标题 | 国内航空涡轴发动机维修保障的若干思考 |
范文 | 陈杰 袁亮 摘? 要:随着国内航空涡轴发动机装备数量持续增长和深入使用,维修保障工作重要性日益突出。国内航空涡轴发动机维修保障应从构建完善的综合服务保障体系、发展数字化维修与保障、建立通用化维修保障设计规范、重视外场数据库建立和应用等方面着手,提升维修保障设计水平,转变维修保障模式。 关键词:维修保障;数字化;外场数据库 中图分类号:TK441? ? ? ? ? ? 文献标志码:A 随着航空装备技术水平不断提升,航空发动机的维修保障策略从20世纪50年代以前的“事后维修”,到60年代的“定期维修”,再到80年代的“视情维修”持续[1]。目前,美国已经建立了相对完善的航空发动机维修保障体制,从传统的三级维修逐渐转到两级维修[2]。美国具备了较强的维修性和保障性设计能力,建立了虚拟维修、远程维修等先进方法,已在第四代战机中推广应用[3]。 国内航空涡轴发动机维修模式主要借鉴早期苏联的计划预修体制,仍采用“定期维修”策略。同时由于自主设计经验的缺乏,国内涡轴发动机在维修性、保障性设计方面尚不成熟,缺乏系统的体系牵引和具体的方法指导。为了适应军队作战需求、作战思想和科学技术的发展,缩短与国外的差距,必须提升维修保障设计能力,转变维修保障模式。 1 维修保障现状 国内航空涡轴发动机早期以测仿为主,真正自主设计从20世纪80年代开始,起步相对较晚。相比欧美航空大国,我国自主设计经验匮乏,主要体现在4点。1)维修性、保障性设计理念和规范不足。2)缺少先进设计方法指导。3)外场数据积累不足,未建立完备的故障数据库。4)“厂所分离”导致设计与制造、保障的脱节,设计人员缺乏开展维修性、保障性设计的内在驱动力。同时,国内航空涡轴发动机采用“定期维修”维修保障模式,基于零部件的寿命即可靠性规律而采取的预防性策略, 并按照固定的修理周期结构安排维修工作。这种维修模式较少考虑发动机的实际负载、外在因素以及任务情况,容易导致维修过度和不足[4]。 2 维修保障的思考 针对国内航空涡轴发动机维修保障存在的问题,借鉴国外维修保障体系建设的成熟经验,发展适合国情的维修保障体系和方法。 2.1 构建完善的服务保障体系 为了规范开展航空涡轴发动机全生命周期服务保障工作,实现各项业务管理程序化,需要建立相应完善的组织机构,构建完善的服务保障体系。为了适应现阶段“厂所分离”的现状,应建立厂所一体化保障机制,共同制定相关的体系文件。借鉴欧洲宇航和防务协会发布的S系列等国际先进的综合保障标准规范编制一套规范化、制度化、标准化的体系文件。 2.2 发展数字化维修保障 为了配合航空涡轴发动机的数字化发展趋势,维修与保障的数字化已经成为不可逆的潮流。目前,美国在数字化维修方面领先全球,发展了包括虚拟维修、故障预测与状态管理(PHM)等先进设计技术,并采用了交互式电子技术手册(IETM)、便携式维修辅助装置(PMA)和远程维修系统等维护保障措施,大大地减轻了维修负担,降低了使用和保障费用,提高了保障效果。 在国内的涡轴发动机维修与保障方面,数字化工程仍处于起步阶段,需要深入开展研究。虚拟维修设计方面国内开展了初步研究,但仍未在涡轴发动机设计中应用,可结合直升机短舱结构,从发动机布局设计、维修安全、可视性、可达性、维修空间和人素工程6个因素进行分析,提升维修性设计能力;故障预测与状态管理技术仍在逐步摸索,需要与涡轴发動机健康管理系统结合开展研究,以涡轴发动机实时性能计算模型为基础,辅以部件性能衰减模型和故障诊断模型,建立故障诊断和趋势预测方法,实现视情维修和预测维修;IETM将内容繁杂的操作手册、维修手册等信息有机管理,以最优的方式(文字、表格、图像或者动画等)展示出来,提高维修技术人员精确获取信息速度,加速装备维修和保障,相对技术需求较低,正结合型号特点推广应用;便携式维修辅助装置已在外场应用,但是功能不全,无法实现快速读取和处理数据,首先需要开发外场数据快速处理分析的软件,实现多架次、多台份批量飞参/发参数据的同步读取、分析,及时发现故障隐患,构建数字履历,实现状态监控和寿命管理,后续逐渐纳入故障预测、趋势分析和远程数据传输等功能,实现方便快捷的维修保障;远程维修目前主要在民用航空(如中国南方航空集团的飞机远程诊断实时跟踪系统[5])应用,直升机方面暂未应用,随着新一代直升机高可靠性和维修性需求,远程维修也将成为涡轴发动机维修技术发展途径之一。 