提高A380可维修性的设计思想和工艺方法

 关键词:可维修性 飞机设计思想 设计程序 验证过程
  航空器的可维修性,是指飞机及系统、部件在规定的条件下,按规定的方法进行维修时,能保持和恢复其良好的技术状态的可能性,或表示对可修件所进行维修的难易程度。它直接关系到飞机及其机件的可靠性、有效性、安全性和经济性。
    目前,世界各大著名的航空制造企业为争夺全球市场,对提高飞机的可维修性、降低飞机的营运成本给予了越来越多的重视。
    空客公司设计制造的双层宽体客机A380虽然开创了巨型客机(VLA)的新纪元,但从设计的角度而言,A380没有超凡的速度和奇异的外形,它并非一架体现全新设计理念的验证机,它的设计目标主要是通过庞大的载客量,摊低运营成本,从而使之具有优越的营运经济性。
    因此,在设计过程中,空客对飞机的可维修性给予了高度重视,力图在飞机的设计阶段充分考虑日后的维修难度和成本,使A380真正成为便于使用和维护、经济性优良的巨型客机。
    空客主要从设计制度和从新材料新技术的应用这两个层面保证A380的设计具有好的可维修性。

  一、空客通过相关制度,在设计过程中保证A380的可维修性
    空客是通过其著名的"V"型设计验证过程来设计飞机的。首先从整机层面自上而下的提出设计要求,逐步落实到系统层面、子系统层面,直至零部件层面;设计方案出来后,需自下而上从零部件层面到子系统、系统层面再到整机层面一级级地进行验证,以检查最终的设计方案是否能满足最初的设计要求。空客的合作伙伴,为A380提供发动机的发动机公司,也使用类似的方法进行设计。
    空客把对飞机可维修性的研究,贯穿到整个"V"型设计过程中。1994年,空客负责指导飞机用户使用和维修飞机的客户服务部门的维修专家,就应邀参与到A380最初的设计团队中。在这个阶段,保证飞机可靠性和可维修性的设计思想被勾勒出来。维修专家提出维修维护的要求和目标,并依次分配到下面的各个设计层面。
    空客关于A380可维修性的设计思想是:力图用最新的技术,优化飞机的可靠性和可维修性;同时又要做到在维修时用到最少的新技能和新程序步骤。这是考虑到在使用过程中,最先进的飞机将和其他飞机一起做维修维护检查,维修的差异性越小,相关维修人员对新型飞机的适应性将越好。
    当飞机的零部件和系统设计出来后,空客使用两种平行的方法进行评估:第一种是预测如果系统失效,会导致哪些潜在的航班延误、取消,目的是验证这些情况是否会导致飞机的停港时间超出规定的正常时间。如果超出,则需重新设计。第二种方法是按照零部件、系统的设计可靠度,来验证出现延误情况的可能性。如果出现延误情况的可能性较大,则需要提高系统零部件的设计可靠性。
    空客的另一措施是邀请飞机订户及意向客户航空公司参与设计。通过举办研讨会,让来自营运和维修业的人士提出意见,分析以前的维修经验。过去常造成飞机延误、低可靠性和高维修成本的地方,都尽量在设计之初被克服。空客在整个设计过程中都坚持定期举行这种会议,直到产品投放使用。
  二、空客通过使用先进材料和技术提高A380的可维修性
    1.空客通过使用新材料提高飞机的可维修性
    使用Glare 材料制造飞机机身壳体,是空客通过使用新材料提高A380可维修性的一个典型实例。Glare 材料是由铝箔和单向玻璃纤维层交叠并浸渍环氧黏合剂粘结而成的混合复合材料,它不但比传统的结构材料要轻得多,并且具有非常好的抗疲劳破坏性能(Glare 的疲劳裂纹形成和扩展速度很慢,在A380的整个使用寿命期内都不需要进行疲劳损伤的检查)。
    在设计初期,有的客户航空公司置疑这种材料是否会分层或非常难于修理,空客邀请这些客户参观了德尔福特(Delft)大学材料实验室,做了抗腐蚀、抗雷击、抗外来物损伤、抗脱胶、抗疲劳等试验,并演示了维修过程。演示显示,维修这种特殊的复合材料并不需要特殊的技能和工具。 #p#分页标题#e#
    由此可知,飞机制造厂家可以通过使用可靠性高、维修性好的航空材料来延长结构使用寿命和简化维修。
    2. 空客通过使用新工艺提高A380的可维修性
    空客将激光焊接技术用于A380的下机身壁板与桁条的焊接,以此代替铆接工艺。由于采用新工艺,不再需要使用大量铆钉,不但减轻了重量,还避免了铆接容易造成的缝隙腐蚀和疲劳裂纹等固有问题,从而减少了检查和维修量。采用焊接后即使板件损坏了,其维修方法也和铆接板件的一样。因此,采用新工艺也是减少飞机检查维修工作量的一种途径。
    3.空客通过改进飞机原有系统和增加状态监控系统提高飞机的可维修性
    空客在设计阶段还通过改进飞机原有系统和增加新的状态监控系统提高A380的可维修性。
    例如A380的飞行操作系统,其动力源由传统的三套液压系统改为两套液压和两套电动系统,提高了裕度值。比起传统设计,使用四套系统虽然会增加成本,但省去一个液压系统,给系统的维护维修带来了很大的便利。空客进一步改进A380的液压系统,使用了5000Pa的压力,减小了相关部件的尺寸,减少了管件和接头,新的密封技术也降低了液压油溢漏,从而简化了维修维护工作。
    又如,空客为A380设计了机载维护系统(OMS)和机载信息系统(OIS),可以对飞机系统的状态进行全面的监控。A380的机载维护系统不但能收集飞机各系统、发动机汇总到驾驶舱的故障信息,还与客舱的监控装置相连,收集客舱内的各种信息。收集到的实时系统故障信息对飞机的排故和维修工作非常有用。
    4.空客通过电脑辅助设计模拟维修操作步骤,验证A380的可维修性
    设计A380时,设计人员主要通过电脑辅助三维动画模拟维修人员在相关的舱内做维护维修的操作步骤和情景,来验证实际安装拆卸时应有的步骤及维修工具是否有足够的工作空间等问题。实物模型只是用于验证一些特殊的项目,以检查电脑模拟的场景是否真实。这些三维动画,今后还可用于维修培训,演示正确的维修过程。
    总之,以上空客用于保证和提高A380的可维修性的做法,值得我国的航空企业在设计支线客机时借鉴。将可维修性给予高度重视的设计理念,反映了空客"以用户为本"的设计精神,毕竟,便于维修的飞机,才能真正打开市场,为更多的用户航空公司所认可。
  
参考文献
1 王迎新.航空安全与航空事故防范实务手册.光明日报出版社, 2002:953
2 Design Maintenance team of Airbus large Aircraft Division: A380 Maintemance Status Report [J] FAST 2003 No.28: 14~23

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系统工程通用术语 其他

2009-4-29 17:38:24

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浅论RMS一体化设计与分析

2009-4-29 17:41:47

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