航空氣動維修設備優化與實踐

劉睿 閆曉紅 鐘偉鋒 贠宇軒 崔學敏

摘要：航空氣動維修設備在航空維修保障工作中具有非常重要的作用。本文分析了航空氣動維修設備的技術現狀和存在問題，順應航空維修保障通用化、小型化和綜合化（“三化”）的發展需求，提出了針對現有航空氣動維修設備設計的優化升級方案，并完成了優化方案的實踐和試用驗證。實踐表明，優化設備較好地滿足了“三化”要求，有效提升航空機務維護保障效率，降低工作強度。

關鍵詞：航空；氣動維修設備；優化設計

Keywords：aviation；pneumatic maintenance equipment；optimization design

0 引言

航空維修是指對飛機及機載技術裝備進行相關維護和修理，保持飛機的可靠性，以確保飛行安全，提高飛機的出勤率。航空氣動維修設備是航空維修中必不可缺的維修保障設備，用于對飛機起落架緩沖支柱、應急放起落架系統、液壓蓄壓器、飛機輪胎等設備或系統實施氮氣充放或壓力檢查。現有的飛機氣動維修設備存在通用性不足、體積大、重量重、綜合化程度較低等問題，已經難以適應現代航空維修“有效設備管理、合理資源配置和精簡保障規模”的要求，現代航空亟需具備通用化、小型化、綜合化（“三化”）的新一代航空氣動維修設備。

2017年首屆航空保障設備發展論壇上高其娜、王金廣[1]等人提出了明確、具體、可操作的“三化”指標要求，建議打破機型界限，以需求為牽引并適度綜合，形成系列，實現相關專業專用檢測設備的綜合化和通用化，提高檢測設備的檢測效率、信息化水平及可靠性，避免低水平重復。2020年王楠、蔣龍等人[2]再次提到“三化”一詞，并通過分析國內外航空保障維修設備的現狀，提出“三化”將成為越來越多國家衡量維修設備性能的重要指標。

1 現存問題

與其他航空強國相比，我國的航空維修保障事業起步晚、底子薄，近年來才取得長足的發展。但依然存在以下問題：

第一，通用性不足。之前采用“一個機型一套設備”的保障模式，不同型號的飛機配備了適合自身機型設計特點的維修設備，致使大量維修設備功能相近卻型號各異，使用中因受設備設計標準和使用制度所限，造成維修設備通用性不足，占用大量存儲空間及管理資源。

第二，設備笨重、體積大。當前使用的大多數維修設備，因設計時間較早，受限于當時的技術條件（如傳感器和測量儀表精度等）導致設備結構復雜、體積龐大，無法適應當前設備小型化的發展趨勢。

第三，綜合化程度低。當前航空維修設備多為針對飛機的單一檢測功能而開發，設備的綜合化程度低，可能造成飛機的配套維修設備種類繁多且型號復雜，設備的采購及管理成本較高。

2 航空氣動維修設備優化方案

針對現有國產航空氣動維修設備“三化”水平較低的問題，提出設備的四個優化設計方案，旨在改善航空氣動維修設備“三化”水平，更好適應現代化航空保障需要。

2.1 傳感器及測量儀表優化選型

傳感器及測量儀表是航空氣動維修設備的核心部件之一，其性能優劣極大地影響飛機的檢修和測量結果。結合當前“三化”發展需求，綜合分析并進行評估后給出優化選型的準則：

1）根據被測壓力的大小和壓力變化的快慢，選擇足夠量程范圍的壓力測量儀表，且有多種測量單位可供選擇（包括bar、mbar、hPa、kPa、MPa、psi、kp/cm2等），考慮到安全冗余需要，測量表頭采用耐高壓配置，即使在與氮氣車（最高氣壓35MPa）連接過程中產生誤操作，氮氣車高壓也不會將表頭沖壞；

2）壓力傳感器測量腔體小、重量輕、測量前后壓力誤差小；

3）壓力測量儀具有一定的記憶功能，可存儲最近測量的最高、最低壓力；

4）測量儀表盡量采用直觀的數字顯示，避免產生讀數視角誤差；

5）綜合考慮操作和維護成本，選用符合國家規定精度的測量儀表；

6）配合現場環境條件（如濕度、溫度、磁場強度、振動等）選擇合適的測量儀表。

2.2 維修設備結構優化

為使設備達到方便使用及小型化目標，遵循精煉原則對設備進行結構優化設計，包括減少冗余部件及對核心部件進行替換升級，具體從以下三個方面進行。

1）防差錯優化設計

用工作狀態明晰的開關替換原有圓形開關，便于操作員觀察開關狀態，減少人為差錯；對相近的端口進行隔離布局或增加標識，防止操作差錯。

2）管路精簡優化設計

將測量腔體、氣源接口、飛機接口、充/放氣閥門進行集成、簡化；考慮到外場具有外接穩定氣源的實際情況，去掉原氣動維修設備中的電動氣泵，進一步簡化結構縮小體積；進氣管與殼體使用螺絲、螺母連接，便于發生管路故障時更換，并通過加工延長或彎曲進氣管滿足不同應用場景的檢測需求，增加設備的使用靈活性。

