刘信超,刘 昕,关天阳,左洪福,鲍俊平

(1.南京航空航天大学， 南京 210000； 2.中国商用飞机有限责任公司， 上海 200000；3.南昌航空大学， 南昌 330063)

【后勤保障与装备管理】

民用飞机环境与偶然损伤评定及间隔期确定方法

刘信超1,刘 昕2,关天阳3,左洪福1,鲍俊平1

(1.南京航空航天大学， 南京 210000； 2.中国商用飞机有限责任公司， 上海 200000；3.南昌航空大学， 南昌 330063)

通过分析空客和波音公司相似机型的分析方法和经验，确定了国产客机结构维修工程分析中ED、AD等级评级和检查间隔期确定的初步思路，并以某国产客机舱门为例进行分析。该确定方法可为进行详细维修工程分析提供参考，适用于某国产客机结构维修工程分析工作。

结构维修大纲；环境损伤；偶然损伤；检查间隔期

维修大纲是持续适航文件的一部分，它给出了飞机的初始最低预定维修要求。当前，国际主流机型均根据MSG-3思想编制维修大纲。在MSG-3思想中，结构维修大纲包括三部分内容：环境损伤(Environmental Deterioration)ED(含腐蚀防腐与控制大纲(Corrosion Prevention and Control Program)CPCP)，偶然损伤(Accidental Damage)AD和疲劳损伤(Fatigue Damage)FD[1]。

飞机结构设计通常采用两种设计原则，即损伤容限设计和安全寿命设计[2]。在进行结构检查大纲制定时，属于安全寿命设计的重要结构件(Structural Significant Item)SSI进行安全寿命分析；属于损伤容限设计的SSI进行FD分析，其中的主要结构件(Principal Structure Elements)PSE以及适航限制项(Airworthiness Limitation Items)ALI进入适航性限制文件，非PSE/ALI进入结构检查大纲。而对所有SSI均要进行AD、ED分析评定。

根据对ED、AD的评定，结构初始检查大纲给出各SSI的相应检查方法与检查间隔期从而得到该区域为保证结构持续适航性的最低维护计划。最终检查大纲的两个基本部分是首次检查期(门槛值)和重复检查间隔期[3]。首次检查期是在飞机型号许可审定过程中以制造厂家为主确定，经管理当局批准认可。在首次检查期后，除了按规定进行疲劳损伤检测工作外，还需要利用抽样方法完成疲劳检测工作[4]。

吴昊[5-6]等人建立偶然损伤分析的指标评定体系，利用粗糙集理论改进的AHP(Analytic Hierarchy Process)方法确定各个指标，从而科学地计算出损伤总等级，进而精确地得出损伤检查间隔期。柏文华[7-8]等人利用矩阵法、模糊理论对结构ED评级与确定间隔期。

本文根据相似机型PPH(Policy and Procedures Handbook)手册[9][10]，分析了空客和波音公司相似机型的分析方法和经验，给出了某国产客机ED、AD等级确定的方法，给出了国产客机结构维修工程分析中ED、AD间隔期确定的初步思路，并以某国产客机舱门为例进行分析。

1 ED等级的确定

环境损伤是指结构与有害环境相互作用造成的结构强度下降，包括金属材料腐蚀和非金属材料恶化两个方面。确定飞机结构环境损伤等级EDR(Environmental Deterioration Rate)时要考虑材料腐蚀特性、防护体系、使用环境的影响。

1.1 空客ED因素分析与评级

1.1.1 金属结构ED评级

针对金属结构项目，为了能即时地探测到环境损伤，考虑了对各种腐蚀的敏感性、使用的保护类型、使用环境的影响。评级步骤：1)选择材料潜在的腐蚀类型；2)确定级别，包括应力腐蚀级别、其他腐蚀级别、保护等级级别、环境等级级别，其中其他腐蚀级别包括晶间腐蚀、点蚀、均匀腐蚀、电偶腐蚀、丝状腐蚀、微生物腐蚀和磨损腐蚀等；3)综合各等级得出综合等级。根据综合等级，确定初始维修的门槛值，进而确定检查方式和重复检查间隔时间。各等级确定如图1，图1描述了金属结构ED 评定综合等级过程的确定。其中RD(Redesign)表示结构需要重新设计。

