民用直升機(jī)RMSG-3中閃電和高能輻射場(chǎng)防護(hù)分析方法研究

王曉前，吳建國(guó)，劉 瑩

(中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001)

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民用直升機(jī)RMSG-3中閃電和高能輻射場(chǎng)防護(hù)分析方法研究

王曉前，吳建國(guó)，劉 瑩

(中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001)

從工程應(yīng)用的角度，結(jié)合國(guó)內(nèi)某型民用直升機(jī)上首次進(jìn)行的L/HIRF RMSG-3分析工作展開(kāi)研究，闡述了民用直升機(jī)閃電和高能輻射場(chǎng)防護(hù)(L/HIRF)RMSG-3分析方法，旨在為民用直升機(jī)L/HIRF RMSG-3分析提供理論參考。

閃電和高能輻射場(chǎng)防護(hù)；RMSG-3；民用直升機(jī)

0 引言

直升機(jī)閃電和高能輻射場(chǎng)防護(hù)設(shè)計(jì)是保證直升機(jī)遭遇閃電和高能輻射場(chǎng)時(shí)能夠持續(xù)安全飛行的必要手段。但是隨著時(shí)間的推移，這些防護(hù)設(shè)計(jì)在直升機(jī)的整個(gè)壽命周期內(nèi)是否持續(xù)有效？它們的防護(hù)性能是否出現(xiàn)退化？是否還能夠達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)的防護(hù)能力？是否需要對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)防性維修任務(wù)？這些都是擺在直升機(jī)綜合保障工程師面前的問(wèn)題。因此，在制定直升機(jī)初始計(jì)劃維修檢查要求時(shí)必須針對(duì)直升機(jī)閃電和高能輻射場(chǎng)防護(hù)(L/HIRF)的設(shè)計(jì)要求開(kāi)展專(zhuān)門(mén)的RMSG-3分析，以確保L/HIRF防護(hù)部件在直升機(jī)的全壽命周期內(nèi)處于良好的狀態(tài)。

直升機(jī)初始計(jì)劃維修檢查要求是主要維護(hù)建議或維修大綱的編寫(xiě)依據(jù)，因此初始計(jì)劃維修檢查要求的制定對(duì)于直升機(jī)的使用和維護(hù)有著極為重要的意義。而初始計(jì)劃?rùn)z查要求的制定主要依賴(lài)于直升機(jī)制造商基于各自產(chǎn)品的設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行使用數(shù)據(jù)的收集和經(jīng)驗(yàn)的積累以及RMSG-3分析的結(jié)果。在我國(guó)現(xiàn)階段，民用直升機(jī)的數(shù)量非常少，而使用數(shù)據(jù)的收集需要一定數(shù)量的直升機(jī)才能較好地實(shí)現(xiàn)，這一現(xiàn)狀更加體現(xiàn)出L/HIRF RMSG-3分析結(jié)果在我國(guó)現(xiàn)階段對(duì)于民用直升機(jī)發(fā)展的重要性和必要性。

1 閃電和高能輻射場(chǎng)防護(hù)維修要求的制定

閃電和高能輻射場(chǎng)防護(hù)維修要求關(guān)注的是整個(gè)直升機(jī)所有的L/HIRF設(shè)計(jì)特性在直升機(jī)運(yùn)行和使用中的維修問(wèn)題，包括了對(duì)于閃電直接效應(yīng)和間接效應(yīng)的防護(hù)設(shè)計(jì)、高能輻射場(chǎng)的防護(hù)設(shè)計(jì)如何制定檢查/維修要求。由于L/HIRF關(guān)注的對(duì)象除航線(xiàn)可更換單元(LRU)外，多數(shù)都廣布分散于全機(jī)的各個(gè)區(qū)域，因此RMSG-3的理念是主要由區(qū)域檢查來(lái)覆蓋這些防護(hù)設(shè)計(jì)；但是由于區(qū)域檢查工作的深度和檢查效果都受限于檢查范圍和一般目視檢查(GVI)的檢查方式，對(duì)于存在特定防護(hù)設(shè)計(jì)的區(qū)域，GVI不足以識(shí)別或發(fā)現(xiàn)這些防護(hù)設(shè)計(jì)的退化情況，因此需要L/HIRF分析來(lái)識(shí)別這些特定的防護(hù)設(shè)計(jì)。目前世界上多數(shù)制造商都采用了確定“閃電和高能輻射場(chǎng)防護(hù)重要項(xiàng)目(LHSI)”的形式來(lái)明確分析對(duì)象。

