航空气动维修设备优化与实践

刘睿 闫晓红 钟伟锋 贠宇轩 崔学敏

摘要：航空气动维修设备在航空维修保障工作中具有非常重要的作用。本文分析了航空气动维修设备的技术现状和存在问题，顺应航空维修保障通用化、小型化和综合化（“三化”）的发展需求，提出了针对现有航空气动维修设备设计的优化升级方案，并完成了优化方案的实践和试用验证。实践表明，优化设备较好地满足了“三化”要求，有效提升航空机务维护保障效率，降低工作强度。

关键词：航空；气动维修设备；优化设计

Keywords：aviation；pneumatic maintenance equipment；optimization design

0 引言

航空维修是指对飞机及机载技术装备进行相关维护和修理，保持飞机的可靠性，以确保飞行安全，提高飞机的出勤率。航空气动维修设备是航空维修中必不可缺的维修保障设备，用于对飞机起落架缓冲支柱、应急放起落架系统、液压蓄压器、飞机轮胎等设备或系统实施氮气充放或压力检查。现有的飞机气动维修设备存在通用性不足、体积大、重量重、综合化程度较低等问题，已经难以适应现代航空维修“有效设备管理、合理资源配置和精简保障规模”的要求，现代航空亟需具备通用化、小型化、综合化（“三化”）的新一代航空气动维修设备。

2017年首届航空保障设备发展论坛上高其娜、王金广[1]等人提出了明确、具体、可操作的“三化”指标要求，建议打破机型界限，以需求为牵引并适度综合，形成系列，实现相关专业专用检测设备的综合化和通用化，提高检测设备的检测效率、信息化水平及可靠性，避免低水平重复。2020年王楠、蒋龙等人[2]再次提到“三化”一词，并通过分析国内外航空保障维修设备的现状，提出“三化”将成为越来越多国家衡量维修设备性能的重要指标。

1 现存问题

与其他航空强国相比，我国的航空维修保障事业起步晚、底子薄，近年来才取得长足的发展。但依然存在以下问题：

第一，通用性不足。之前采用“一个机型一套设备”的保障模式，不同型号的飞机配备了适合自身机型设计特点的维修设备，致使大量维修设备功能相近却型号各异，使用中因受设备设计标准和使用制度所限，造成维修设备通用性不足，占用大量存储空间及管理资源。

第二，设备笨重、体积大。当前使用的大多数维修设备，因设计时间较早，受限于当时的技术条件（如传感器和测量仪表精度等）导致设备结构复杂、体积庞大，无法适应当前设备小型化的发展趋势。

第三，综合化程度低。当前航空維修设备多为针对飞机的单一检测功能而开发，设备的综合化程度低，可能造成飞机的配套维修设备种类繁多且型号复杂，设备的采购及管理成本较高。

2 航空气动维修设备优化方案

针对现有国产航空气动维修设备“三化”水平较低的问题，提出设备的四个优化设计方案，旨在改善航空气动维修设备“三化”水平，更好适应现代化航空保障需要。

2.1 传感器及测量仪表优化选型

传感器及测量仪表是航空气动维修设备的核心部件之一，其性能优劣极大地影响飞机的检修和测量结果。结合当前“三化”发展需求，综合分析并进行评估后给出优化选型的准则：

1）根据被测压力的大小和压力变化的快慢，选择足够量程范围的压力测量仪表，且有多种测量单位可供选择（包括bar、mbar、hPa、kPa、MPa、psi、kp/cm2等），考虑到安全冗余需要，测量表头采用耐高压配置，即使在与氮气车（最高气压35MPa）连接过程中产生误操作，氮气车高压也不会将表头冲坏；

2）压力传感器测量腔体小、重量轻、测量前后压力误差小；

3）压力测量仪具有一定的记忆功能，可存储最近测量的最高、最低压力；

4）测量仪表尽量采用直观的数字显示，避免产生读数视角误差；

5）综合考虑操作和维护成本，选用符合国家规定精度的测量仪表；

6）配合现场环境条件（如湿度、温度、磁场强度、振动等）选择合适的测量仪表。

2.2 维修设备结构优化

为使设备达到方便使用及小型化目标，遵循精炼原则对设备进行结构优化设计，包括减少冗余部件及对核心部件进行替换升级，具体从以下三个方面进行。

1）防差错优化设计

用工作状态明晰的开关替换原有圆形开关，便于操作员观察开关状态，减少人为差错；对相近的端口进行隔离布局或增加标识，防止操作差错。

2）管路精简优化设计

将测量腔体、气源接口、飞机接口、充/放气阀门进行集成、简化；考虑到外场具有外接稳定气源的实际情况，去掉原气动维修设备中的电动气泵，进一步简化结构缩小体积；进气管与壳体使用螺丝、螺母连接，便于发生管路故障时更换，并通过加工延长或弯曲进气管满足不同应用场景的检测需求，增加设备的使用灵活性。

