民机液压系统维修性预计方法探讨

摘要：维修性预计是保障飞机安全运行不可或缺的有效手段，根据科学有效的预计结果制定飞机定期维修和维修计划可以达到预防的目的，也可以缩短飞机研制周期[1，2]，本文以某型在研飞机液压系统为研究对象，通过两种不同的维修性预计方法，对民用飞机不同研制阶段应选用的预计方法进行分析探讨。

关键词：液压系统 维修性 时间累积法 抽样 失效率 MTTR

1 引言

维修性预计是民机研制与改进产品过程中必要的维修性工作，是对机上设备做出可能达到的维修性水平进行量化预计，以此提高设备维修保障水平，这种预计可以缩短研制流程，避免设计的盲目性。

维修性预计最早出现在欧美发达国家，美国1984的军用标准手册MIL-HDBK-472，提供了多种预计方法，包括概率模拟预计法，抽样评分预计法，运行功能预计法，时间累计预计法，单元对比预计法[3]。

随身我国装备设备的复杂化，为保证设备的可靠性，维修性，保障性及降低寿命周期费用，我国参照美军标于1997年制定了相应的维修性分配与预计标准（GJBZ57-94），但这些方法均有一定的使用限制，对于处于不同设计阶段的系统设备我们应采用不同的维修性预计方法。

本文以某机型为例，对民机维修性工作中广泛采用的抽样预计法与时间累积法进行对比分析。

2 液压系统基本工作原理

某型飞机液压系统主要用于向飞机起落架系统和飞行控制系统以及反推装置提供动力源，用于完成飞机的起落架收放、主机轮刹车、前轮转弯以及升降舵、方向舵、副翼和扰流板的操纵。系统功能框图见图1。

液压系统由三个相互独立的子液压系统构成，分别为1、2、3号系统。3号系统仅为主飞控系统（方向舵，升降舵，副翼）供压，以满足在飞机双发动机失效时飞机机组人员不丧失飞控操纵的能力。

图1 液压系统原理框图

3 液压系统机上布置方案

某机型液压系统附件全机初步布局见图2。

1号液压附件位于左主起落架整流罩中，2号液压附件位于右主起落架整流罩中，3号液压舱位于中后机身设备舱内。

1、2、3号系统设置有维修通道和维修口盖，每套液压系统仅需打开相应维修口盖就可完成系统加油/补油、充填气体、向系统增压以及等使用、维护工作。1号、2号系统安装位置较低，无需工作梯就能进行油箱油位、蓄压器充气压力检查等维护工作，3号系统因安装在机身尾段的3号液压舱，需借助工作梯来完成油箱油位、蓄压器充气压力检查等维护工作，维修通道用于拆卸安装液压附件。

图2 液压系统全机布局图

4 维修性预计

4.1抽样评分预计法

概念阶段的维修性分析应采用GJBZ57-94推荐的抽样评分预计法[4]，其原理是抽取设备中足够的可更换单元，再按照表格对其维修作业进行评分，再用经验公式估算出维修时间，该方法先估算各单元失效后进行维修所需的时间，然后再求系统或设备的时间均值，抽样评分法的两个特征：

（1）由于是采取随机抽样原理，选取足够多的可更换单元作为分析对象，确定这些单元失效后的修复作业时间，由于分析对象不是全部的设备单元，因此可使预计的工作量大大减少。

（2）对单元失效后的维修性工作时间，采用从结构设计因素以及保证资源的要求，对维修人员的素质按照一定的标准评分，再用经验公式估算，即将定性因素经过定量化处理，完成维修性评估和参数计算。

抽样法其推荐的系统单个LRU的MTTRi计算公式为：

…………………………………（1）

其中公式中的A、B、C分别代表：

A-为已完成的结构设计变量功能检查单总计分数，其中A=A1+A2+A3+…+A15；

B-为已完成的为维修资源要求检查单总计分数，其中B=B1+B2+B3+…+B7；

C-为已完成的与维修相关的人体测量学要求检查单总计分数，其中C=C1+C2+C3+…+C10。

如表1、2、3所示，以某机型液压系统发动机驱动泵（EDP）为例，对该单元每一项因子进行分析并给予打分。

将所得分数代入计算公式，得出该单元的平均维修时间。

按照相同打分方法对其他单元进行相同打分，得出其他单元的值，如表4所示。

对整套系统的计算，需要各设备的失效率作为参考，见表5

.