對(duì)于LHSI以外的L/HIRF設(shè)計(jì)部件，其維修檢查要求由區(qū)域檢查來(lái)滿(mǎn)足。L/HIRF僅分析到LRU外部的L/HIRF的設(shè)計(jì)特性，對(duì)于LRU內(nèi)部的L/HIRF的設(shè)計(jì)特性不應(yīng)按照RMSG-3的分析邏輯來(lái)制定相應(yīng)的維修要求，至于這些防護(hù)設(shè)計(jì)是否在持續(xù)的運(yùn)行中保持有效，應(yīng)當(dāng)由直升機(jī)的制造商和LRU制造商共同來(lái)保證有相應(yīng)的檢查和維修方法，并且在供應(yīng)商維護(hù)手冊(cè)(CMM)或其他文件中予以說(shuō)明。

2 閃電和高能輻射場(chǎng)防護(hù)分析原則[1]

L/HIRF維修RMSG-3分析的原則是正確、合理地進(jìn)行相關(guān)分析工作的依據(jù)，國(guó)際維修審查委員會(huì)報(bào)告(IMRBR)之關(guān)于L/HIRF維修分析方法中給出了一些建議，作者在消化吸收的基礎(chǔ)上，根據(jù)自身的理解和實(shí)際運(yùn)用中的工作經(jīng)驗(yàn)提出了如下分析原則：

1) 型號(hào)審查對(duì)L/HIRF審查要求確定需進(jìn)行L/HIRF維修RMSG-3分析的系統(tǒng)，所以L/HIRF維修RMSG-3分析按照ATA定義的系統(tǒng)進(jìn)行分析。

2) L/HIRF維修RMSG-3分析僅分析在型號(hào)合格審定過(guò)程中確定的L/HIRF防護(hù)失效對(duì)直升機(jī)運(yùn)行安全性有不利影響的那些系統(tǒng)和部件。

3) L/HIRF維修RMSG-3分析僅分析系統(tǒng)設(shè)備外部的L/HIRF防護(hù)。設(shè)備內(nèi)部防護(hù)不進(jìn)行分析，其維修要求由設(shè)備制造商保證，維修要求和內(nèi)容應(yīng)包含在設(shè)備維修手冊(cè)中。

4) L/HIRF防護(hù)維修RMSG-3分析主要分析以下影響因素導(dǎo)致的防護(hù)退化：

① 環(huán)境蛻化，包括濕度、腐蝕物質(zhì)、積聚、溫度和振動(dòng)等；

② 偶然損傷，包括地面設(shè)備操作、貨物裝載、外來(lái)物、天氣(如冰雹雨雪)、液體滲漏濺灑(包括運(yùn)輸液體貨物可能的遺灑、冬天使用的防冰液)、區(qū)域內(nèi)維修活動(dòng)等。

5) 下列情況的防護(hù)部件無(wú)需選擇確定專(zhuān)門(mén)的L/HIRF維修任務(wù)：

① 所有可見(jiàn)的L/HIRF防護(hù)設(shè)備(如導(dǎo)線(xiàn)、屏蔽、連接器、搭接線(xiàn)、連接器之間以及端接頭之間導(dǎo)電淘等)可以由區(qū)域檢查覆蓋；

