MSG-3理论在教练机结构维修分析中的应用研究

2013-12-02张改华林振华

教练机 2013年1期

周恒，张改华，林振华

(中航工业洪都，江西南昌330024)

0 引言

在飞机维修领域中，为了以最少的资源消耗保持和恢复飞机固有的安全性和可靠性水平，需要在相应维修理论的指导下制定适用而有效的维修大纲。对维修理论的理解和研究是推动维修工作不断向前发展的原动力，采用什么维修理论制定飞机的维修大纲，关系到维修大纲的科学性、适用性，关系到维修工作的有效性，关系到能否经济地保持飞机的适航性[1－2]。

纵观近百年的航空维修发展史，维修理论从“单一定时”维修(HTM)，经过“以可靠性为中心”的维修(RCM)，发展到当代最新的，同时也被各国航空管理当局共同认可和使用的MSG-3 (Maintenance Steering Group-3)理念。 MSG-3是面向任务的维修理论，其包含的核心观点有[3]：

1) 飞机的可靠性与安全性是由设计制造赋予的固有特性，有效的维修只能保持而不能提高。假如飞机的固有可靠性和安全性水平满足不了使用要求，只有修改设计和提高制造水平；

2) 应根据产品故障规律、影响及后果的不同性，采取不同的对策和预定维修工作，不做无效劳动；

3) 产品的预定维修工作类型，其消耗资源、费用和难度是不同的，可加以排序控制。应根据不同产品的需要选择适用而有效的工作类型，从而在保证可靠性的前提下，节省资源与费用。有数据[4]显示国外相关飞机在使用MSG-3维修大纲开展维修工作后，维修费用可节省25%以上。而国内某军用运输机[3]在执行相应维修大纲后，D检（4500飞行小时/10年）的停场维修时间由131天减少到90天，维修工作总量下降约三分之一，航材消耗明显降低，备件库存量减少，飞机出勤率达到95%以上，每架飞机年节约维修费用600万元，经济效益十分显著。

机体结构维修是飞机维修工作中的重要组成部分，其主要任务就是在飞机整个使用寿命中，用最经济的方法保持飞机结构的完整性和固有的适航性，而有效开展结构维修工作的关键在于进行合理的结构维修分析。结构维修分析的结果为飞机结构指定检查深度不同的结构检查工作，确定检查工作的等级和方法应该充分考虑在不影响结构安全/完整性的前提下，以最小的成本完成针对飞机结构所规定的维修要求[5]。本文结合某型教练机维修大纲的编写，对MSG-3理论在教练机结构维修分析中的应用开展了相关研究工作。

1 教练机典型结构组件维修分析

教练机结构维修分析有如下特点[3]：

1)作预防性维修工作的面要宽；

2)适用的预定维修工作类型比较单一；

3) 飞机结构具有隐蔽性，必须将预定维修工作与未暴露的结构损伤后果相关联；

4) 制定结构维修大纲时的重点不在于确定适用的工作类型，而是在于确定恰当的检查等级及其相应的检查间隔期；

5)通过进行维修分析，可以暴露那些安全性和可靠性不满足要求的产品，从而提供必要的设计改进所需的信息。

某型教练机1-6框下壁板结构由蒙皮、设备舱地板、框板、1-6框下大梁构成，为典型金属结构组件，均属于“安全寿命”结构，如图1所示。本节内容将依据MSG-3理论中的结构分析流程对该结构进行维修分析，并制定出相应的维修任务。

1.1 结构项划分

根据结构件失效后对飞机安全性造成的后果，可将结构件划分为两类项目[6]：

图1 某型教练机1-6框下壁板结构

1) 重要结构项目（SSI），是指承受飞行、地面载荷、气密压力或操纵载荷等有重要作用的任何结构细节、结构元件或结构组件，它们的破损将影响飞机安全性所必须的结构完整性；

2) 非重要结构项目（NSSI），除重要结构项目之外的结构即判断为非重要的结构项目。

依据结构项划分定义，通过分析可知下壁板结构组件中的1-6框下大梁属传递总体载荷的重要结构项目，而其余结构属于非重要结构项目。

1.2 重要结构项分析

从飞机检查角度来说，将不需打开或拆卸飞机上的任何部件即直接可见的结构；打开快卸口盖即可直接可见的结构；打开舱门即直接可见的结构定义为外部结构。因而，1-6框下大梁属于“安全寿命”的外部SSI，根据MSG-3理论需要对其确定偶然损伤等级（ADR）和环境损伤等级（EDR）。这些等级考虑了对损伤的可探测性和敏感性，同时也对该SSI 确定了基本结构检查要求。

