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【摘  要】本文论述了在制定飞机金属结构计划维修要求时对金属结构进行评级的方法，分别对结构的偶然损伤、环境恶化损伤、疲劳损伤给出了评级要求，评级条件和评级指标，构成统化评级体系。

【关键词】评级体系、金属结构、偶然损伤、环境恶化损伤、疲劳损伤、维修大纲

1 引言

维修大纲规定了保证飞机安全使用的初始最低计划维修/检查要求。它对飞机机各系统/设备/动力装置、结构和区域检查的基本要求做出了规定。其目的是保持和恢复飞机固有的安全性和可靠性水平，并为编制维修计划文件以及编制维修方案提供依据。

2 概述

飞机结构维修大纲是飞机维修大纲的组成部分，目的是在飞机的使用寿命期内，以探测和预防由疲劳、环境恶化损伤和偶然损伤引起的结构恶化，通过持续有效的维护，保持飞机结构的完整性。

飞机在运营过程中所受到的损伤有偶然损伤（AD）、环境恶化损伤（ED）和疲劳损伤（FD）。偶然损伤是由一些偶然事件出现而引起的导致结构固有剩余强度降低的损伤。损伤的来源包括飞机和系统的内部和外部的任何影响，可归为制造缺陷（在装配期间）和在使用和维修活动中引起的偶然损伤这两类。环境恶化损伤指的是腐蚀或者是应力腐蚀，一般是由日历时间确定，其特点是由不利环境造成结构功能恶化，所以除了考虑材料对腐蚀和应力腐蚀的敏感性及对结构组件采用的保护措施之外，还要考虑飞机结构可能受其暴露在不利环境中引起的损伤。疲劳损伤是由于交变载荷和持续扩张所产生的一个或多个裂纹。对疲劳损伤进行的损伤容限和疲劳分析是定量的分析，并且假设拥有准确的裂纹增长、剩余强度和可探测性数据。

2  结构说明

在进行结构计划性维修分析时须对飞机结构进行定义。飞机结构由所有承受载荷件组成，包括：机翼、机身、尾翼、发动机支架、起落架、飞行操纵面及相应的连接点。通常将结构分为“重要结构项目”（SSI）和“非重要结构项目”（NSSI）。 “重要结构项目”（SSI）是指对于承受飞行载荷、地面载荷、增压载荷和操纵载荷具有重要作用的任何结构细节、结构元件和结构组件，它们的故障可能影响结构完整性，从而危及飞机的安全。除重要结构项目之外的结构称为“非重要结构项目”。

3  结构分析原则

对于属于损伤容限项目的SSI，需要制定检查大纲来探测偶然损伤（AD）、环境恶化损伤（ED）和疲劳损伤（FD）；对于属于“安全寿命”的SSI，需要制定检查大纲来探测它的ED和AD，而不需要进行FD分析，仅需要做安全寿命分析；SSI还要进行CPCP有效性的评估。

当SSI为组件时，如长桁/蒙皮/框构成的组件，进行SSI分析时必须分别考虑三个结构件中ED/AD/FD最严重的情况。

4  结构评级

飞机金属结构评级系统包括金属结构偶然损伤评级、金属结构环境恶化损伤评级和金属疲劳损伤评级。针对每项SSI要确定偶然损伤等级（ADR）和环境恶化等级（EDR）。评级考虑了对损伤的可探测性和敏感性，同时也确定了SSI基本结构检查要求。

对所有的SSI项目均应进行疲劳损伤等级（FDR）评定，FD评级系统是系统的评估影响检查人员探测能力的每一因素，制订检查要求，以保证在由于某疲劳损伤造成任何飞机的剩余强度低于允许水平之前，提供探测疲劳损伤的最大可能性。

4.1 金属结构偶然损伤评级

飞机结构可能受外来物体接触或碰撞，或不适当的使用或维修活动引起的损伤影响，其特点是随机发生的离散事件。这类损伤来源于：地面和货物运输设备、外来物、雨水的侵蚀、冰雹、雷击、跑道的破碎、不相关的渗漏事件等，以及不包括在其他损伤来源中的那些在飞机制造、使用以及维修过程中的人为差错造成的损伤 。

在评级时应考虑以下四个方面：

1）SSI的可见性；

2）损伤扩大的敏感性；

3）损伤后的剩余强度；

4）偶然损伤的可能性。

4.1.1  SSI的可见性

SSI的可见性是为了提供适当的接近方式从而满足目视检查的要求。确定该指标的等级范围时要考虑下述情况：

1）口盖尺寸

小口盖——仅维修人员的手或者胳臂可以进入；

中等口盖——维修人员的手/胳臂、头/肩膀都可以进入；另外，如果仅检查人员的手/胳臂能进入口盖，但是由于检查人员和部件之间的距离比较近，或者使用检查工具，能够方便的实施检查工作，则认为为中等大小的口盖；

