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候选审定维修要求分析方法应用研究

作者:张祥 来源:科学与财富 202019期 时间:2020-11-17

摘要:本文对候选审定维修要求的相关内容进行了详细介绍。结合AC25.1529,利用故障树分析方法来确定候选审定维修要求项目以及计算维修间隔时间,最后结合某型辅助动力...

  摘要:本文对候选审定维修要求的相关内容进行了详细介绍。结合AC25.1529,利用故障树分析方法来确定候选审定维修要求项目以及计算维修间隔时间,最后结合某型辅助动力装置的实例进行说明。

  关键词:候选审定维修要求;故障樹分析;潜在失效

  审定维修要求(CMR)是在航空器设计、审定期间,作为型号合格审定运行限制而要求的定期维护\任务。从20世纪70年代初,国际上就开始使用了CMR项目,在90年代初,明确要求所有新审定的飞机都要求进行确定CMR项目。我国于1996年颁布AC25.1529-1,为设计单位及适航审定部门选择、确定、修改和控制运输类飞机CMR项目提供指导[1]。

  确定CMR项目前,航空器设计单位需提供候选审定维修要求(CCMR),经局方评审后,替代和取消一部分CCMR项目,从而最终确定CMR项目。本文在研究CCMR相关内容的基础上,结合实例对CCMR项目的确定过程进行了研究。

  1?? 候选审定维修要求

  1.1???? CCMR概述

  CCMR的制定是为确定CMR项目提供输入,其任务就是从潜在失效中选择那些与特定的失效或事件结合起来的,会导致危险性或灾难性的失效状态的项目。CCMR项目通常是根据那些为表明AC25.1309符合性及其他要求的系统安全性评估等分析工作。除了安全性分析之外,CCMR项目也可以基于工程判断的方法来确定,但必须有充分的数据和经验[2]。

  根据以上的定义,可以知道CCMR项目必须满足两个条件[3]:首先,发生的失效必须是潜在失效;其次,该潜在失效与其他特定的失效或事件组合会导致危险性或灾难性的后果。CCMR是用于确认特定失效已经发生,也可以来确认将要发生的与危险性或灾难性失效状态相关的磨损失效。

  1.2???? 潜在失效

  潜在失效是指那些失效状态已经发生,但对飞机没有可察觉的影响,并且不可被监控措施检测到,它只能通过维修任务被检查和修理(定检、预防性维修、校验等)。它不会导致危害,但是它会使保护机制功能丧失或降低安全裕度,从而增加后续失效引起危害的风险。

  潜在失效,常见于那些采用了冗余设计的系统中,还有设计了安全保护措施的系统,如滑油滤的旁通活门,正常情况下,它是处于关闭状态,只有在油滤堵塞后,在滑油压力作用下旁通活门才打开,若此时,旁通活门发生失效不能打开,则滑油系统丧失正常工作能力,最终可能导致装备发生重大危害[4]。

  2?? CCMR项目的确定

  2.1???? 确定过程

  CCMR项目的确定过程,实际上就是对整个飞机的所有失效进行筛选的过程,最终找到那些可以导致灾难性或危险性的潜在失效[5]。CCMR的确定过程如图1所示。

  整个确定过程如下:

  1)???? 在功能危险分析(FHA)中,通过飞机级和系统级FHA分析,将可能出现的各种失效状态进行分类,并根据该失效状态对飞机的影响严重程度划分等级。从中确定那些会导致危害性和灾难性的危险后果的失效状态。

  2)???? 以那些危害性或灾难性的失效状态为顶事件,建立故障树进行分析,确定所有的最小割集,分析每个最小割集中是否存在潜在失效。

  3)???? 如果包含潜在失效,将这些潜在失效列入CCMR项目。同时也可以直接利用工程经验判断来确定CCMR项目。

  2.2???? 维修间隔确定

  CCMR项目的维修间隔时间的确定一般以潜在失效的风险暴露时间为依据。潜在失效风险暴露时间其计算方法一般基于系统安全性评估中故障树的定量运算,其运算方法和公式基本一样,唯一区别就是系统安全性评估中故障树的定量运算是为了计算出顶事件的失效概率,以证明其是否满足顶事件对应失效状态的安全性目标,而CCMR维修间隔时间的计算是以顶事件对应失效状态的安全性目标作为顶事件的失效概率,然后再计算出底事件中潜在失效的维修间隔。

