可靠性设计在民用飞机中的应用

闫旭东

上海飞机设计研究院

可靠性设计在民用飞机中的应用

闫旭东

上海飞机设计研究院

民用飞机可靠性设计的目标是保证飞机达到规定的可靠性定量指标和定性要求，以提高飞机的可靠度，降低运营费用，使飞机具有良好的经济性和市场竞争能力。民用飞机在设计中大量采用了冗余设计、成熟技术及标准化设计等设计手段，以保证飞机的可靠性和安全性。通过可靠性分析验证飞机平均故障间隔时间和签派可靠度是否满足设计要求。

民用飞机可靠性设计目标及方法

民用飞机可靠性设计的目标是保证飞机达到规定的可靠性定量指标和定性要求，以提高飞机的可靠度，降低运营费用，使飞机具有良好的经济性和市场竞争能力。民用飞机在设计中大量采用了冗余设计、成熟技术及标准化设计等设计手段，以保证飞机的可靠性和安全性。

a）冗余设计： 民用飞机中安全性影响大的设备都有多套备份，当一套设备出现故障时，备份的设备仍然可以保证飞机的功能正常，不会导致航空公司运营受到影响；

b）成熟技术： 民用飞机设备大量采用国内外民机的成熟技术及货架产品，在满足性能、可靠性、安全性、重量、外形等要求的情况下，采用已成功应用在成熟机型的货架成品和改进产品，大大提高了系统可靠性；

c）标准化设计： 民用飞机设计时选用成熟的标准零部件、成熟的材料及工艺加工方法，以提高设备的可靠性。

民用飞机可靠性设计指标

民用飞机可靠性指标主要有平均故障间隔时间（MTBF）和签派可靠度（DR）指标两部分。

a）平均故障间隔时间Mean Time Between Failures（MTBF）是可修复产品使用可靠性的一种基本参数。其度量方法为：在规定的条件下和规定的时间内，产品累积的总飞行小时除以同一时间内的故障总数；

b）签派可靠度Dispatch Reliability（DR）是指没有因技术原因而延误营运离站或撤销航班的百分数。在数值上，签派可靠度=1-出勤延误率（出勤延误率是在规定的日历时间内或规定的累计商务离站次数内，因技术原因的延误及航班撤销总次数除以商务离站总次数）。签派可靠度又称派遣可靠度。

民用飞机可靠性设计指标的分配原则及分配方法

可靠性设计指标分配原则

民用飞机的可靠性常按照如下分配原则进行分配：

a） 根据ATA 章节划分进行指标分配；

b） 对平均故障间隔时间分配时考虑一定的余量（余量10%）。

可靠性设计指标分配方法

根据飞机整机级的设计目标与要求，参考航空公司的运营数据确定各系统可靠性分配值占全机可靠性指标的比例，并对各系统进行可靠性指标初步分配，结合设备部件制造商提交的数据对初步分配值进行修正，最终得到各系统的可靠性分配指标。假设飞机及各主要系统的故障率服从指数分布。具体如公式（1）、（2）和（3）：

其中：λ为整机的故障率，λi为各系统的故障率，MTBF 为整机的平均故障间隔时间值。

可靠性分析

可靠性框图

可靠性框图是可靠性分析中必不可少的一部分。可靠性框图确定系统发生故障需要维修的全部可更换单元（以下简称LRU）。

可靠性框图由系统全部LRU组成。它不区分影响飞机签派的LRU和不影响飞机签派的LRU。可靠性框图范例如图1所示。

系统MTBF分析

系统MTBF等于系统各部件故障率代数和的倒数。表1是部件MTBF统计表。对于成熟的货架产品，部件的MTBF来源于运营的统计数据，部件的MTBF值等于在规定的条件下和规定的时间内，产品累积的总飞行小时除以同一时间内的故障总数；对于新研产品，部件的MTBF需参考相似部件的故障率进行计算和预计。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.06.009