阳

航空工程进展 2021年5期

关键词：水陆中继经济性

田晶，马小骏，冯蕴雯，胡宇强，李阳

（1.西北工业大学航空学院，西安710072）

（2.中国商用飞机有限责任公司科技委，上海200241）

（3.中航通飞华南飞机工业有限公司市场客服中心，珠海519000）

0 引言

修理级别分析（Level of Repair Analysis，简称LORA）是飞机维修工程分析的重要环节，维修工程分析中的计划维修分析（Scheduled Maintenance Analysis，简称SMA）产生的预防性维修任务，以及后勤保障分析相关的故障模式与影响分析（Logis‐tics Support Analysis Related Failure Modes and Ef‐fects Analysis，简称LSA FMEA）、损伤与特殊事件分析（Damage and Special Events Analysis，简称DSEA）产生的纠正性维修任务，都要通过LORA来决定其是否需要维修、在哪修。

LORA最早由美国国防部提出［1］，1993年美国军方颁布军用标准MIL-STD-1390D［2］，该标准给出了系统LORA的任务描述、具体内容等。国外研究者对LORA模型建立、算法求解及应用进行了大量研究，L.Barros等［3］提出了考虑标准生命周期费用函数的修理级别优化方法，并开发了相关软件包；G.Gutin等［4］证明LORA问题是多项式可解的；B.Taoufik等［5］提出用基于禁忌搜索的混合遗传算法解决大规模决策变量问题，并以H.Sa‐ranga等［6］给出的算例进行求解；S.Thyagarajan等［7］提出了适用于飞机复合材料结构修复决策过程的决策模型；M.R.Rawat等［8］提出机队系统可靠性设计和LORA的联合优化方法，并采用基于蒙特卡洛仿真的遗传算法进行求解。我国研究者对LORA的研究开始较晚，吴昊等［9］提出了适用于民用飞机的三层三级经济性LORA模型，并用免疫粒子群法对模型求解；薛陶等［10］提出了适用于通用多层多级LORA经济性模型的LORA决策流概念；贾宝惠等［11-12］研究了针对民用飞机的经济性LORA模型和综合LORA模型；张帅等［13］、李季颖等［14］针对舰载机和舰载航空设备，分别建立了基于备件短缺数和模糊层次分析法多因素的LORA模型；王旭［15］、赵大磊等［16］对导弹弹体设备的LO‐RA进行了研究；何春雨等［17］基于LINGO软件，开展了舰船装备LORA优化分析；饶若曦等［18］、李慧梅等［19］针对车辆装备，分别建立了基于综合权重确定的非经济性LORA模型和基于最小费用流的经济性LORA模型。当前国内外的LORA主要针对民用飞机、舰载机、船舶、导弹、车辆等，尚没有针对水陆两栖飞机的LORA研究。水陆两栖飞机在我国主要用于森林灭火和海上救援。随着国产大型水陆两栖飞机AG600的成功首飞，研究水陆两栖飞机涉水结构的LORA成了迫切需求。

本文结合水陆两栖飞机初始运营阶段特点，提出适用于水陆两栖飞机涉水结构的LORA流程、ELORA模型，并利用算例对经济性修理级别分析进行验证。

1 水陆两栖飞机涉水结构修理级别划分

水陆两栖飞机森林灭火和海上救援的任务模式决定了其民用飞机的属性，我国民用飞机现在多采用两级修理，但由于我国缺乏大型水陆两栖飞机的运营经验，水陆两栖飞机维修保障体系发展尚不成熟，两级修理并不能满足其维修保障要求。且在水陆两栖飞机运营初期，基地级维修位于珠海，而我国森林火灾多发地位于黑龙江、云南、甘肃等，采用两级修理模式会因为运输能力有限等影响飞机出勤率。基于以上两点因素，对水陆两栖飞机涉水结构采用三级修理模式：基层级、中继级和基地级。

1.1 基层级

基层级的实施条件为机场停机坪或停机库。主要工作包括：

（1）完成飞机航前的预先准备工作和起飞前检查工作、航后的检查维护工作。

（2）日常维护保养，非计划的排故维修，故障诊断隔离，进行故障航线可更换单元（Line Re‐placeable Unit，简称LRU）的更换。

（3）将故障LRU送中继级、基地级或返厂检修。

此外，涉水结构长期处于高湿、高盐的环境中，在基层级需进行大量防腐蚀维护工作［20-22］：执行任务后，及时用清水清洗飞机表面，并用干燥的热风吹干，及时清除表面的盐分和油污等；日常维护时，尽量不要破坏零件涂层，发现涂层破坏或有疑似腐蚀时，及时修理防护；排水、防潮、通风；涂层体系的保养，若涂层已遭破坏，应及时进行修复或喷涂脱水防锈剂作暂时性保护；密封材料若因自然老化、高压冲洗等原因遭到破坏，要及时进行更换和填充；在外场腐蚀防护中，要定期检查活动接头、摩擦表面、轴承和操纵钢索等的润滑油脂是否充分。特别是飞机冲洗后，注意这些部位的再润滑问题，油箱微生物沉积的预防与去除工作等。

1.2 中继级

中继级的实施条件为在指定的有CCAR-145部维修资质的修理厂或航空维修公司车间/厂房内［23］。主要修理工作包括：

（1）可兼顾完成基层级所有工作。

（2）完成将故障隔离到内场可更换单元（Shop Replaceable Unit，简称SRU）的诊断、检测工作。

（3）完成故障SRU的更换。

（4）将故障SRU送基地级或返厂维修。

（5）故障LRU的修复、测试、检验。

（6）将修好的LRU送基层级装机或作备件。

1.3 基地级

基地级的实施条件为在飞机制造（总装）厂或有CCAR-145部维修资质的飞机大修厂/航空维修公司车间/厂房内。基层级修理的主要工作包括：

（1）可兼顾完成基层级、中继级所有工作。

（2）完成飞机、发动机和主要机载设备翻修期的工作，以及SRU的修复与检测。

2 水陆两栖飞机涉水结构LORA

2.1 LORA流程

水陆两栖飞机涉水结构LORA流程如图1所示。

图1 水陆两栖飞机涉水结构LORA流程图Fig.1 Amphibious aircraft wading structure LORA flow chart

（1）确定待分析产品清单

在确定待分析产品清单时，需要将水陆两栖飞机涉水结构按功能划分为分系统、部组件、零件。其中分系统的故障是由部组件的故障引起，部组件的故障由零件引起。对涉水结构的划分如图2所示。

图2 水陆两栖飞机涉水结构组成及修理层次划分Fig.2 Composition of amphibious aircraft wading structure and classification of repair levels

划分好的涉水结构分系统、部组件、零件均为LORA待分析产品。其中，不可修复或可消耗的零件（如螺母，螺栓或垫圈）不会增加分析的价值，因此不包括在内。

（2）非经济性LORA

在进行LORA时，首先对涉水结构待分析产品进行非经济性LORA，非经济性LORA考虑以下六个因素：法规、战备完好性和任务成功性、维修设施、装卸与运输、保障设备、人力和人员，对涉水结构的每个待分析产品，用以上非经济性因素进行逻辑决断，确定初步修理方案。进行逻辑决断时应尽量结合LSA FMECA方面已有的工作成果。对于较简单的预防性维修工作，如保养、日常检测、腐蚀防护等都是在基层级完成的。当非经济性分析不能确定唯一修理级别时，必须再进一步通过ELORA确定修理选项。