可靠性設計在民用飛機中的應用

閆旭東

上海飛機設計研究院

可靠性設計在民用飛機中的應用

閆旭東

上海飛機設計研究院

民用飛機可靠性設計的目標是保證飛機達到規定的可靠性定量指標和定性要求，以提高飛機的可靠度，降低運營費用，使飛機具有良好的經濟性和市場競爭能力。民用飛機在設計中大量采用了冗余設計、成熟技術及標準化設計等設計手段，以保證飛機的可靠性和安全性。通過可靠性分析驗證飛機平均故障間隔時間和簽派可靠度是否滿足設計要求。

民用飛機可靠性設計目標及方法

民用飛機可靠性設計的目標是保證飛機達到規定的可靠性定量指標和定性要求，以提高飛機的可靠度，降低運營費用，使飛機具有良好的經濟性和市場競爭能力。民用飛機在設計中大量采用了冗余設計、成熟技術及標準化設計等設計手段，以保證飛機的可靠性和安全性。

a）冗余設計： 民用飛機中安全性影響大的設備都有多套備份，當一套設備出現故障時，備份的設備仍然可以保證飛機的功能正常，不會導致航空公司運營受到影響；

b）成熟技術： 民用飛機設備大量采用國內外民機的成熟技術及貨架產品，在滿足性能、可靠性、安全性、重量、外形等要求的情況下，采用已成功應用在成熟機型的貨架成品和改進產品，大大提高了系統可靠性；

c）標準化設計： 民用飛機設計時選用成熟的標準零部件、成熟的材料及工藝加工方法，以提高設備的可靠性。

民用飛機可靠性設計指標

民用飛機可靠性指標主要有平均故障間隔時間（MTBF）和簽派可靠度（DR）指標兩部分。

a）平均故障間隔時間Mean Time Between Failures（MTBF）是可修復產品使用可靠性的一種基本參數。其度量方法為：在規定的條件下和規定的時間內，產品累積的總飛行小時除以同一時間內的故障總數；

b）簽派可靠度Dispatch Reliability（DR）是指沒有因技術原因而延誤營運離站或撤銷航班的百分數。在數值上，簽派可靠度=1-出勤延誤率（出勤延誤率是在規定的日歷時間內或規定的累計商務離站次數內，因技術原因的延誤及航班撤銷總次數除以商務離站總次數）。簽派可靠度又稱派遣可靠度。

民用飛機可靠性設計指標的分配原則及分配方法

可靠性設計指標分配原則

民用飛機的可靠性常按照如下分配原則進行分配：

a） 根據ATA 章節劃分進行指標分配；

b） 對平均故障間隔時間分配時考慮一定的余量（余量10%）。

可靠性設計指標分配方法

根據飛機整機級的設計目標與要求，參考航空公司的運營數據確定各系統可靠性分配值占全機可靠性指標的比例，并對各系統進行可靠性指標初步分配，結合設備部件制造商提交的數據對初步分配值進行修正，最終得到各系統的可靠性分配指標。假設飛機及各主要系統的故障率服從指數分布。具體如公式（1）、（2）和（3）：

其中：λ為整機的故障率，λi為各系統的故障率，MTBF 為整機的平均故障間隔時間值。

可靠性分析

可靠性框圖

可靠性框圖是可靠性分析中必不可少的一部分。可靠性框圖確定系統發生故障需要維修的全部可更換單元（以下簡稱LRU）。

可靠性框圖由系統全部LRU組成。它不區分影響飛機簽派的LRU和不影響飛機簽派的LRU。可靠性框圖范例如圖1所示。

系統MTBF分析

系統MTBF等于系統各部件故障率代數和的倒數。表1是部件MTBF統計表。對于成熟的貨架產品，部件的MTBF來源于運營的統計數據，部件的MTBF值等于在規定的條件下和規定的時間內，產品累積的總飛行小時除以同一時間內的故障總數；對于新研產品，部件的MTBF需參考相似部件的故障率進行計算和預計。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.06.009