选定材料后，在其它腐蚀类型等级中，选择最低等级，将该等级与内应力腐蚀类型等级组成矩阵表，在对应的行与列中确定等级值m。保护等级与环境等级和意外损伤结合，确定等级值n。根据m和n在综合等级-间隔矩阵表中确定检查间隔期。

图1 空客某相似机型结构等级及间隔期确定流程

1.1.2 非金属结构ED评级

非金属结构，主要是指复合材料。复合材料由于有比强度高，比模量高，重量轻等优点，所以在飞机中大量应用。由于其材料本身的特殊性，有必要进行单独分析，分析的全过程见图2。

图2 空客某相似机型非金属ED分析流程

1.2 波音ED因素分析与评级

1.2.1 金属结构ED评级

波音金属结构ED因素分析与评级考虑以下几个方面：SSI可见性、对损伤尺寸的敏感性、环境保护、暴露于不利环境的影响。SSI可见性、对损伤尺寸的敏感性两个因素确定可探测性值，见表1。环境保护、暴露于不利环境的影响两个因素确定敏感性值，见表2。EDR是可探测性值和敏感性值之和。

通过以上两个矩阵表可以求出：应力腐蚀的环境损伤等级EDR-(S)、其他腐蚀的环境损伤等级EDR-(C)，两者中最小值作为金属结构的环境损伤等级EDR，EDR是ED/AD评级中的ED评级值，分析过程见图3。

表1 可探测性值的确定

表2 敏感性值的确定

图3 波音某相似机型ED/AD分析流程

各部段检查间隔期对照表如表3、表4、表5、表6所示。

1.2.2 非金属结构ED评级

波音非金属结构ED因素分析与评级过程见图4、图5。

表3 某相似机型机翼结构检查频率

注：FH为飞行小时。

表4 某相似机型起落架结构检查频率

表5 某相似机型机翼吊挂结构检查频率

表6 某相似机型机身结构检查频率

2 AD等级的确定

结构偶然损伤检查间隔期的确定是民机维修大纲制定中的重要一环，偶然损伤是由一些离散随机事件导致结构固有剩余强度降低的损伤，可能发生在任一飞机的任何部位。损伤源主要存在飞机的内部/外部以及系统之中，分为制造缺陷和在运营、维护过程中造成的偶然损伤两大类。偶然损伤的特点是随机发生，降低了固有的剩余强度。为了满足飞机适航持续要求，对于重要结构项目任何可检偶然损伤，必须进行维修。对于不同结构、不同形式的损伤，应该采用不同的维修方法，这样可在满足可靠性要求的前提下降低维修成本。

图4 波音某相似机型非金属ED/AD分析评级流程

图5 波音某相似机型非金属结构ED/AD 等级分析

2.1 空客AD因素分析与评级

2.1.1 金属结构AD评级

检查方法以及相关间隔期的制定建立在以下步骤的基础上：

(1)SSI对不同形式偶然损伤的敏感性评估；

(2)有关偶然损伤是否被其他SSI评估包括；

(3)损伤类型，位置和尺寸的估计；

(4)环境影响——在环境损伤中考虑的损伤；

(5)疲劳影响——在疲劳损伤中考虑的损伤。

敏感性评估是指判断SSI暴露于以下损伤源的频率和位置，确定SSI显著损伤源的敏感率可能还是不可能。损伤原因包括：地面操作设备事故、货舱操作设备事故、维护步骤错误、营运步骤错误、气候影响、鸟击、跑道碎片撞击、液体溢出和制造过程中形成的缺陷等。根据确定的显著损伤源及其敏感性，确定初始损伤评估位置、尺寸，评估AD初始损伤对疲劳、腐蚀行为影响的程度并决定FD、ED评估时是否必须考虑。

