軍用飛機無維修待命時間預計分析

田 笑，李 察，胡 偉

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軍用飛機無維修待命時間預計分析

田 笑1，李 察2，胡 偉1

（1. 中國航空工業(yè)集團公司 沈陽飛機設計研究所；2. 中國人民解放軍駐沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司軍事代表室：沈陽 110035）

針對目前軍用飛機無維修待命時間指標尚未開展詳細預計的問題，通過對影響無維修待命時間的因素分析，提出非電子產品的非工作失效率外場評估方法，結合電子產品的非工作失效率預計值，對軍用飛機的無維修待命時間進行了詳細預計，并分析了薄弱環(huán)節(jié)，提出了相應的設計準則。

軍用飛機；無維修待命時間；非電子產品；失效率；評估

0 引言

為保障飛機的戰(zhàn)備完好率，無維修待命時間已經成為軍用飛機的一項技術指標[1-2]。它作為度量軍用飛機整機使用可靠性的一個參數(shù)，是一種使用評價的綜合性指標，取決于產品的設計、執(zhí)行的任務、維修保障條件、產品初始狀態(tài)等，要求在規(guī)定的使用條件下（包括飛機使用的自然環(huán)境，飛機停放條件等），飛機能做好準備，保持良好并處于待命狀態(tài)而無須任何維修時間。國家軍用標準[3-4]也將“無維修待命時間（al）”列入考核飛機維修品質的重要指標之一。軍用飛機無維修待命時間過短會導致許多非計劃維修工作的產生，造成飛機的可用性降低甚至貽誤戰(zhàn)機[5-6]。目前為止，工程上對

該指標尚未展開全面分析和詳細預計，其內涵也處于探討階段，一般通過外場試驗進行驗證，現(xiàn)本文對其展開探索性研究。

1 無維修待命時間影響因素

軍用飛機無維修待命時間的影響因素主要有設計、工藝水平和使用維護。

如果飛機在設計過程中就考慮到非工作狀態(tài)由自然環(huán)境、氣候和停放條件等引起的環(huán)境應力作用，在規(guī)定相應的機載產品環(huán)境考核條件時予以落實解決，并且對于停放期間實際出現(xiàn)的主要故障模式，如油液滲漏、接觸不良，在相關系統(tǒng)設計時就采取相應的設計更改或補償措施，則可從設計上改善飛機的無維修待命能力；反之飛機在設計上就不

具備較高的無維修待命能力。

工藝水平也是影響飛機無維修待命時間的重要因素。如管路連接密封性、電氣連接件接觸是否良好、機械連接件是否松動都與工業(yè)部門的零件加工、部件組裝水平直接相關。

定期的檢查、維護和保養(yǎng)對任何一類裝備的正常使用都很重要，軍用飛機在一定的日歷時間和飛行時間段內都需要周期性的檢查和維護，季節(jié)更替、轉換機場時也都需要做特定的檢查，按照維護規(guī)程高質量地完成這些工作對保持飛機良好的無維修待命能力作用很大。

2 無維修待命時間預計方法

無維修待命時間指飛機以規(guī)定的概率進入正常的飛行狀態(tài)且無須任何維修的時間。在本文中定義為飛機停放一段時間后能夠進入正常飛行狀態(tài)的可靠度，可由無維修待命失效密度函數(shù)()得到。通過分析飛機無維修待命期間的主要故障模式，發(fā)現(xiàn)失效原因可分為電子產品元器件、接口等接觸不良，非電子產品（結構部件、機械部件、機電產品等）的油液滲漏、堵塞等。

電子產品的故障一般為偶發(fā)故障，GJB/Z 108A—2006《電子設備非工作狀態(tài)可靠性預計手冊》[3]給出了元器件在非工作狀態(tài)下的失效率。它通常由非工作基本失效率與非工作質量系數(shù)、環(huán)境系數(shù)、溫度系數(shù)、設備電源通-斷循環(huán)系數(shù)等調整系數(shù)的乘積來表示。假定電子產品的壽命服從指數(shù)分布，且各產品的失效是獨立的，則其無維修待命失效密度函數(shù)()可由產品的失效率預計值得出。一般程序如下：