1.2.1 偶然损伤分析

偶然损伤是随机发生的离散事件，它可能会降低结构固有的剩余强度水平，其在飞机全寿命期内出现的概率是不变的。偶然损伤的来源包括来自地面和货舱操作设备、外来物、雨水、冰雹、雷击、跑道碎片、液体溅洒、结冻、解冻等造成的侵蚀；以及航空器的制造、使用、维护过程中发生的人为差错事件造成的损伤。根据该机型MSG-3理论维修大纲制定政策中的偶然损伤分析逻辑决断标准确定出各指标值，并将其填入偶然损伤分析表（表1）进行分析。

偶然损伤分析逻辑决断过程：

1)可见性，V1=2（具有较大的维护口盖）；V2=2（维护人员可近距离检查1-6框下大梁）；V3=2（设备稠密度低）；

2)损伤尺寸的敏感性，S1=0（1-6框下大梁作为承扭闭室的纵向组件，参与承受机身总体弯矩，应力水平较高）；S2=2（1-6框下大梁材料为LY12-M-δ1.2，断裂韧性高）；

3) 损伤后的剩余强度，RS=1（损伤后的剩余强度等级中）；

4)偶然损伤的可能性等级，大为0，中为1，小为2。

1.2.2 环境损伤分析

环境损伤是指结构因与环境或大气发生化学、物理、生物等作用而引起的损伤，金属结构的环境损伤是一般腐蚀和应力腐蚀。根据机型MSG-3理论维修大纲制定政策中的环境损伤分析逻辑决断标准确定出各指标值，并填入环境损伤分析表（表2）进行分析。

表1 偶然损伤分析表

表2 环境损伤分析表

环境损伤分析逻辑决断过程：

1)可见性，V1=2（具有较大的维护口盖）；V2=2（维护人员可近距离检查1-6框下大梁）；V3=2（设备稠密度低）；

2) 损伤尺寸的敏感性，S=2 （1-6框下大梁材料LY12-M-δ1.2，对应力腐蚀不敏感）；C=2 （有防护涂层，不易产生腐蚀）；

3)环境防护，P=2（有防护涂层，不易产生腐蚀）；

4)有害环境暴露的影响等级，大为0，中为1，小为2。

1.2.3 基本结构检查要求

偶然损伤和环境损伤的检查通常采用一般目视检查、详细检查或特殊详细检查。检查等级依据结构项目材料的预期腐蚀类型来选择，还应考虑结构项目可接近状况和尺寸以及在其他机型相似材料和位置的服役经验，1-6框下大梁结构属于均匀腐蚀类型，故采用一般目视检查。前述内容分析得出了ADR、EDR的总级号，总级号越小，检查周期越短。该SSI既是偶然损伤分析项目又是环境损失分析项目，则按照取总级号最小的方法确定该项目的总级号为5。确定了总级号后，按照表3确定相应的检查周期。由此可以得出1-6框下大梁重要结构项的基本检查要求为：检查周期，2C；检查等级，一般目视检查（GVI）；同时按实际维修大纲制定要求在D检时进行详细检查(DET)。

表3 检查周期

1.3 区域分析与维修任务的制定

区域分析是MSG-3理论首创的概念，区域检查工作的目的是确保所检查的区域内所有系统项目和可视结构部分的安装是否牢靠、探测是否存在由于任何失效或损伤导致的相邻结构的二次损伤、区域内系统和结构项目的一般情况等[5]。由于很多的系统和结构维修要求与区域分析逻辑产生的维修工作具有相同的接近方式和类似的检查间隔，因此，区域检查可以接受结构部分转移来的项目，这些项目的区域检查间隔应满足结构任务所要求的最小间隔。区域检查能够对每一区域中结构的正常状态进行GVI检查，这里包含对非重要结构项的检查，同时也包含SSI分析得出的GVI任务。 1-6框下壁板结构所在区域的分析结果提出对结构部分进行间隔为2A的GVI检查，因而可以将1-6框下大梁基本结构检查要求中的GVI检查项转移至区域检查中。

通过本节内容分析可以制定出1-6框下壁板结构组件的维修任务：D检（2500飞行小时）时对1-6框下大梁进行详细检查(DET)，在相应区域检查（间隔为2A/250飞行小时）时对包含1-6框下大梁在内的所有结构项做GVI检查。显而易见，利用MSG-3理论分析制定的维修任务相比以往型号类似结构进行 “单一定时”维修检查而言，能够保证该型教练机具有维修间隔长、维修工作量少、飞机出勤率高等显著优势。