  典型的故障树如图2所示。这里需要考虑两种情况,一种为只有一个事件是潜在失效,另一种是两个事件都是潜在失效。

  假设P为顶事件每飞行小时的平均概率,λ1为事件1每飞行小时的故障率,λ2为事件2每飞行小时的故障率,t为平均飞行时间,t1为事件1的风险暴露时间,t2为事件2的风险暴露时间。

  根据ARP4761中介绍故障树定量评价方法[6]:

  1)若事件1为潜在失效,事件2为显性失效,可以得到顶事件的平均概率计算公式为:

  (1)2)若事件1、事件2都为潜在失效,可以得到顶事件的平均概率计算公式为:

  (2)如果λ1、λ2、t已知,根据要求的顶事件安全性目标,由公式(1)和(2)即可确定潜在失效事件的风险暴露时间。以风险暴露时间作为最大值限制,参考飞机寿命和定检周期,根据适当的工程和经验判断,最终确定一个合适的维修间隔时间。

  3?? 实例分析

  以某型号辅助动力装置(APU)为例来说明CCMR项目的确定。

  根据飞机FHA和系统FHA分析,得到APU共有着火、引气污染、非包容等六个危险性失效,无灾难性失效。本文以引气污染这一失效状态为顶事件,建立故障树进行分析。如图3所示为简化后的故障树,从图中可以看出,若进气组件产生了裂纹,且APU中部件出现失效,导致滑油或者燃油泄露,从而产生烟雾,就有可能导致烟雾进入进气道,造成引气污染,产生危险性后果。而对于进气组件裂纹这一失效状态,机组人员是无法在平常的飞行过程中察觉的。

  图3中顶事件为“引气污染”,其安全性目标为P=10-7;“进气组件裂纹”为潜在失效,其失效率为λ1=2X10-6,“滑油泄漏”为显性失效,其失效率为λ2=9.8X10-6;“燃油泄漏”为显性失效,其失效率为λ3=3.3X10-6。该飞机的平均飞行时间为t=1.5飞行小时。根据公式(1),

  即可得到两个失效组合下潜在失效“进气组件裂纹”的暴露时间。表1所示为该故障树包含潜在失效的最小割集及计算得到的风险暴露时间。

  根据计算结果可以知道,该潜在失效的风险暴露时间为20000 飞行小时以上。而根据航空公司的统计数据,将飞行小时与APU 工作小时进行转换,得到风险暴露时间为14000APU 工作小时,而APU 的平均非计划更换时间一般为10000APU 小时以上,因此可以确保该潜在失效的暴露时间少于14000APU 工作小时,满足“引气污染”的安全性概率目标。考虑到航空公司实际运行情况,该CCMR 項目的维修间隔时间可以保持与飞机定检周期一致。

  结论

  目前,在实际研制过程中,CCMR 分析时主要通过安全性分析方法,找出重大的潜在失效并确定间隔时间。根据分析结果,应在权衡采取设计改进措施所需付出的代价、潜在失效的维修成本等因素基础上,最终确定CCMR 项目。

  参考文献:

  [1] 中国民用航空总局. 咨询通告审定维修要求AC25.1529-1[G]. 中国民用航空总局,1996.[2] 吴丽娜. 候选审定维修要求产生过程研究[J]﹒科学技术与工程,2011, 11(29): 7313-7316.

  [3] 谢宝良, 黄铭媛.审定维修要求(CMR)的产生过程及审查初探[J].中国民航大学学报, 2009(4): 18-22.

  [4] 颜春艳,车程.审定维修要求分析方法应用研究[J].民航学报,2018,2(4).

  [5] 杨晓东,刘照兴.审定维修要求项目产生流程分析[J].直升机技术,2015(4).

  [6] SAE-ARP-4761 Guidelines and methods for conducting the safety assessment

  process on civil airborne systems and equipment 12/1996 [G].

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