民用直升机RMSG-3中闪电和高能辐射场防护分析方法研究

王晓前，吴建国，刘 莹

(中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333001)



民用直升机RMSG-3中闪电和高能辐射场防护分析方法研究

王晓前，吴建国，刘 莹

(中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333001)

从工程应用的角度，结合国内某型民用直升机上首次进行的L/HIRF RMSG-3分析工作展开研究，阐述了民用直升机闪电和高能辐射场防护(L/HIRF)RMSG-3分析方法，旨在为民用直升机L/HIRF RMSG-3分析提供理论参考。

闪电和高能辐射场防护；RMSG-3；民用直升机

0 引言

直升机闪电和高能辐射场防护设计是保证直升机遭遇闪电和高能辐射场时能够持续安全飞行的必要手段。但是随着时间的推移，这些防护设计在直升机的整个寿命周期内是否持续有效？它们的防护性能是否出现退化？是否还能够达到设计时的防护能力？是否需要对其进行相应的预防性维修任务？这些都是摆在直升机综合保障工程师面前的问题。因此，在制定直升机初始计划维修检查要求时必须针对直升机闪电和高能辐射场防护(L/HIRF)的设计要求开展专门的RMSG-3分析，以确保L/HIRF防护部件在直升机的全寿命周期内处于良好的状态。

直升机初始计划维修检查要求是主要维护建议或维修大纲的编写依据，因此初始计划维修检查要求的制定对于直升机的使用和维护有着极为重要的意义。而初始计划检查要求的制定主要依赖于直升机制造商基于各自产品的设计特点进行使用数据的收集和经验的积累以及RMSG-3分析的结果。在我国现阶段，民用直升机的数量非常少，而使用数据的收集需要一定数量的直升机才能较好地实现，这一现状更加体现出L/HIRF RMSG-3分析结果在我国现阶段对于民用直升机发展的重要性和必要性。

1 闪电和高能辐射场防护维修要求的制定

闪电和高能辐射场防护维修要求关注的是整个直升机所有的L/HIRF设计特性在直升机运行和使用中的维修问题，包括了对于闪电直接效应和间接效应的防护设计、高能辐射场的防护设计如何制定检查/维修要求。由于L/HIRF关注的对象除航线可更换单元(LRU)外，多数都广布分散于全机的各个区域，因此RMSG-3的理念是主要由区域检查来覆盖这些防护设计；但是由于区域检查工作的深度和检查效果都受限于检查范围和一般目视检查(GVI)的检查方式，对于存在特定防护设计的区域，GVI不足以识别或发现这些防护设计的退化情况，因此需要L/HIRF分析来识别这些特定的防护设计。目前世界上多数制造商都采用了确定“闪电和高能辐射场防护重要项目(LHSI)”的形式来明确分析对象。

对于LHSI以外的L/HIRF设计部件，其维修检查要求由区域检查来满足。L/HIRF仅分析到LRU外部的L/HIRF的设计特性，对于LRU内部的L/HIRF的设计特性不应按照RMSG-3的分析逻辑来制定相应的维修要求，至于这些防护设计是否在持续的运行中保持有效，应当由直升机的制造商和LRU制造商共同来保证有相应的检查和维修方法，并且在供应商维护手册(CMM)或其他文件中予以说明。

2 闪电和高能辐射场防护分析原则[1]

L/HIRF维修RMSG-3分析的原则是正确、合理地进行相关分析工作的依据，国际维修审查委员会报告(IMRBR)之关于L/HIRF维修分析方法中给出了一些建议，作者在消化吸收的基础上，根据自身的理解和实际运用中的工作经验提出了如下分析原则：

1) 型号审查对L/HIRF审查要求确定需进行L/HIRF维修RMSG-3分析的系统，所以L/HIRF维修RMSG-3分析按照ATA定义的系统进行分析。

2) L/HIRF维修RMSG-3分析仅分析在型号合格审定过程中确定的L/HIRF防护失效对直升机运行安全性有不利影响的那些系统和部件。

3) L/HIRF维修RMSG-3分析仅分析系统设备外部的L/HIRF防护。设备内部防护不进行分析，其维修要求由设备制造商保证，维修要求和内容应包含在设备维修手册中。