2.1.2 非金属结构AD评级

空客非金属AD分析方法如图6所示。其中的可能性评估和主导损伤确定同金属结构。如果评估结果为AD可能发生，则根据表7选择对应的检查结构。

表7 剩余强度与检查间隔期

注：1.A、C检的检查间隔作为检查间隔，A检是比日常维护工作增加一些深度和广度的检查，C检是为了保持飞机的持续适航性遍布整个飞机的更深层次的检查。 2.在MSG-3分析表格中规定为2.5年。然而，MSG-3只是作为一个指导文献。对于所有低于5年的检查间隔期来说，必须注明该间隔期已确定。 3.N/A表示不需要制定检查间隔期。

图6 空客非金属SSI 的AD分析

2.2 波音AD因素分析与评级

ADR(Accidental Damage Rate)等于实时检查值、敏感性值之和。

实时检查值可以由表8得出。评估这个值要基于偶然损伤之后的损伤敏感性和所要检查结构的可见性。敏感性值可以从表9矩阵中得到。这个值是基于结构偶然损伤可能性和偶然损伤之后的剩余强度。

表8 实时检查矩阵

表9 敏感性值

3 某国产客机ED、AD因素分析与评级

3.1 某国产客机ED因素分析与评级

对于金属结构项目，波音、空客分别从可检性的角度、金属材料本身对各种腐蚀的敏感性出发对ED进行分析。波音需要参照以往设计机型的经验数据，且根据部段设置不同的间隔对照表，工作量大。而空客的时间间隔对照表只有一张，制定工作表十分方便。

对于非金属结构项目，空客公司总结了大量的实验数据，认为对非金属结构没有必要做详细的检查，做一般的目视检查(General Visual Inspection)GVI即可。

波音某相似机型对非金属结构ED的分析，考虑的环境因素与空客大致相同。可以确定结构对每一个环境因素敏感性(高、中、低)，从中选出最小的值即为非金属结构的EDR值。在通过ADR的值就可以进一步确定检查间隔期。由此可见，波音公司在考虑复合材料时相对保守。

经过以上的分析，针对金属结构，参考空客，制定一张间隔期对照表。针对非金属结构，按照波音的分析流程分析。

确定EDR时，需要考虑可见性指标VR、腐蚀敏感性SC、环境保护性PR、环境影响等级EV。

可见性指标VR包括口盖尺寸、眼睛与SSI 项目的距离、设备稠密度等级，分别用VR1、VR2、VR3表示，VR为VR1、VR2、VR3的平均值。

腐蚀敏感性SC包括对应力腐蚀敏感性的等级(SC1)、对其他腐蚀的敏感性等级(SC2)，SC为SC1、SC2的平均值。

环境保护性PR即PR1。

其中VR1、VR2、VR3、SC1、SC2、PR1、EV在高、中、低时，分别取0、1、2。

3.2 某国产客机AD因素分析与评级

确定EDR需要考虑以下几个因素：损伤可能性指标等级LK、可见性指标等级VR、损伤敏感性等级SD、剩余强度等级RS。

损伤可能性指标LK包括地面操作设备造成损伤的可能性等级LK1、货运设备造成损伤的可能性等级LK2、人为失误造成损伤的可能性等级LK3、雨水、冰雹等造成损伤的可能性等级LK4、跑道的碎片、残骸造成损伤的可能性等级LK5、雷击造成损伤的可能性等级LK6、液体浸泡造成损伤的可能性等级LK7、其它因素LK8。LK为LK1至LK8均值。