1）先劃分可靠性預計單元，后建立系統(tǒng)可靠性模型。所劃分的預計單元在電路功能上相對獨立，其可靠性模型一般為串聯(lián)結構。

2）計算元器件的非工作失效率。對于采用“元器件非工作可靠性詳細預計法”的元器件，按提供的非工作失效率預計模型計算其非工作失效率；對于采用“元器件非工作計數(shù)可靠性預計法”的元器件，由非工作通用失效率乘以非工作質量系數(shù)得到其非工作失效率。

3）將預計單元中各種類元器件的非工作失效率相加，得出預計單元的非工作失效率。

4）按產品、系統(tǒng)的可靠性模型，逐級預計產品、系統(tǒng)的非工作狀態(tài)可靠性。

對于非電子產品，目前沒有相應的國家軍用標準或設計手冊進行非工作狀態(tài)可靠性預計，可參考飛機可靠性評估方法，根據(jù)相似機型外場故障數(shù)據(jù)，對其按產品進行無維修待命總體失效率評估。非電子產品無維修待命失效的主要原因是泄漏、耗損、退化等，其顯著特征是失效率隨時間遞增，因此失效分布可假定為正態(tài)分布或＞1的威布爾分布，得出產品、系統(tǒng)的失效密度函數(shù)后，先將規(guī)定的可靠度合理分配到各系統(tǒng)，求出各系統(tǒng)的tali，最后用“最小壽命準則”確定全機的tal。

假定失效分布為正態(tài)分布時的計算公式[1]為

假定失效分布為＞1的威布爾分布時的計算公式[1]為

3 非電子產品的非工作狀態(tài)失效率評估

非電子產品在飛機無維修待命期間的非工作狀態(tài)失效率評估的數(shù)據(jù)來源和選取說明如下：

1）對于新研軍用飛機，缺少外場故障數(shù)據(jù)，并且其非電子產品在以往型號基礎上繼承性較強，絕大多數(shù)的基本原理、工藝水平和材料體系變化不大，故可采用以往型號的外場故障數(shù)據(jù)進行非工作狀態(tài)失效率評估。

2）數(shù)據(jù)來源于外場統(tǒng)計的故障信息及飛行信息，由于影響無維修待命時間的主要因素是自然環(huán)境、氣候和停放條件，可分別選取屬于空軍部隊、寒冷地區(qū)的外場，屬于空軍部隊、晝夜溫差大干燥地區(qū)的外場，屬于海軍航空兵部隊、海洋氣候的外場，以保證基本覆蓋飛機所裝備部隊的典型自然環(huán)境、氣候和機棚（機庫）停放條件。

3）數(shù)據(jù)選取時間范圍建議為飛機裝備部隊的成熟使用期，并且樣本量應足夠大。相比于飛機裝備部隊早期使用階段，成熟期故障數(shù)據(jù)所包含的因

早期設計問題引起的故障和非關聯(lián)故障較少，并且樣本量更為豐富，能夠更好地對非工作狀態(tài)失效率給出評價。

表1為某型飛機外場故障數(shù)據(jù)示例，故障發(fā)現(xiàn)時機有特定檢查、預先機務準備、直接機務準備、機械日、飛行中、飛行后檢查和再次出動，去掉與飛行有關的故障發(fā)現(xiàn)時機：飛行中、飛行后檢查和再次出動，共有4類非工作狀態(tài)故障。

非電子產品的非工作狀態(tài)失效率采用產品的平均故障率來衡量，工程應用中“故障率”的定義為：在規(guī)定的條件和期間內，產品的故障總數(shù)與壽命單位總數(shù)之比，實際上指平均故障率；平均故障間隔時間則是壽命單位總數(shù)與產品的故障總數(shù)之比。非工作狀態(tài)失效率（非工作）點估計值為

式中：為無維修待命期間故障次數(shù)；為故障統(tǒng)計時間范圍，a；為每飛行小時直接維修工時，工時/飛行小時；1為飛行時間，h；2為飛機每自然年定期檢查維護時間，h。