3）氣路及面板優化設計

根據傳感器及測量儀表優化選型后的性能，精簡氣路設計，簡化操作；在操作面板上添加氣路標示線，指示氣路連接方向，明確操作流程。

2.3 密封材料優化選型

航空維修設備會面臨惡劣的使用條件，如環境溫濕度差異大、晝夜溫差大或存在劇烈的壓力變化，這兩種情況均會加速檢測接口處的橡膠材料老化破損，直接導致測量失準。現有解決方案是定期更換橡膠密封圈，但會增加額外工作量且無法防患于未然，因此對密封材料進行優化選型是更好的解決方案。

聚酰亞胺具有抗張強度大、耐高壓、耐高/低溫、熱穩定性高等優良特性，能夠有效解決橡膠材料易老化、易疲勞以及氣密性能隨使用次數增加而減弱的問題。接口采用該新型密封材料將大大減少設備因密封圈老化而產生的漏氣等安全隱患，延長設備使用壽命。

2.4設備功能優化集成

我國航空維修設備研制隨型號自成體系，功能單一、綜合檢測能力不足、效費比低。將功能相近的設備進行優化集成，按設備性能和接口狀態相近原則使其盡可能統一，能夠有效提升設備的綜合化程度，有利于提高設備的可維護性、安全性和保障性，進一步提升航空維修的綜合能力。

3 設備優化方案實踐

支柱壓力表、座艙氣密性檢測臺、輪胎充/放/測一體化裝置是航空氣動維修設備中三型核心設備，為滿足“三化”需求，應用前述優化方案進行設備的優化實踐，具體方案如下。

3.1 支柱壓力表的優化實踐

支柱壓力表主要用于飛機主起落架緩沖支柱、前起落架緩沖支柱、液壓蓄壓器或應急放起落架系統實施氮氣的充/放氣和壓力測量操作，目前存在通用性不足、體積大、測量誤差較大等問題。結合設備自身特點和功能需要進行升級實踐，具體措施如下：

1）綜合考慮傳感器及測量儀表選型準則，選擇新一代的科勒儀表傳感器，其性能指標見表1；

2）對測量腔體、氣源接口、飛機接口、充/放氣閥門進行集成設計，優化精簡設備管路；

3）采用聚酰亞胺作為檢測接口處的密封材料，達到確保測量精準、延長使用壽命的目的。

設備優化升級前后實物如圖1所示。結合表1數據可知，優化升級后的支柱壓力表通用性及測量精度均得到提升，與現有設備相比體積減小了57%，重量減輕了69%，符合“三化”需求。

3.2 座艙氣密性檢測臺的優化實踐

氣密檢測臺是飛機氣密檢查的綜合控制系統，用于飛機相關部位氣密性能檢測。目前存在體積大、重量重、管路復雜、面板操作不便、易出差錯等問題。結合設備自身特點和功能需要進行升級實踐，具體措施如下：

1）選擇與支柱壓力表型號相同的科勒儀表傳感器，滿足自身測量需求，必要時可互換使用，提高設備使用的靈活性；

2）去除實際使用率不高的電動氣壓泵，減少設備體積；

3）優化操作面板，使面板更美觀且操作流程明確不易出錯，措施包括：將原有圓柱形開關替換為工作狀態明晰的90°開關、雙氣路精簡為單氣路、相近端口隔離布局、添加氣路標示線。

設備優化升級前后實物如圖2所示，優化升級后的座艙氣密性檢測臺實現了設備小型化目標，與現有設備相比體積減小了72%，重量減輕了77%，同時提高了操作便捷性，降低了操作差錯概率。

3.3 輪胎充/放/測一體化裝置的優化實踐

輪胎充/放/測一體化裝置是完成飛機輪胎充/放氣和壓力測量功能的設備，具有一定的功能集成性，但現有設備體積較大不易攜帶且操作不便。對現有設備進行優化升級，在確保功能集成的前提下，提高設備小型化及使用便捷性程度，具體措施如下：

1）傳感器儀表仍然選擇科勒儀表傳感器，滿足測量精度和小型化需要；

2）進行設備結構優化集成設計，使操作更為方便以減輕工作強度，同時進一步縮小設備體積。

設備優化升級前后實物如圖3所示，優化升級后的輪胎充/放/測一體化裝置在滿足功能集成的同時，大幅縮減了設備體積，與現有設備相比體積減小了71%，重量減輕了87%，且提高了操作的便捷性。

4 總結

本文針對航空氣動維修設備“三化”需求，設計了相應的設備優化方案，并以三型核心氣動維修設備為研究對象進行優化實踐。優化升級后的設備在多個航空保障單位進行了試用驗證，取得了多份試用報告，報告中肯定了設備的優化性能，適應“三化”要求，有效提升航空機務維護保障效率，降低工作強度。

參考文獻

[1] 高其娜，王金廣，賈明婕.航空保障設備“三化”淺析[C].首屆航空保障設備發展論壇，2017：47-51.

[2] 王楠，蔣龍，馬云鵬.飛機保障設備發展現狀及建議[J].航空維修與工程，2020（4）：36-38.