② 導(dǎo)管和熱收縮套內(nèi)的L/HIRF防護(hù)設(shè)備，則通過(guò)區(qū)域檢查確認(rèn)保護(hù)管套的完整性來(lái)覆蓋；

③ 機(jī)體結(jié)構(gòu)的固有導(dǎo)電性的維修包含在區(qū)域檢查中，相關(guān)腐蝕在結(jié)構(gòu)檢查中考慮；

④ 設(shè)有導(dǎo)電網(wǎng)的復(fù)合材料整流罩由區(qū)域檢查覆蓋；

⑤ 防護(hù)保證計(jì)劃(或等效確認(rèn)項(xiàng)目)處于適用的維修項(xiàng)目時(shí)，不需要專(zhuān)門(mén)的L/HIRF維修；

⑥ 處于相似位置和環(huán)境，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的在用的且性能良好的L/HIRF防護(hù)部件不需要做詳細(xì)部件分析和專(zhuān)門(mén)L/HIRF維修任務(wù)。

3 RMSG-3 閃電和高能輻射場(chǎng)防護(hù)分析流程

直升機(jī)RMSG-3 L/HIRF分析工作主要包括LHSI的確定、分析方法的確定和數(shù)據(jù)分析3個(gè)環(huán)節(jié)。LHSI的確定是RMSG-3 L/HIRF分析工作的基石，即確定分析目標(biāo)，確定哪些防護(hù)部件需要列為L(zhǎng)HSI。根據(jù)LHSI所處安裝位置，從環(huán)境損傷易感程度(ED)和偶然損傷(AD)的可能性?xún)煞矫鎭?lái)量化對(duì)LHSI造成的影響程度，從而確定LHSI固有可靠性對(duì)各種影響因素的耐受程度，以評(píng)估某個(gè)LHSI在各種ED/AD條件下可能發(fā)生的性能退化情況，并確定其所需的維修和檢查要求。最后通過(guò)表格記錄所有的信息、數(shù)據(jù)和分析結(jié)論。具體分析流程見(jiàn)圖1。

圖1 RMS-3分析流程圖

4 LHSI的確定

4.1 LHSI確定的一般過(guò)程

1) 明確審定要求及其符合性設(shè)計(jì)。L/HIRF分析關(guān)注的是為滿(mǎn)足審定要求而設(shè)計(jì)的L/HIRF防護(hù)特性，首先需要確定直升機(jī)哪些系統(tǒng)、部件或零件是按照這種要求設(shè)計(jì)的。以AC313型機(jī)為例，該型機(jī)在型號(hào)合格審定過(guò)程中已經(jīng)確定了整機(jī)L/HIRF需要滿(mǎn)足審定基礎(chǔ)中相應(yīng)適航條款的系統(tǒng)和部件，其中閃電直接效應(yīng)防護(hù)涉及的系統(tǒng)包括：ATA28燃油系統(tǒng)、ATA53機(jī)身、ATA55垂尾和平尾、ATA62主旋翼、ATA64尾槳、ATA67旋翼飛行操縱。閃電間接效應(yīng)防護(hù)涉及的系統(tǒng)包括：ATA31綜合顯示系統(tǒng)、ATA46機(jī)電管理系統(tǒng)。高能輻射場(chǎng)防護(hù)涉及的系統(tǒng)包括：ATA31綜合顯示系統(tǒng)、ATA46機(jī)電管理系統(tǒng)。因此，僅需對(duì)以上系統(tǒng)和系統(tǒng)中進(jìn)行閃電防護(hù)設(shè)計(jì)的部件或零件開(kāi)展L/HIRF分析。