4) L/HIRF防护维修RMSG-3分析主要分析以下影响因素导致的防护退化：

① 环境蜕化，包括湿度、腐蚀物质、积聚、温度和振动等；

② 偶然损伤，包括地面设备操作、货物装载、外来物、天气(如冰雹雨雪)、液体渗漏溅洒(包括运输液体货物可能的遗洒、冬天使用的防冰液)、区域内维修活动等。

5) 下列情况的防护部件无需选择确定专门的L/HIRF维修任务：

① 所有可见的L/HIRF防护设备(如导线、屏蔽、连接器、搭接线、连接器之间以及端接头之间导电淘等)可以由区域检查覆盖；

② 导管和热收缩套内的L/HIRF防护设备，则通过区域检查确认保护管套的完整性来覆盖；

③ 机体结构的固有导电性的维修包含在区域检查中，相关腐蚀在结构检查中考虑；

④ 设有导电网的复合材料整流罩由区域检查覆盖；

⑤ 防护保证计划(或等效确认项目)处于适用的维修项目时，不需要专门的L/HIRF维修；

⑥ 处于相似位置和环境，经过验证的在用的且性能良好的L/HIRF防护部件不需要做详细部件分析和专门L/HIRF维修任务。

3 RMSG-3 闪电和高能辐射场防护分析流程

直升机RMSG-3 L/HIRF分析工作主要包括LHSI的确定、分析方法的确定和数据分析3个环节。LHSI的确定是RMSG-3 L/HIRF分析工作的基石，即确定分析目标，确定哪些防护部件需要列为LHSI。根据LHSI所处安装位置，从环境损伤易感程度(ED)和偶然损伤(AD)的可能性两方面来量化对LHSI造成的影响程度，从而确定LHSI固有可靠性对各种影响因素的耐受程度，以评估某个LHSI在各种ED/AD条件下可能发生的性能退化情况，并确定其所需的维修和检查要求。最后通过表格记录所有的信息、数据和分析结论。具体分析流程见图1。

图1 RMS-3分析流程图

4 LHSI的确定

4.1 LHSI确定的一般过程

1) 明确审定要求及其符合性设计。L/HIRF分析关注的是为满足审定要求而设计的L/HIRF防护特性，首先需要确定直升机哪些系统、部件或零件是按照这种要求设计的。以AC313型机为例，该型机在型号合格审定过程中已经确定了整机L/HIRF需要满足审定基础中相应适航条款的系统和部件，其中闪电直接效应防护涉及的系统包括：ATA28燃油系统、ATA53机身、ATA55垂尾和平尾、ATA62主旋翼、ATA64尾桨、ATA67旋翼飞行操纵。闪电间接效应防护涉及的系统包括：ATA31综合显示系统、ATA46机电管理系统。高能辐射场防护涉及的系统包括：ATA31综合显示系统、ATA46机电管理系统。因此，仅需对以上系统和系统中进行闪电防护设计的部件或零件开展L/HIRF分析。

2) 第一步：编制分析对象清单。在编制分析对象清单时建议按照系统单独编制，清单在列出该系统所有L/HIRF设计零部件的基础上，考虑防护设计在运行中由于预期的退化情况导致失去防护效能，当处在闪电和高能辐射场的环境中，防护对象自身的功能是否受到影响？这种影响程度是否会对安全不利或足以妨碍正常的安全飞行和着陆，进而造成灾难性或危险性的后果。通常我们以系统功能危害性分析报告(FHA)作为判定依据。

3) 第二步：按照安装位置对影响安全的部件进行分类，编制分析对象清单，这里说的安装位置是指直升机划分的区域，AC313型机共划分为45个区域，同一个区域内的部件可视为安装位置相同。这样分类为后续的优化替代分析提供了判定依据。

4) 第三步：列出所有的防护部件，根据分析原则判断其中哪些需要由区域GVI覆盖，并将部件清单传递至区域分析组。

5) 第四步：对于分析对象清单列出的部件，需要列出预期的退化模式或可能的失效情况。FHA和故障模式及影响分析报告(FMECA)可作为判定依据。

6) 第五步：明确具体的安装位置及安装位置的环境特性，分析偶然损伤情况。可使用区域分析指南中的环境等级表和偶然损伤等级表作为判定依据。

7) 第六步：判断其安装位置的环境特性和发生偶然损伤的情况是否会导致相应的防护设计出现退化和失效。安装位置的环境和偶然损伤敏感的项目需要列入分析对象清单。

8) 特别需要强调的是，对于飞行安全和着陆有影响的LHSI，其分析结果不能列入与区域检查要求合并的候选项。

4.2 LHSI 的优化

LHSI的分析主要考虑ED和AD，因此在分析之前应按照“安装位置”和“是否相同的设计特性”对LHSI进行整理，对于相同的防护设计和相同的ED/AD条件的LHSI可以只分析一次，从而优化整个分析过程。

以AC313型机操纵系统为例，表1对如何从“安装位置”和“是否相同的设计特性”两方面进行优化LHSI分析过程给出了示例。

表1 LHSI信息汇总

5 确定分析方法

LHSI的分析需要判定所处安装位置的环境损伤易感程度和偶然损伤的可能性，因此分析方法主要考虑LHSI对各种ED/AD影响因素的易感度。通过对各种ED/AD影响因素的易感度进行等级评定来量化其对LHSI的影响程度，以评估某个LHSI在各种ED/AD条件下可能发生的性能退化情况，并确定其所需的维修和检查要求。

1) ED/AD影响因素

需要考虑的环境因素包括温度、振动、湿气和腐蚀液体等，根据LHSI的具体安装位置，对各种环境因素进行分析和说明；根据LHSI的防护设计特性和性能数据，如试验数据和实际使用经验数据，分析和判断LHSI对各种环境因素可能造成损伤的易感程度。