抽样法推荐的系统MTTRS计算公式为：

………………………………………………（2）

计算得出：液压系统的MTTRS=30min。

4.2 时间累积法

这种方法是根据历史经验或已掌握的数据，对照装备的设计或设计方案逐个确定每个维修项目，每项维修工作乃至每项基本维修作业所需的时间或工时，然后综合累加或求平均值，最后预计出装备的维修性参量[4]。

首先根据设计方案，将每个LRU的更换过程进行分解，分解后的维修作业程序包含下述基础作业程序的部分或全部：

LRU的拆装时间T拆装：拆卸、更换失效的或怀疑失效的LRU需要的时间；

调整时间T调整：更换LRU后调整系统或LRU需要的时间；

检验校准时间T检验校准：确认故障已经排除、LRU所属系统完好需要的时间；

开机时间T开机：排除故障后，开启系统使其达到故障前状态需要的时间。

最后使用公式（1）计算LRU的更换时间：

……………………………………………（3）

4.2.1 确定基础维修时间

现以某机型液压系统为例，首先收集各LRU的接口、数量、重量以及外形尺寸信息，见表6。

依据已有经验或可参考维修时间图表参照表1确定各项基础维修时间，见表7。

4.2.2 确定LRU接近时间

依据现有液压系统安装以及口盖布置位置收集各LRU接近信息，见表8.

依据已有经验或可参考维修时间图表参照表8确定各液压系统接近时间，见表9.

4.2.3 确定故障检测隔离时间

液压系统中除了有BIT设计的设备，其设备故障检测隔离时间依据工程经验给出。

液压系统故障检测隔离时间见表10。

4.2.4 计算系统平均更换时间

时间累积法对整套系统的计算，仍然需要各设备的失效率作为参考，见表11。

液压系统平均更换时间为：

…………………………………（4）

4.2.5 计算系统平均修复时间

根据以上各维修时间计算系统平均修复时间：

……………………………………（5）

液压系统LRU平均修复时间见表12。

计算系统平均修复时间

故，液压系统平均修复时间为：

……………………………………（6）

式中：

MTTRn――第n个外场可更换单元/系统的外场级平均修复时间；

λn――第n个外场可更换单元/系统的故障率；

Qn――第n个外场可更换单元/系统的数量；

N――外场可更换单元/系统的数量。

5 结论

上述两种方法，抽样评分预计法计算时间为30min，时间累积法计算时间为40min，抽样评分预计法对于处于概念阶段，尚未确定具体安装位置及安装形式的系统设备尤为适用，但凭借系统设计者主观打分难免与实际维修时间有所差距，时间累积法适用于预发展阶段和详细设计阶段，需要所有设备的具体安装位置信息，以及附近结构设备敷设位置信息，其所计算出的平均修复时间更为准确。

但无论是抽样评分预计法还是时间累积法在计算系统平均维修时间时，都依赖于每个设备的失效率，然而因我国航空行业较之发达国家较晚，对各设备失效率尚没有足够的积累，主要以参照国外供应商提供的失效概率为主。

机械电子设备发展迅猛，复杂度日益增加，计算维修性不能再依赖单一的经验公式计算，应尽量利用计算机图形、图像以及CAD技术，例如近年出现的VR虚拟现实技术在维修性预计方面就有着广泛的应用前景，即可以减少对物理样机的要求，又可以最大化模拟实际安装维修场景，有效地进行维修性预计，避免重复设计，缩短产品研制周期。

参考文献：

[1]甘茂治，康建设，高崎，军用装备维修工程学[M].北京：国防工业出版社，2005

[2]甘茂治，维修性设计与验证[M].北京：国防工业出版社，1995

[3]《维修性预计》（MIL-HDBK-472）.美国军用标准，1984

[4]《维修性分配与预计手册》（GJB/Z 57-1994）.国家军用标准，1994