可见性指标VR包括口盖尺寸、眼睛与SSI 项目的距离、设备稠密度等级，分别用VR1、VR2、VR3表示，VR为VR1、VR2、VR3的平均值。

金属的损伤敏感性等级SD包括应力水平等级SD1、断裂韧性等级SD2，非金属的损伤敏感性等级SD包括应力水平等级(SD1)、对损伤扩展的敏感性等级(SD3)。SD为SD1、SD2的均值或SD1、SD3的均值。

LK1至LK8、VR1、VR2、VR3、SD1、SD2、SD3、RS在高、中、低时，分别取0、1、2。

4 间隔期确定

4.1 空客综合等级与间隔期的确定

对金属结构项目，根据图1确定间隔期。

对非金属结构项目的影响因素等级评定和间隔期的确定，因为复合材料结构受环境变化的影响并不敏感，空客并没有给出具体的方法，但在制定结构维修大纲时，考虑了在使用环境中长期的时效影响因素。

4.2 波音综合等级与间隔期的确定

对金属结构项目，根据图3确定间隔期。

对非金属结构项目，参考图4。

4.3 波音与空客在确定结构间隔矩阵表方法上的对比分析

在ED分析中，波音与空客指标权重的分配上有较大区别，波音将暴露于不利环境的概率以及材料本身对各种腐蚀敏感性算作一个指标，空客将两种因素算作两个指标，并且这两个指标在空客的评级体系中占有较大权重。

另外，波音和空客对待AD的方式不一样，波音公司单独进行AD分析，在AD与ED等级合并时，考虑AD发生概率，高概率时取AD、ED等级最小值，低概率时以ED为准。空客公司不单独进行AD分析，只考虑AD对ED的影响，首先考虑AD的可能性及主要损伤源、损伤部位及尺寸，其次在ED评级时考虑AD的影响并降低ED保护性指标等级。

对于非金属材料ED，波音考虑了材料结构特性、抗恶劣环境的特性、恶劣环境的可能性。空客考虑运营经验、环境特性及承载因素。承载因素指的是在恶劣环境下损伤扩展性的评估，环境特性指的是材料本身抗恶劣环境的能力，综合以上三个指标选取最恶劣情况，根据工程经验及设计特性给出间隔期和检查方式，一般选取GVI。

除了以上区别，在间隔期对照表的设置方式也不一样，波音根据部段设置不同的间隔期对照表，空客全机结构在AD、ED评级时设置一个间隔期对照表。

4.4 某国产客机确定间隔期

通过参照某国产客机的总体设计目标和维修框架体系，并且考虑到飞机结构各部段的直接维修成本，在保证安全性的前提下，表10给出了某国产客机金属结构的检查间隔期对照表。

对于金属结构，分别得到EDR、ADR，取min{EDR,ADR}为金属结构等级。根据相似机型经验、设计数据，等级为1至8，即飞机金属结构EDR或ADR有8个等级，如表10。

对于非金属结构，即将AD等级和ED等级进行综合评级后给出最终非金属材料等级表，然后参照非金属材料等级间隔期对照表，才可给出特定非金属材料的检查间隔期，如图7。

表10 金属结构检查间隔期

图7 非金属结构等级的确定过程

5 实例分析

某国产客机舱门的SSI部件号为52-42-01，组成部分为外蒙皮、盆形件、铰链接头、框板及连接角片、止动件。外蒙皮内外部划分：蒙皮外侧直接可见，为外蒙皮；蒙皮内侧为内蒙皮。盆形件内外部划分：盆形件被密封件和内、外蒙皮遮挡，不可见，因此划分为内部。铰链接头内外部划分：其大部分不能直接可见，划分为内部。止动件内外部划分：打开并转动舱门时，止动件可直接看到，因此仅划分为外部。以52-42-01号SSI内部为例，进行分析。

根据前文要求对VR1、VR2、VR3、SC1、SC2、PR1、EV1、EV2、EV3、EV4进行评级，再根据式(1)～式(4)，得出EDR，见表11。

(1)

