蔡蔚荣

（中国商飞上海飞机设计研究院，中国 上海201210）

民用飞机可靠性指标的预计结果不仅能够评价设计要求提出的可靠性指标能否达到，而且能够为可靠性增长试验、验证等提供依据，同时为安全性评估提供定量计算依据。在民用飞机可靠性设计中，作为基本可靠性指标的平均故障间隔时间是系统、分系统以及设备进行可靠性设计时最为关注的指标。签派可靠度不仅是民机可靠性设计中最核心的指标之一，而且因其能够直接反映飞机的市场运营情况，影响飞机的经济性水平，是航空公司目前最为关注的可靠性指标之一。本文结合民用飞机系统特点、工作环境和其他设计因素，建立民用飞机可靠性指标预计方法，可以对飞机各系统、设备的可靠性指标进行定量估计。

1 定义

1.1 平均故障间隔时间（MTBF）[1]

在某一时间内的“总设备小时”除以在同一时间内该设备发生的故障数得到的数值。它是描述系统、分系统以及设备、零部件可靠性的一种最常用的指标，也称基本可靠性指标。也可用其倒数，用故障率（λ）来表示。

1.2 签派可靠度（DR）[2]

飞机运营阶段，没有因技术原因延误或取消航班而运营离站的百分数。技术延误指的是由于飞机的设备或者部件工作异常而进行检查或者必要修理使得飞机的最后离站的时间延迟，通常超过预定离站时间为15min。

签派可靠度（RD）=1-出勤延误率（RDI）

2 可靠性指标预计基本模型

2.1 可靠性指标

平均故障间隔时间和签派可靠度是民用飞机各系统、子系统、设备可靠性设计中最重要的两个设计指标。平均故障间隔时间是反映飞机系统、分系统以及设备可靠性水平的一种最常用的指标，也称基本可靠性指标。签派可靠度是反映飞机在航线中完成签派能力的一种常用可靠性指标。

2.2 基本模型

在民用飞机可靠性指标预计过程中，需要建立飞机与系统之间、以及各系统与设备之间故障逻辑关系模型，按照目前国内外民机设计商的普遍做法和工程经验，一般使用可靠性串联模型。

在可靠性串联模型中产品的可靠度是由产品包含的各个单元的可靠度相乘得到的。

数学模型关系式见式（1）：

式中：

Rs(t)——产品的可靠度；

Ri(t)——第i个单元的可靠度。

假设产品所包含的各单元的故障时间服从指数分布，则其可靠度见式（2）：

式中：

λi——第i个单元的故障率(1/h)。

3 平均故障间隔时间预计方法

3.1 设备级

设备级平均故障间隔时间预计工作比较成熟和完善，一般按照MIL-HDBK-217F[3]和RIAC-HDBK-217PLUS[4]提供的数据和方法进行预计。预计方法主要有：相似法；故障率预计法；修正系数预计法。三种方法的模型均采用一个全串联模型，包括那些冗余或代替的单元都按串联处理，用以估计产品基本可靠性及其组成单元引起的维修及产品支援要求。

3.2 系统级

系统级平均故障间隔时间的预计计算一般分为两类，一是基于不同环境（区域）给定温度的系统级平均故障间隔时间预计，二是基于不同环境（区域）温度包线的系统级平均故障间隔时间预计。

3.2.1 基于不同环境（区域）给定温度的系统级平均故障间隔时间预计

当基于不同环境（区域）给定温度计算时，已知某一给定温度下设备的故障率用λi表示，设备的平均故障间隔时间TMBF″见式（3）：

用ni表示某一类设备的数量，系统的故障率λs与设备的故障率λi的关系见式（4）：

系统的平均故障间隔时间TMBF′见式（5）：

3.2.2 基于不同环境（区域）温度包线的系统级平均故障间隔时间预计

当基于不同环境（区域）的环境温度包线计算时，先根据不同阶段设备的故障率（λi1、λi2……λin）及该阶段所占的时间比例计算出设备总的故障率λi，见式（6）：

用ni表示某一类设备的数量，系统的故障率λs与设备的故障率λi的关系见式（7）：

系统的平均故障间隔时间TMBF′见式（8）：

3.3 飞机级

飞机级平均故障间隔时间的预计是在系统级均故障间隔时间的预计结果的基础上，一般按照可靠性串联模型进行计算得出。已知各系统的故障率λs，则飞机的平均故障间隔时间TMBF见式（9）：

4 签派可靠度预计方法

签派可靠度反映了飞机在航线中完成签派的能力，推荐采用基于系统构型的签派分析法，即根据供应商可以给出的飞机构型清单和PMMEL（初始主最低设备清单），或是类似系统构型的MMEL（主最低设备清单），以及供应商所提供的设备MFHBF、MTTR清单进行相应的预计工作。MTTR（平均修复时间）

根据飞机签派可靠度与飞机出勤延误率的关系，一般通过计算飞机的出勤延误率，从而得到飞机的签派可靠度。飞机的签派可靠度与飞机出勤延误率存在如式（10）的关系：

式中：

RD——飞机的签派可靠度；

RDI——飞机的出勤延误率。

飞机的出勤延误率是飞机出勤延误次数与飞机计划飞行次数的比值，见公式（11）：

式中：

NI——飞机出勤延误次数；

NS——飞机计划飞行次数。

其中，飞机出勤延误次数由飞机延误次数与飞机取消航班次数组成，见式（12）：

式中：

ND——飞机延误次数；

NC——飞机取消航班次数。

5 结束语

本文根据民用飞机各系统之间的关系和基本可靠性的特点，充分考虑系统的构成和结构特点、系统的工作环境等因素，给出了民用飞机可靠性指标预计基本模型，提出了民用飞机平均故障间隔时间和签派可靠度两大可靠性指标的预计方法，能够在民用飞机设计阶段对飞机各系统可靠性指标的定量预计提供借鉴和指导。

［1］GJB 451A-2005可靠性维修性保障性术语[Z].

［2］AC-121/135-49民用航空器主最低设备清单、最低设备清单的制定和批准[Z].

［3］MIL-HDBK-217F Reliability Prediction of Electronic Equipment[Z].

［4］RIAC-HDBK-217PLUS Reliability Prediction Models[Z].