2) 第一步：編制分析對(duì)象清單。在編制分析對(duì)象清單時(shí)建議按照系統(tǒng)單獨(dú)編制，清單在列出該系統(tǒng)所有L/HIRF設(shè)計(jì)零部件的基礎(chǔ)上，考慮防護(hù)設(shè)計(jì)在運(yùn)行中由于預(yù)期的退化情況導(dǎo)致失去防護(hù)效能，當(dāng)處在閃電和高能輻射場(chǎng)的環(huán)境中，防護(hù)對(duì)象自身的功能是否受到影響？這種影響程度是否會(huì)對(duì)安全不利或足以妨礙正常的安全飛行和著陸，進(jìn)而造成災(zāi)難性或危險(xiǎn)性的后果。通常我們以系統(tǒng)功能危害性分析報(bào)告(FHA)作為判定依據(jù)。

3) 第二步：按照安裝位置對(duì)影響安全的部件進(jìn)行分類(lèi)，編制分析對(duì)象清單，這里說(shuō)的安裝位置是指直升機(jī)劃分的區(qū)域，AC313型機(jī)共劃分為45個(gè)區(qū)域，同一個(gè)區(qū)域內(nèi)的部件可視為安裝位置相同。這樣分類(lèi)為后續(xù)的優(yōu)化替代分析提供了判定依據(jù)。

4) 第三步：列出所有的防護(hù)部件，根據(jù)分析原則判斷其中哪些需要由區(qū)域GVI覆蓋，并將部件清單傳遞至區(qū)域分析組。

5) 第四步：對(duì)于分析對(duì)象清單列出的部件，需要列出預(yù)期的退化模式或可能的失效情況。FHA和故障模式及影響分析報(bào)告(FMECA)可作為判定依據(jù)。

6) 第五步：明確具體的安裝位置及安裝位置的環(huán)境特性，分析偶然損傷情況?？墒褂脜^(qū)域分析指南中的環(huán)境等級(jí)表和偶然損傷等級(jí)表作為判定依據(jù)。

7) 第六步：判斷其安裝位置的環(huán)境特性和發(fā)生偶然損傷的情況是否會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的防護(hù)設(shè)計(jì)出現(xiàn)退化和失效。安裝位置的環(huán)境和偶然損傷敏感的項(xiàng)目需要列入分析對(duì)象清單。

8) 特別需要強(qiáng)調(diào)的是，對(duì)于飛行安全和著陸有影響的LHSI，其分析結(jié)果不能列入與區(qū)域檢查要求合并的候選項(xiàng)。

4.2 LHSI 的優(yōu)化

LHSI的分析主要考慮ED和AD，因此在分析之前應(yīng)按照“安裝位置”和“是否相同的設(shè)計(jì)特性”對(duì)LHSI進(jìn)行整理，對(duì)于相同的防護(hù)設(shè)計(jì)和相同的ED/AD條件的LHSI可以只分析一次，從而優(yōu)化整個(gè)分析過(guò)程。

以AC313型機(jī)操縱系統(tǒng)為例，表1對(duì)如何從“安裝位置”和“是否相同的設(shè)計(jì)特性”兩方面進(jìn)行優(yōu)化LHSI分析過(guò)程給出了示例。

表1 LHSI信息匯總

5 確定分析方法

LHSI的分析需要判定所處安裝位置的環(huán)境損傷易感程度和偶然損傷的可能性，因此分析方法主要考慮LHSI對(duì)各種ED/AD影響因素的易感度。通過(guò)對(duì)各種ED/AD影響因素的易感度進(jìn)行等級(jí)評(píng)定來(lái)量化其對(duì)LHSI的影響程度，以評(píng)估某個(gè)LHSI在各種ED/AD條件下可能發(fā)生的性能退化情況，并確定其所需的維修和檢查要求。

1) ED/AD影響因素

需要考慮的環(huán)境因素包括溫度、振動(dòng)、濕氣和腐蝕液體等，根據(jù)LHSI的具體安裝位置，對(duì)各種環(huán)境因素進(jìn)行分析和說(shuō)明；根據(jù)LHSI的防護(hù)設(shè)計(jì)特性和性能數(shù)據(jù)，如試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析和判斷LHSI對(duì)各種環(huán)境因素可能造成損傷的易感程度。

