CRJ900飞机风挡/侧窗故障工程技术分析

戴安国

（华夏航空股份有限公司，重庆 401120）

0 引言

CRJ900飞机发生多起风挡/侧窗故障，主要故障现象为裂纹、电弧、WSHLD HEAT/WINDOW HEAT、气泡以及玻璃划痕等，还包括鸟击、STAR LIKE现象等其他原因造成的故障。除玻璃划痕等意外原因导致窗户更换外，其他情况的更换均与风挡/侧窗加温系统存在一定程度关联。

1 风挡/侧窗系统介绍

CRJ900飞机风挡/侧窗玻璃结构如图1所示，从外向内结构依次为外层化学钢化玻璃层-聚氨酯/乙稀基夹层-中间结构层玻璃-聚乙烯夹层-内层结构层玻璃。其中外层玻璃与聚氨酯夹层之间布设导电加温涂层，起加热防冰作用。外层玻璃是非结构层玻璃，中间和内层结构玻璃承担增压和鸟撞冲击负载。

图1 CRJ飞机风挡/侧窗玻璃结构示意

2 老龄风挡防潮封严失效模型

风挡/侧窗故障的主要失效诱因为防潮封严退化，其发展过程如表1及图2所示。1） 风雨侵蚀及紫外线照射导致防潮封严退化、破裂或脱胶。2） 潮气入侵夹层，紫外线暴露。3） 夹层退化：变色和破裂。4） 分层：夹层从玻璃/塑料上逐渐分离。5） 汇流条退化：变色和破裂。6） 汇流条与导电加温膜结合处退化。7） 汇流条与导电加温膜结合处不连续性产生电弧。8） 电弧、局部过热条件引发夹层融化形成气泡、表面损坏导致玻璃层破裂。

图2 防潮封严失效衍化模型示意

自潮气入侵后至裂纹/电弧发展主要经历3个典型阶段，即封严退化潮气入侵的初起阶段；潮气入侵后各夹层、汇流条和加温膜退化的渐进缓慢发展阶段；不连续性产生，电弧烧蚀快速发展的临界阶段；一旦潮气入侵后，即为不可逆转趋势，但防潮封严实施有效修复可以显著延迟汇流条等的退化时间点，进而延长风挡/侧窗的整体使用寿命；而当达到临界状态时，电弧烧蚀已经随时可能发生，应尽早执行风挡/侧窗更换。

由于风挡/侧窗玻璃在加温/降温后膨胀收缩，玻璃及各夹层受温度影响后不同的膨胀/收缩性能而形成热应力，应力主要分布于外层玻璃的四周，上、下两边应力大于左、右两侧边缘应力。汇流条与导电加温膜结合处为产生热量最大处，一般即为应力最大区域，所以离中心位置最近的下部汇流条位置通常是起裂点，裂纹从边缘向中心或两侧边缘扩展。表1是对风挡/侧窗的主要构件、其对应的各种故障失效模型、典型表征现象以及需要采取措施的紧急程度的列示。危险等级绿色Green、琥珀色Amber和红色Red分别对应低、中和高风险，分别以字母G、A和R表示；措施紧急性也区分为绿Green、琥珀色Amber和红Red这3种颜色，分别以字母G、A和R表示，红色为特急类，建议在当天之内完成处理；橙色为紧急类，10个日历日内处理；绿色为常规类，在尽早的维修机会中处理。

表1 风挡/侧窗故障危险及维修紧急性

3 风挡/侧窗故障数据分析

统计数据纳入风挡拆换有效样本共9个，包括证实的风挡加温故障、破裂、电弧以及剔除划痕、鸟击等意外事件导致的更换样本。装机样本76个，共计85个样本。由于每个风挡开始工作（装机）的时间并不一致，即先、后投入使用并且结束记录的时间也不同，数据为多重截尾数据。用于分析的数据见表2，右侧删失数据比例为89.4%，故障数据和删失数据都包括可靠性信息，应重视删失数据的充分利用。

表2 风挡在翼使用时间（FH）

以上方式也同样适用于侧窗分析。

采用Python reliability可靠性和lifelines生存分析包进行数据分布拟合，共测试80个分布，最佳拟合的前5个分布见表3。根据表3可知，对数正态分布具有最小改进的赤池信息量准则AICc和贝叶斯信息量准则BIC，AD统计量略高，对数正态分布参数=10.164，=0.476，风挡使用时间（TSR）对数正态分布的经验分布图形如图3所示。

表3 风挡失效分布拟合统计

由于样本数据中存在大量的删失数据，风挡删失数据比例达89.4%，观察图3风挡累积分布函数可知，故障样本数据较少，仅9个，因此对数正态分布等参数方法舍弃了删失数据，并没有全面反映可靠性信息，对数正态分布拟合效果也并不理想。为了更好利用所有数据（包括删失样本），使用Kaplan-Meier方法进行非参数估计，以便于直观的进行生存分析。