其中，可根據(jù)飛機試飛或外場實際使用的點估計值，一般取為25(維修時間×人數(shù))/飛行小時；飛機定期檢查維護包括周期性工作、定期檢修工作、特殊檢查和飛機的保管工作。由于外場實際工作時，定期檢查維護工作與每飛行小時直接維修工時重疊較多，定期檢修工作相對獨立，可按外場實際工作天數(shù)估算，加上其他相對獨立的維護工作，2保守估計一般為20d（480h）。

4 某型軍用飛機無維修待命時間預計

某型軍用飛機由5個系統(tǒng)組成，系統(tǒng)1為以電子產品占絕大多數(shù)的航空電子系統(tǒng)，系統(tǒng)2～5為以非電子產品占絕大多數(shù)的飛控、武器、機電等系統(tǒng)。如前文所述，系統(tǒng)1的無維修待命時間服從指數(shù)分布，失效率預計值為0.018182個/d；系統(tǒng)2、3、4的無維修待命時間服從正態(tài)分布，根據(jù)以往機型相似產品的外場故障數(shù)據(jù)按照式(5)進行評估，分別為1（52.21, 1.312）、2（80.09, 2.012）、3（40.78, 1.022），系統(tǒng)5的無維修待命時間服從威布爾分布，形狀參數(shù)為3，尺度參數(shù)為131.58，平均壽命查伽馬函數(shù)表為117.50。

預計該型飛機給定可靠度為0.95時的無維修待命時間。首先按照“等分配法”，給各系統(tǒng)分配可靠度為0.99。系統(tǒng)1的無維修待命時間根據(jù)指數(shù)分布的可靠度計算公式計算為*al118.09d；系統(tǒng)2～5按照式(2)和式(4)計算為：*al231.84d；*al350.05d；*al413.78d；*al562.12d。整機的無維修待命時間取各系統(tǒng)無維修待命時間的最短者，即min{18.09, 31.84, 50.05, 13.78, 62.12}=13.78d。

從以上計算可看出，飛機的無維修待命時間取決于各系統(tǒng)的最低水平，而系統(tǒng)4主要包括以液壓、燃油為主的機電產品，如何提高這一部分的無維修待命期間的非工作可靠性將是增長全機無維修待命時間的關鍵。

