民用飞机结构维修性设计研究综述

张雪鹏

摘  要：基于虚拟维修的维修性并行设计可以在很大程度上解决现有的维修性问题。相关设计人员在飞机制造前通过数字化样机装配虚拟模型，发现成品中的装配问题，并将解决方案直接应用到设计方案中，从而缩短整个研发和制造的时间。此外，相关人员还可以将样机的相关数据导入虚拟系统。该虚拟系统能够按照建立的程序模拟飞机的维修操作，并在维修过程完成后对飞机的维修性进行准确评估，尽快指出飞机设计方案在未来维修过程中可能遇到的问题。将并行工程引入虚拟维修工程和维修性设计中。在设计阶段，考虑了飞机全寿命周期的维修性问题，以节省研发成本，提高设计结果的正确性。

关键词：维修性;设备维护;飞机

飞机的维修性是指通过维修恢复其适航性的难度。在设计中，它是根据各种组件的组合而形成的固有模式。其质量的好坏将直接影响到后续飞机维修的难度，也影响到工作人员的状态和相关补给品的消耗。如果飞机的维修性较差，会直接影响到后续维修的进程和最终完成的质量，进而影响到飞机在工作状态时安全性，稳定性，所以为保证飞机能处于正常工作状态，一般对于飞机的维修性都要求其能够尽可能贴近现有技术条件，方便后续人员对其进行维修保养。

一、虚拟维修的应用场景和意义

维修性分析是为后续维修工作提供方向指导的重要基础，它包含研制生产使用所涉及到维修性的所有工作，传统的维修性分析工作，由于相关人员重视程度不够，所以在相应的资源投入上也存在欠缺，往往是由物理机械模型和全尺寸模型完成，这类模型，虽然能够在参数上有一定的参照性，但是对这种模型基础进行深入研究分析是完全无法使用的。首先是由于这类模型较为粗糙，企业内部结构与实际构建结构相比差异性非常明显，对其进行维修性分析判断是完全不可取的，往往会与实际使用情况相差甚远。以此类模型为基础的产品设计开发工作，在设计初期就会由于缺乏准确的样机参数，导致一些维修性分析工作无法顺利进行，从而影响到维修性设计和产品其他方面设计工作。另一个影响到过去维修性分析工作质量的原因是由于过去受限于设计时间，开发周期和相应资源投入规模，往往发现问题之后未节省成本，也会采取较为保守低效的方式对其进行解决或掩盖，在原有基础上进行一定程度的修改，但无法彻底解决在设计阶段暴露出的问题，导致这些问题仍然会存在于设计方案中并一直延续到实际开发使用。同时传统的维修性设计分析技术，尤其是在对定性分析过程中，往往是采用手工方法计算的，由于缺乏自动化技术的支持，所以整个分析过程非常缓慢，受制于参与人员的积极性和工作态度，往往也会在一些计算过程中出现问题，导致一些定性分析不准确，与其他工程技术相比自动化程度非常低，无法高效准确的达成应有的效果，不适用于现代产品设计机制与计算机系统，不能形成良好的沟通和兼容，导致原有系统过于闭塞，难以达成信息交换，导致整个系统都处于一个闭环运作的状态，期间的设计资源无法得到有效利用，甚至还会出现资源的浪费情况，不利于设计工作开展，也不利于整体优化工作的改进，对于整个设计工作而言是具有持久的影响作用的。

二、用于民用飞机结构的维修性设计

维修性是产品在规定的条件下和规定的时间内，按照规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复其规定状态的能力。结构的维修性设计要求的实现应在民用飞机设计时得到充分的考虑和保证，将维修性思想贯穿到民用飞机的设计中。对于民用飞机结构设计来说，不仅要满足其本身的功能设计要求，从全寿命周期设计和航空公司经济性考虑，还应满足维修性的相关准则和要求。

1.可达性。拆装各零部件之间留有足够的维修空间;拆卸部件应根据尺寸、质量大小，合理安排空间位置;结构易损件、常拆件要保证其拆换过程中的运动路径通畅，拆卸路线平缓，拆卸运动轨迹简单;运动机构的润滑点便于接近，重要承力部位便于一些特殊检查探测设备接近，并有足够的空间方便检查;维修通道在设计时，留有足够的空间以便于在手臂或工具进入后，维修操作能被观察到。

2.标准件及互换性。在结构设计中尽可能使用标准件产品;在结构连接件、紧固件的设计中尽可能选用统一的标准件，以减少维修过程中对维修工具的数量要求;功能相同且对称安装的零部件尽可能设计成可以互换的;在结构设计过程中，结构件尽可能设计成在不同位置互换、与不同机型的结构件互换;不同位置、不同功能的结构件及其附件应尽可能采取等寿命设计，以减少维修任务。

3.人素要求和维修安全。要根据维修人员所处的位置、姿态和使用工具情况，根据人体度量提供适当的操作空间;保证结构件在维修过程，无论是故障状态还是结构分解状态都不会对维修人员产生危险;在具有较大的弹性势能、重力势能的结构件维修过程中，设计能量缓冲设备或必要的安全防护;维修过程中的运动机构应设计必要的防护装置或标识提醒;维修通道不能有尖锐的边角，工作舱的开口或盖板的边缘应设计成圆角或有防护物。

4.防差错和维修标识。设计醒目易识别的维修标识，以提高维修效率;测试点、检查点设计醒目的标记以方便查找;在运动机构的润滑点设计标识或标牌;对拆装复杂的部位设计必要的拆装顺序和拆装方向。

5.维修简便。口盖、盖板等设计尽可能采用快卸式设计，如图1所示;维修时需拆卸、移动的结构件设计必要的把手，以方便维修;在较难接近的重要结构承力件周围设计自动检测和传感装置，进行自动检测;在一些结构易腐蚀、易疲劳、易发生偶然损伤和环境损伤的地方，采取优化的可靠性方法和防护手段以减少这些地方的维修任务。

总之，在民用飞机结构设计的过程中，充分考虑维修性设计，使得在结构设计的初期就将维修性作为一种固有的属性融入到民用飞机结构中，从而满足结构维修性设计要求。采用维修性思想和理念进行结构的维修性设计，将会对民用飞机结构的维修性设计产生深远的影响。

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