需要考虑的偶然因素包括地面设备操作(包括货物装载)、外来物、天气(如冰雹雨雪)、液体溅洒(包括运输液体可能的遗洒)、区域内维修互动等，根据LHSI的具体安装位置，对各种可能的偶然损伤情况进行分析和说明；根据LHSI的防护设计特性和性能数据，如试验数据和实际使用经验数据，分析和判断LHSI对各种偶然损伤发生的可能性。

2) 应用等级-间隔对照表确定维修检查任务的间隔

对ED和AD的分析需要通过等级判定来进行量化，之后应用等级-间隔对照表来确定相应的任务间隔。

需要注意的是，无论是对环境损伤的易感度等级还是偶然损伤的可能性等级都是相对值，它们的比较范围是对于某一型直升机的不同安装位置来说的。不同型别的直升机之间是没有可比性的。以AC313型机操纵系统为例，表2给出了示例。

表2 任务间隔确定

6 数据分析表格的运用

分析过程所有的信息、数据和分析结论应一起纳入分析表格中。表格应含有机型适用性、版本控制信息、页码编排信息和系统ATA编号等。第一个分析表格为LHSI清单，用于说明某一L/HIRF防护系统包含的LHSI信息，包括LHSI编号、LHSI的描述(或名称)、LHSI对应的部件号、安装位置的区域号、安装环境类别、LHSI级别、是否可由其它LHSI替代分析等信息。需要说明的是，LHSI级别可分为两级[2]：影响正常安全飞行和着陆的LHSI(1级)和其它对安全有不利影响的LHSI(2级)。影响正常安全飞行和着陆的LHSI，其分析结果得出的GVI任务不能作为区域候选项任务，而应作为独立的维修任务纳入初始计划维修检查要求中。

第二个表格用于LHSI防护设计特性说明，重点说明LHSI的防护设计特性，如导线屏蔽的详细搭接通路，具体的接地或搭接方式的设计细节(如三维图、二维图)，LHSI可用的试验数据、实际使用中收集的与可靠性相关的信息，以支持后续的分析。

第三个表格为防护设计特性的失效或退化模式分析，分析可能的失效或退化模式时，需要说明设计时对相应失效或退化模式的考虑或失效退化模式的针对性设计，以及对可能失效或退化的预期判定。

第四个表格是安装位置的ED/AD分析，记录和说明LHSI具体安装位置的环境信息和偶然损伤发生可能性的分析内容。为真实地反映安装位置和周边的情况，应使用三维数模或实物照片等。

第五个表格是任务间隔确定，利用区域分析指南中环境等级表和偶然损伤等级表对ED和AD等级进行评定，使用等级-间隔对照表确定相应的间隔值。参见表2。

第六个分析表格是任务类型和有效性判定，任务类型和有效性判定需要考虑每种任务类型对LHSI和其安装位置的检查效果，对于搭接或接地设计有阻抗值要求的，应考虑测量阻抗值的检查任务(FNC)。在选择任务类型时应按从易到难的顺序，首先考虑一般目视检查(GVI)是否有效，其次考虑详细检查(DET)，再是功能检查(FNC)，最后是报废(DISCARD)。一旦选择其中一个任务，则不用考虑后续的任务。表3给出AC313型机燃油系统重力加油口组件搭接线路的任务类型和有效性判定示例。

表3 任务类型和有效性判定

最后一个表格用于任务汇总，记录一个L/HIRF防护系统包含的所有LHSI分析完成后得出的任务汇总，同时确定是否为区域候选任务。表4给出AC313型机机电管理系统和综合显示系统屏蔽电缆L/HIRF分析后的汇总。

7 结论

L/HIRF RMSG-3分析是当今世界直升机预防性维修任务分析的前沿技术，作者通过对国际维修审查政策委员会(IMRBR)相关资料的研究，在国内AC313直升机型号AEG工作中首次应用该技术并得到适航当局的认可，首创了国内直升机的L/HIRF MSG-3分析工作，将该项分析技术应用到直升机工程研制的实际工作中，为后续各型民用直升机开展L/HIRF RMSG-3分析提供了方法和参考。

表4 机电管理系统和综合显示系统屏蔽电缆L/HIRF维修任务汇总

[1] Air Transport Association of America. ATA MSG-3 Operator/Manufacturer Scheduled Maintenance Development, Revision 2003[S].2003.

[2] 中国民航局飞行标准司.MSG-3应用指南[S].2010.

Analysis for L/HIRF of Civilian Helicopter based on RMSG-3

WANG Xiaoqian, WU Jianguo, LIU Ying

(China Helicopter Research and Development Institute , Jingdezhen 333001, China)

This paper introduced a method of L/HIRFRMSG-3 in civilian helicopter on engineering application, according to the application of RMSG-3 in civilian helicopter AC313 L/HIRF, this method will provide a theoretical reference for the application of RMSG-3 in civilian helicopter L/HIRF.

L/HIRF; RMSG-3; civilian helicopter

2014-07-14

王晓前(1971-)，男，江西吉水人，高级工程师，研究方向：直升机综合保障。

1673-1220(2015)01-055-06

V267

A