需要考慮的偶然因素包括地面設(shè)備操作(包括貨物裝載)、外來(lái)物、天氣(如冰雹雨雪)、液體濺灑(包括運(yùn)輸液體可能的遺灑)、區(qū)域內(nèi)維修互動(dòng)等，根據(jù)LHSI的具體安裝位置，對(duì)各種可能的偶然損傷情況進(jìn)行分析和說(shuō)明；根據(jù)LHSI的防護(hù)設(shè)計(jì)特性和性能數(shù)據(jù)，如試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析和判斷LHSI對(duì)各種偶然損傷發(fā)生的可能性。

2) 應(yīng)用等級(jí)-間隔對(duì)照表確定維修檢查任務(wù)的間隔

對(duì)ED和AD的分析需要通過(guò)等級(jí)判定來(lái)進(jìn)行量化，之后應(yīng)用等級(jí)-間隔對(duì)照表來(lái)確定相應(yīng)的任務(wù)間隔。

需要注意的是，無(wú)論是對(duì)環(huán)境損傷的易感度等級(jí)還是偶然損傷的可能性等級(jí)都是相對(duì)值，它們的比較范圍是對(duì)于某一型直升機(jī)的不同安裝位置來(lái)說(shuō)的。不同型別的直升機(jī)之間是沒(méi)有可比性的。以AC313型機(jī)操縱系統(tǒng)為例，表2給出了示例。

表2 任務(wù)間隔確定

6 數(shù)據(jù)分析表格的運(yùn)用

分析過(guò)程所有的信息、數(shù)據(jù)和分析結(jié)論應(yīng)一起納入分析表格中。表格應(yīng)含有機(jī)型適用性、版本控制信息、頁(yè)碼編排信息和系統(tǒng)ATA編號(hào)等。第一個(gè)分析表格為L(zhǎng)HSI清單，用于說(shuō)明某一L/HIRF防護(hù)系統(tǒng)包含的LHSI信息，包括LHSI編號(hào)、LHSI的描述(或名稱(chēng))、LHSI對(duì)應(yīng)的部件號(hào)、安裝位置的區(qū)域號(hào)、安裝環(huán)境類(lèi)別、LHSI級(jí)別、是否可由其它LHSI替代分析等信息。需要說(shuō)明的是，LHSI級(jí)別可分為兩級(jí)[2]：影響正常安全飛行和著陸的LHSI(1級(jí))和其它對(duì)安全有不利影響的LHSI(2級(jí))。影響正常安全飛行和著陸的LHSI，其分析結(jié)果得出的GVI任務(wù)不能作為區(qū)域候選項(xiàng)任務(wù)，而應(yīng)作為獨(dú)立的維修任務(wù)納入初始計(jì)劃維修檢查要求中。

第二個(gè)表格用于LHSI防護(hù)設(shè)計(jì)特性說(shuō)明，重點(diǎn)說(shuō)明LHSI的防護(hù)設(shè)計(jì)特性，如導(dǎo)線(xiàn)屏蔽的詳細(xì)搭接通路，具體的接地或搭接方式的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)(如三維圖、二維圖)，LHSI可用的試驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)際使用中收集的與可靠性相關(guān)的信息，以支持后續(xù)的分析。

第三個(gè)表格為防護(hù)設(shè)計(jì)特性的失效或退化模式分析，分析可能的失效或退化模式時(shí)，需要說(shuō)明設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)相應(yīng)失效或退化模式的考慮或失效退化模式的針對(duì)性設(shè)計(jì)，以及對(duì)可能失效或退化的預(yù)期判定。

第四個(gè)表格是安裝位置的ED/AD分析，記錄和說(shuō)明LHSI具體安裝位置的環(huán)境信息和偶然損傷發(fā)生可能性的分析內(nèi)容。為真實(shí)地反映安裝位置和周邊的情況，應(yīng)使用三維數(shù)?；?qū)嵨镎掌取?/p>