2.3 开展维修保障设计研究 针对目前涡轴发动机本身的维修性、保障性不足,制定维修性、保障性设计相关的规范,指导和约束研制过程中开展维修性、保障性设计。1)通用化设计规范,包括:设备接口的通用化设计、外部管路的通用化设计、监视窗口和检查设备的通用化设计、基础零配件的通用化设计和维修工具通用化设计。2)单元体/LRU设计规范,明确单元体/LRU的结构、数量、拆装时间等设计要求。 建立通用化设计规范,对维修人员进行统一的培训,可以避免每种型号规范不一造成重复性培训;同时维修人员在维修过程中使用通用的工具和零配件,不用考虑零匹配性问题,不仅大大降低人工成本,同时也提高工作效率。 2.4 外场数据库的建立和应用 外场使用数据是航空发动机研制最宝贵的财富,为总结研制经验、提高设计水平提供了最有力的支持。目前,国内涡轴发动机的外场使用数据仍未建立统一的数据库,在信息收集和应用方面存在较大不足。一方面各型涡轴发动机没有使用统一的参数记录规范,难以实现大批量数据综合读取应用;另一方面未建立涡轴发动机数据处理中心,无法实现外场使用数据有效地分析处理。 因此,外场数据库的建立应从最基础的参数符号标准着手,规范各型号的数据存储,可通过便携辅助维修设备收集数据传输到基地级数据中心,从而发送到涡轴发动机中央数据库,逐步搭建数据库建立框架。未来可瞄准空地数据传输和健康管理等技术发展,实现涡轴发动机数据实施传输,实现在线监控。流程图如图1所示。 3 维修保障需重点突破的关键技术 为加快与国际接轨,面对国内涡轴发动机维修与保障发展实情,梳理需重点突破的关键技术。 3.1 外场数据快速收集处理技术 外场数据快速收集、处理技术用于提升外场数据处理效率,减轻保障人员工作负担,同时也作为外场数据库的一部分,实现快速读取、批量传输到基地数据中心的功能。该技术包含数据读取、数据管理、数据处理、交互界面、数据传输等方面,通过集成故障评定准则,可扩展外场发动机故障筛查功能。 3.2 虚拟维修技术 虛拟维修以数字样机技术为基本技术手段,由多个相互联系的功能模块构成,主要关键点有人体模型的本土化、面向维修级别的可扩展维修资源管理、面向维修品质设计的维修任务流程管理、维修时间估算和维修性综合评估。 3.3 健康管理技术 健康管理是实现发动机在线健康监控的基础技术,通过获取直升机、涡轴发动机相关数据,采用机载和地面健康管理算法,实现状态监视、故障诊断及预测、趋势分析、寿命管理等功能。该技术主要难点在涡轴发动机故障评定准则和寿命预测,需加强相关数据库建设和算法研究。 3.4 数据在线传输技术 该技术实时采集涡轴发动机性能参数和工作状态参数,通过空地数据传输形式实现涡轴发动机状态在线监测,是未来在线预测维修的基础技术之一。 3.5 通用化维修保障设计技术 提高涡轴发动机维修保障性能的技术途径之一,通过规范发动机接口、维护工具等减少外场使用、维护保障难度,提高维护保障效率。 4 结语 该文通过分析目前国内航空涡轴发动机维修保障存在的不足,提出国内航空涡轴发动机维修保障重点发展方向,并指出了需重点突破的关键技术。 参考文献 [1]张卓,高鹰,李宝鹏.浅谈航空装备维修策略的发展[J]. 装备制造技术,2009(5):145-146,159. [2]李晓峰,屈轶.美国空军航空装备维修保障体制现状及启示[J]. 航空维修与工程, 2010(2):38-40. [3]谢斌,蔡忠春,贾明,等.航空装备维修发展过程研究[J].科技视界,2012(12):167-168. [4]杨宜林,王德功,张磊,等.航空装备维修保障模式改革的机遇和挑战[J].装备制造技术, 2012(2):122-123,126. [5]翟庆刚,童中翔,陈新,等.数字化维修关键技术研究[J].中国科技信息, 2005(24A):14. |
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