(2)

(3)

EDR=VR+SC+PR+EV

(4)

根据前文要求对VR1、VR2、VR3、SD1、SD2、RS1、LK1至LK8进行评级，再根据式(1)、式(5)、式(6)、式(7)，得出ADR，见表12。

(5)

(6)

ADR=VR+SC+PR+EV

(7)

将EDR与ADR四舍五入取整，根据min{EDR,ADR}查表10，得到检查间隔期，见表13。

表11 S-4A表格(ED分析、金属SSI)

表12 S-5A表格(AD分析、金属SSI)

表13 S-6A表格(间隔期确定、金属SSI)

6 结论

本文梳理了空客和波音相似机型的结构ED和AD等级和间隔确定的方法，总结了相似机型关于金属结构和非金属结构的ED、AD分析方法的优缺点。

在此基础上，根据国产民机的实际情况给出了确定国产民机的结构ED、AD等级和间隔期的初步思路，并以国产客机舱门为案例进行分析。

[1] 左洪福，蔡景，吴昊，等.航空维修工程学[M].北京：科学出版社.2011 99-107.

[2] 《飞机设计手册》总编委会.飞机设计手册.第10册,结构设计[M].北京：航空工业出版社,2000.

[3] 刘秀丽,董登科,弓云昭.民用飞机结构AD、ED、FD评定与检查大纲制定[J].结构强度研究,2013(1):1-6.

[4] 杨海滨,左洪福,朱磊.民机结构维修大纲抽样检查原则与方法研究[J].飞机设计,2011,31(6):67-70.

[5] 吴昊.民用飞机规划维修技术理论及应用研究[D].南京：南京航空航天大学,2009.

[6] 吴昊,左洪福,孙伟.基于改进AHP的民机结构偶然损伤检查间隔的研究[J].飞机设计,2008,28(3):57-61.

[7] 柏文华.民用飞机维修大纲制定的关键技术及方法研究[D].南京航空航天大学,2014.

[8] 柏文华,左洪福,吴静敏,等.一种民用飞机结构维修大纲的制定方法[J].飞机设计,2011,31(5):46-50.

[9] AIRBUS,A318/A319/A320/A321 Policy and Procedures Handbook[M].France,2001.

[10]Boeing,7E7 Policy and Procedures Handbook[M],America 2007.

(责任编辑 唐定国)

Rating and Inspection Interval of Environmental Deterioration(ED) and Accidental Damage (AD) for Civil Aircraft

LIU Xinchao1， LIU xin2， GUAN Tianyang3， ZUO Hongfu1， BAO Junping1

(1.Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210000, China;2.Commercial Aircraft Corporation of China Ltd., Shanghai 200000, China;3.Nanchang Hangkong University, Nanchang 330063, China)

Through studying the similar aircrafts of Boeing and Airbus, this paper proposes the solution of rating environmental deterioration and accidental damage, and gives a feasible method for determining the inspection intervals of structure for a domestic aircraft. This paper takes cabin door as an example to verify the feasibility of the methods. The methods proposed in this paper can be applied to the maintenance analysis of domestic aircraft.

Structure Repair Manual; environmental damage; accidental damage; inspection interval

2017-04-26；

2017-05-27

刘信超(1995—)，男，硕士研究生，主要从事航空器持续适航技术与维修理论研究;左洪福(1959—)，男，博士生导师，主要从事航空器健康管理与维修理论研究。

10.11809/scbgxb2017.08.021

format:LIU Xinchao，LIU xin，GUAN Tianyang,et al.Rating and Inspection Interval of Environmental Deterioration(ED) and Accidental Damage (AD) for Civil Aircraft[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(8):90-97.

V2-9

A

2096-2304(2017)08-0090-08

本文引用格式：刘信超,刘昕,关天阳，等.民用飞机环境与偶然损伤评定及间隔期确定方法[J].兵器装备工程学报，2017(8):90-97.