5 增長軍用飛機無維修待命時間的一般措施

5.1 設計準則

針對飛機無維修待命期間的一些主要故障，如液壓、燃油系統(tǒng)產品的跑冒滴漏、卡箍斷裂等故障模式，本文定性地給出一些設計準則，以便在工程上應用：

1）產品均應滿足飛機環(huán)境技術要求中的有關要求，并通過環(huán)境適應性試驗。

2）所有管路、附件應能經受-55～125℃環(huán)境溫度的作用。

3）氟塑料軟管安裝時必須保證有適當?shù)膹澢霃?，避免扭曲變形，并應保證與周圍機件、設備有足夠的空間，防止產生摩擦。

4）凡在高溫區(qū)和附近可能存在火源的液壓附件與管路均須有隔熱、防火設計措施。

5）液壓管路不能作為其他系統(tǒng)設備、自制附件及其連接件的支撐物。

6）金屬材料和非金屬材料都應耐煤油；鎂、銅、鉻及其合金制件禁止用于與煤油直接接觸的燃油系統(tǒng)產品；除經防電解腐蝕處理外，異種金屬不

準用于相互緊密接觸處。

7）金屬材料應耐腐蝕，或經過處理能夠承受由于燃料、鹽霧、潮濕及大氣條件而引起的腐蝕。

8）燃油導管的設計和安裝必須保證在允許的變形和拉伸條件下不漏油；安裝金屬導管時，不允許彎曲、硬拉或強行裝配。

9）系統(tǒng)中除永久的封嚴外，不應采用錐型螺紋；所有螺紋連接都應正確防松或保險，禁止使用防松墊片、打銷釘和打沖眼；油箱內禁止安裝鉛封。

10）應嚴防燃油系統(tǒng)附件和導管內結冰，并防止機械雜質和水經通氣管進入油箱。

5.2 工藝措施

生產工藝方面，針對一些電纜和連接器接觸不良，插座插針腐蝕或電性能下降，元器件損壞等故障模式，建議采取的措施如下：

1）為保證運輸和存儲，航空電子產品在出廠時應按有關標準進行包裝，做到防潮、防雨、防振、防霉菌等；

2）電子設備的接地應避免與信號和電源電路共用接地回路，并應對信號提供有效屏蔽，避免電磁干擾的影響，或將其影響減到可以接受的程度；

3）裝有電氣元器件的儀表，應充以惰性氣體氣密，以提高工作的可靠性；

4）儀表系統(tǒng)（尤其是對電磁干擾敏感的儀表）的信號線布線應盡量避開電磁干擾較強系統(tǒng)的布線，并應采取屏蔽、扭絞措施，以減少電磁干擾；

5）設備和零件應按GJB/Z 457—2001《機載電子設備通用規(guī)范》[7]之要求進行表面處理，不應使用油漆，同時接地和搭接部位應進行處理以保證無任何不導電保護層。

5.3 使用維護

使用維護方面，一是要嚴格按照飛機的維護規(guī)程，做好定期維護檢查工作；二是在環(huán)境改變，如季節(jié)更替、機場轉換時分析環(huán)境變化可能造成的影響，并落實相應的檢查維護；三是嘗試建立故障預測手段，在非工作狀態(tài)多發(fā)故障外場統(tǒng)計的基礎上，定期對飛機相關系統(tǒng)和產品做特定檢查。

6 結束語

本文對軍用飛機無維修待命時間的預計方法進行了探索性研究，給出了非電子產品非工作失效率的一種評估方法，結合電子產品的非工作失效率預計值，按照最小壽命法計算得到了給定可靠度時的軍用飛機無維修待命時間，并針對薄弱環(huán)節(jié)給出設計建議和措施。

（References）

[1] 彭海鑫, 周巨元. 直升機無維修待命時間的理論研究[J]. 航空學報, 1991, 10(12): 514-517

Peng Haixin, Zhou Juyuan. A theoretical study on helicopter alert time without maintence[J]. Aeronautical Journal, 1991, 10(12): 514-517

[2] GJB 312.1—1987 飛機維修品質規(guī)范[S], 1987

[3] GJB/Z 108A—2006 電子設備非工作狀態(tài)可靠性預計手冊[S], 2006

[4] 邱振漢. 淺析直升機無維修待命時間[J]. 航空科學技術, 1995(2): 25-28

Qiu Zhenhan. Analysis of helicopter maintenance free time[J]. Aeronautical Technology, 1995(2): 25-28

[5] Chew S P, Dunnett S J. Phased mission modeling of systems with maintences[J]. Progress in Aircraft Maintenance, 2008, 93(5): 980-994

[6] Kabashkin I. Discrete event model of maintenance free operating time for aerospace basd telematices systems[C]//MMA2004, 2004: 29-31

[7] GJB/Z 457—2001 機載電子設備通用規(guī)范[S], 2001

（編輯：馮 妍）

Estimation and analysis of maintenance-free time for military aircraft

Tian Xiao1, Li Cha2, Hu Wei1

(1. Shenyang Aircraft Design & Research Institute, Aviation Industry Corporation of China;2. Military Representative Office of China PLA in Shenyang Aircraft Industry (Group) Co. Ltd.: Shenyang 110035, China)

The estimation of the maintenance-free time for military aircraft is an issue that has not been well studied. In this paper, according to the analysis of the influencing factors, a method is adopted for estimating the failure rate of the non-electrical product. Combined with the failure rate of the electrical products, the maintenance-free time for military aircraft is obtained, the weak factor is identified, and the related design criteria are established.

military aircraft; maintenance-free time; non-electrical products; failure rate; prediction

V271.4; V215.7

A

1673-1379(2016)03-0337-04

10.3969/j.issn.1673-1379.2016.03.019

田 笑（1972—），男，碩士學位，研究員，研究方向為環(huán)境和可靠性工程。E-mail: tianxiao9511@163.com。

2015-09-24；

2016-05-15

中國航空工業(yè)集團航空科學基金項目“基于多目標優(yōu)化的考慮多失效模式的機械結構設計方法研究”（編號：20130201001）

http://www.bisee.ac.cn E-mail: htqhjgc@126.com Tel: (010)68116407, 68116408, 68116544