3）气路及面板优化设计

根据传感器及测量仪表优化选型后的性能，精简气路设计，简化操作；在操作面板上添加气路标示线，指示气路连接方向，明确操作流程。

2.3 密封材料优化选型

航空维修设备会面临恶劣的使用条件，如环境温湿度差异大、昼夜温差大或存在剧烈的压力变化，这两种情况均会加速检测接口处的橡胶材料老化破损，直接导致测量失准。现有解决方案是定期更换橡胶密封圈，但会增加额外工作量且无法防患于未然，因此对密封材料进行优化选型是更好的解决方案。

聚酰亚胺具有抗张强度大、耐高压、耐高/低温、热稳定性高等优良特性，能够有效解决橡胶材料易老化、易疲劳以及气密性能随使用次数增加而减弱的问题。接口采用该新型密封材料将大大减少设备因密封圈老化而产生的漏气等安全隐患，延长设备使用寿命。

2.4设备功能优化集成

我国航空维修设备研制随型号自成体系，功能单一、综合检测能力不足、效费比低。将功能相近的设备进行优化集成，按设备性能和接口状态相近原则使其尽可能统一，能够有效提升设备的综合化程度，有利于提高设备的可维护性、安全性和保障性，进一步提升航空维修的综合能力。

3 设备优化方案实践

支柱压力表、座舱气密性检测台、轮胎充/放/测一体化装置是航空气动维修设备中三型核心设备，为满足“三化”需求，应用前述优化方案进行设備的优化实践，具体方案如下。

3.1 支柱压力表的优化实践

支柱压力表主要用于飞机主起落架缓冲支柱、前起落架缓冲支柱、液压蓄压器或应急放起落架系统实施氮气的充/放气和压力测量操作，目前存在通用性不足、体积大、测量误差较大等问题。结合设备自身特点和功能需要进行升级实践，具体措施如下：

1）综合考虑传感器及测量仪表选型准则，选择新一代的科勒仪表传感器，其性能指标见表1；

2）对测量腔体、气源接口、飞机接口、充/放气阀门进行集成设计，优化精简设备管路；

3）采用聚酰亚胺作为检测接口处的密封材料，达到确保测量精准、延长使用寿命的目的。

设备优化升级前后实物如图1所示。结合表1数据可知，优化升级后的支柱压力表通用性及测量精度均得到提升，与现有设备相比体积减小了57%，重量减轻了69%，符合“三化”需求。

3.2 座舱气密性检测台的优化实践

气密检测台是飞机气密检查的综合控制系统，用于飞机相关部位气密性能检测。目前存在体积大、重量重、管路复杂、面板操作不便、易出差错等问题。结合设备自身特点和功能需要进行升级实践，具体措施如下：

1）选择与支柱压力表型号相同的科勒仪表传感器，满足自身测量需求，必要时可互换使用，提高设备使用的灵活性；

2）去除实际使用率不高的电动气压泵，减少设备体积；

3）优化操作面板，使面板更美观且操作流程明确不易出错，措施包括：将原有圆柱形开关替换为工作状态明晰的90°开关、双气路精简为单气路、相近端口隔离布局、添加气路标示线。

设备优化升级前后实物如图2所示，优化升级后的座舱气密性检测台实现了设备小型化目标，与现有设备相比体积减小了72%，重量减轻了77%，同时提高了操作便捷性，降低了操作差错概率。

3.3 轮胎充/放/测一体化装置的优化实践

轮胎充/放/测一体化装置是完成飞机轮胎充/放气和压力测量功能的设备，具有一定的功能集成性，但现有设备体积较大不易携带且操作不便。对现有设备进行优化升级，在确保功能集成的前提下，提高设备小型化及使用便捷性程度，具体措施如下：

1）传感器仪表仍然选择科勒仪表传感器，满足测量精度和小型化需要；

2）进行设备结构优化集成设计，使操作更为方便以减轻工作强度，同时进一步缩小设备体积。

设备优化升级前后实物如图3所示，优化升级后的轮胎充/放/测一体化装置在满足功能集成的同时，大幅缩减了设备体积，与现有设备相比体积减小了71%，重量减轻了87%，且提高了操作的便捷性。

4 总结

本文针对航空气动维修设备“三化”需求，设计了相应的设备优化方案，并以三型核心气动维修设备为研究对象进行优化实践。优化升级后的设备在多个航空保障单位进行了试用验证，取得了多份试用报告，报告中肯定了设备的优化性能，适应“三化”要求，有效提升航空机务维护保障效率，降低工作强度。

参考文献

[1] 高其娜，王金广，贾明婕.航空保障设备“三化”浅析[C].首届航空保障设备发展论坛，2017：47-51.

[2] 王楠，蒋龙，马云鹏.飞机保障设备发展现状及建议[J].航空维修与工程，2020（4）：36-38.