第五個(gè)表格是任務(wù)間隔確定，利用區(qū)域分析指南中環(huán)境等級(jí)表和偶然損傷等級(jí)表對(duì)ED和AD等級(jí)進(jìn)行評(píng)定，使用等級(jí)-間隔對(duì)照表確定相應(yīng)的間隔值。參見(jiàn)表2。

第六個(gè)分析表格是任務(wù)類(lèi)型和有效性判定，任務(wù)類(lèi)型和有效性判定需要考慮每種任務(wù)類(lèi)型對(duì)LHSI和其安裝位置的檢查效果，對(duì)于搭接或接地設(shè)計(jì)有阻抗值要求的，應(yīng)考慮測(cè)量阻抗值的檢查任務(wù)(FNC)。在選擇任務(wù)類(lèi)型時(shí)應(yīng)按從易到難的順序，首先考慮一般目視檢查(GVI)是否有效，其次考慮詳細(xì)檢查(DET)，再是功能檢查(FNC)，最后是報(bào)廢(DISCARD)。一旦選擇其中一個(gè)任務(wù)，則不用考慮后續(xù)的任務(wù)。表3給出AC313型機(jī)燃油系統(tǒng)重力加油口組件搭接線(xiàn)路的任務(wù)類(lèi)型和有效性判定示例。

表3 任務(wù)類(lèi)型和有效性判定

最后一個(gè)表格用于任務(wù)匯總，記錄一個(gè)L/HIRF防護(hù)系統(tǒng)包含的所有LHSI分析完成后得出的任務(wù)匯總，同時(shí)確定是否為區(qū)域候選任務(wù)。表4給出AC313型機(jī)機(jī)電管理系統(tǒng)和綜合顯示系統(tǒng)屏蔽電纜L/HIRF分析后的匯總。

7 結(jié)論

L/HIRF RMSG-3分析是當(dāng)今世界直升機(jī)預(yù)防性維修任務(wù)分析的前沿技術(shù)，作者通過(guò)對(duì)國(guó)際維修審查政策委員會(huì)(IMRBR)相關(guān)資料的研究，在國(guó)內(nèi)AC313直升機(jī)型號(hào)AEG工作中首次應(yīng)用該技術(shù)并得到適航當(dāng)局的認(rèn)可，首創(chuàng)了國(guó)內(nèi)直升機(jī)的L/HIRF MSG-3分析工作，將該項(xiàng)分析技術(shù)應(yīng)用到直升機(jī)工程研制的實(shí)際工作中，為后續(xù)各型民用直升機(jī)開(kāi)展L/HIRF RMSG-3分析提供了方法和參考。

表4 機(jī)電管理系統(tǒng)和綜合顯示系統(tǒng)屏蔽電纜L/HIRF維修任務(wù)匯總

[1] Air Transport Association of America. ATA MSG-3 Operator/Manufacturer Scheduled Maintenance Development, Revision 2003[S].2003.

[2] 中國(guó)民航局飛行標(biāo)準(zhǔn)司.MSG-3應(yīng)用指南[S].2010.

Analysis for L/HIRF of Civilian Helicopter based on RMSG-3

WANG Xiaoqian, WU Jianguo, LIU Ying

(China Helicopter Research and Development Institute , Jingdezhen 333001, China)

This paper introduced a method of L/HIRFRMSG-3 in civilian helicopter on engineering application, according to the application of RMSG-3 in civilian helicopter AC313 L/HIRF, this method will provide a theoretical reference for the application of RMSG-3 in civilian helicopter L/HIRF.

L/HIRF; RMSG-3; civilian helicopter

2014-07-14

王曉前(1971-)，男，江西吉水人，高級(jí)工程師，研究方向：直升機(jī)綜合保障。

1673-1220(2015)01-055-06

V267

A