图3 风挡累积分布函数

风挡使用时间Kaplan-Meier估计生存曲线如图4所示。

根据图4可知，当使用时间在10 000 FH（飞行小时）和16 000 FH时，可靠性数据（生存曲线）有显著突变，庞巴迪（飞机制造厂家）风挡可靠性数据MTBUR（平均非计划拆换时间）为18 207 FH。结合Kaplan-Meier和厂家可靠性数据综合评估，应在16 000 FH前重点监控使用情况，开展必要干预措施。At risk，25个风挡在翼使用时间超过15 000 FH，使用时间超过20 000 FH的为4个。而根据风挡故障发展变化模型及实际运行经验表明，早期的干预措施能显著延后风挡故障时间，而早期干预措施主要目的是预防、控制潮气突破风挡防潮封严的阻碍而进入风挡内部。

图4 风挡使用时间Kaplan-Meier估计生存曲线

4 风挡/侧窗故障工程技术控制措施

4.1 故障发展关键阶段技术分析

根据图2的防潮封严失效衍化模型示意分析，潮气侵入夹层为后续故障发生的关键阶段，应努力避免此情况发生。另外，一旦在潮气实质发生入侵后，如何减缓潮气发展及对内部结构形成影响则是另一个关注重点。在潮气对重要结构已经产生影响的情况下（汇流条、导电加温膜及两者结合处），应在临界故障发生前采取措施，执行更换。

4.2 故障控制措施

分析机队运行面临的实际状态时缺乏CRJ900飞机装机风挡/侧窗装机实际状况统计数据，即各风挡/侧窗防潮封严完好情况、潮气是否已入侵、风挡结构是否存在夹层退化、是否存在分层情况以及汇流条和导电加温膜受潮气入侵后的变化情况，在数据缺失时，仅依据风挡装机使用时间很难做出科学合理判断，因而须对机队实际装机风挡/侧窗部件执行实际状况摸底与统计。1） 根据每个阶段故障表征的特点，分别制定如下较为清晰的检查判定标准。①气泡检查：单个气泡/多气泡及重复检查；②汇流条、汇流条与加温膜结合处检查（潮气入侵）：退化变色、电弧烧蚀检查；③夹层检查（潮气入侵）：退化裂纹、变色、分层；④防潮封严检查：退化裂纹、腐蚀和脱胶检查；⑤结合风挡/侧窗潮气入侵后故障模型及发展变化特点进行合理间隔，定期检查防潮封严情况，确保正确实施封严检查、修复工作，有效控制初起阶段事件发生；⑥制定清晰标准，重点对较高危险等级项目及紧急程度较高项目定期复查，延缓临界点到来时间，延长风挡/侧窗在翼使用寿命；针对临界、高危状态风挡/侧窗，预防性更换。2） 飞机维修中的各种检查工作都应当结合适当的维修机会开展工作，否则较长时间的维修工作将导致产生额外的非计划停场，造成运行中断。结合机队各计划维修工作间隔，制定控制措施。①CRJ900飞机A检间隔为800 FH，而密封胶修复耗时达10 h小时以上，为结合A检执行工作，因而评估每800 FH执行风挡/侧窗密封胶（危险等级：紧急，措施紧急性：紧急）的检查和修复；②CRJ900飞机C检间隔为4 000 FH，评估每4 000 FH执行风挡/侧窗密封胶（危险等级：紧急，措施紧急性：紧急）的检查和修复；③飞机每日都执行例行航后检查，因此结合航后工作检查风挡一般状况，发现密封胶有破损时（危险等级：紧急，措施紧急性：紧急）在10个日历日内修复，控制检查及修复施工质量。3） 对使用时间分别高于16 000 FH/12 500 FH（生存比例显著突变）的风挡/侧窗，每800 FH特别详细检查风挡/侧窗状况；功能测试风挡加温系统，测量加温阻值，建立监控数据；地面加温方式，检查确认风挡/侧窗均匀加温情况，视情更换。4） 航材备件：为达到有效保护率，增加备件。风挡在翼使用时间介于13 000 FH～16 000 FH的数量为12件，结合机队运行情况及机队分布情况，风挡总数量至8件，因左侧风挡故障数量显著多于右侧风挡，因而左侧风挡备件应略多于右侧。

5 结语

该文以CRJ900飞机风挡/侧窗数据为分析样本，采用参数和非参数方法，对风挡在翼使用进行可靠性及生存分析，得出关键/主要控制时间节点，并根据风挡故障发展变化模型制定主要控制措施。后续经1 年的跟踪监控，机队风挡/侧窗故障拆换次数明显减少，运行保障品质显著提升。可见开展工程技术工作时，收集数据必须充分准确，并需要综合评估各复杂影响因素，分类分级制定相应技术措施，以实现预期目标。