大口盖——没有检查人员身体限制的口盖。

2）眼睛与SSI项目的距离

远距离——距离大于100cm；

中等距离——距离在50-100cm；

近距离——距离小于50cm。

3）设备稠密度等级

根据所检查区域的部件的数量和设备的复杂度将稠密度分为三个等级。

可见性指标的值为（V1+V2+V3）之和的平均值，即可见性指标等级VR = （V1+V2+V3）/3

4.1.2  损伤扩展的敏感性

损伤扩大的敏感性反映了损伤与应力结合在一起时对结构的影响程度，它取决于材料的性质（例如：断裂韧性）和工作应力的大小。

1）应力水平反映工作载荷产生的名义工作应力强度，而平均应力和应力变化幅度决定了疲劳加载循环的强度。其等级的确定，以强度计算报告为依据，选取裕度为评级标准，大于1.85（含）为低应力水平，1.85-0.67（含）为中应力水平，0.67-0 为高应力水平。应力水平等级如下表所示：

2）断裂韧性是金属材料承受裂纹扩展和应力的能力，断裂韧性等级如下表所示：

3）损伤扩大的敏感性指标最终等级如下表所示：

4.1.3  损伤后的剩余强度

剩余强度指标与损伤后评估的剩余强度有关，它是由临界损伤的尺寸决定的。

4.1.4  偶然损伤的可能性

造成的损伤主要取决于以下损伤源造成的损伤的可能性：

1）地面操作设备：是指由地面操作设备而造成的损伤。

2）外来物（如跑道的碎片、残骸）：由于跑道的碎片、残骸而造成的损伤。

3）天气（雨雪、冰雹等）：由于雨雪、冰雹等而造成的损伤。

4）维修活动造成损伤的可能性等级：由于维修活动而造成的损伤。

5）液体溅洒：由于液体溅洒而造成的损伤。

6）旅客活动：由于旅客活动而造成的损伤。

最终可能性指标的值取所有影响因素（LK1-LK6）中影响最严重的一个影响因素指标值，可能性指标等级 = Min{ LK1、LK2、LK3、LK4、LK6 }

综上，金属结构偶然损伤等级（ADR）=可见性指标等级（VR）+损伤敏感性等级（SD）+剩余强度等级（RS）+损伤可能性指标等级（LK） 。

4.2  金属结构环境恶化损伤评级

对于损伤敏感性评估和及时性探测，应考虑下述方面：

1）SSI的可见性；

2）对腐蚀的敏感性；

3）环境防护；

4）暴露于不利环境的影响。

4.2.1  可见性

可见性指标的要求同4.1.1条。

可见性指标等级VR = （V1+V2+V3）/3

4.2.2  腐蚀敏感性

腐蚀敏感性是根据材料、热处理、SSI的制造工艺和预紧力状况来确定。下述等级的确定是根据经验和工程判断。

1）应力腐蚀的敏感性——它与SSI的加工、成型、焊接、装配、处理的制造过程所造成的晶间腐蚀有关（包括晶粒方向、应力感应、材料的各向异性等）。

敏感性等级由下列标准确定：

2）对非应力腐蚀的敏感性：非应力腐蚀的敏感性与不同材料的内在特性有关。一般情况下，材料也可能与一种或多种形式的腐蚀相关。

金属结构腐蚀敏感性指标等级如下：

腐蚀敏感性等级SC =（S＋C）/2

4.2.3  环境防护

根据在SSI设计中考虑的腐蚀防护和类似腐蚀防护的应用经验来确定。其等级范围的选取是根据保护等级表、经验和下列因素的判断来确定。

1）防护类别：与结构元件和紧固件（表面处理和喷漆）保护层的种类有关。有些区域可能由于腐蚀的出现要进行特殊的保护措施。

2）密封分界面：根据腐蚀机理，腐蚀最可能出现在两种不同材料的分界处。

3）填充密封：根据腐蚀机理，腐蚀可能在两个或多个装配件的地方发生电化学反应。

4）紧固件湿安装：根据腐蚀机理，腐蚀在两种不同金属接触面以及电解反应发生的可能性有关。

4.2.4  有害环境暴露的影响

金属结构与所暴露的不利环境有关，根据科学判断、从其他飞机相同区域类似结构得到的经验以及SSI的位置来确定。

1）电解反应和灰尘积聚的概率——它与组件发生电解反应的趋势，组件的相对位置、组件的几何形状以及灰尘积聚的概率有关。

2）湿气的出现——它与飞机内部出现高湿度区域的可能性有关。湿气可能是飞机在地面使用期间或者由于水蒸气凝结而进入飞机。

3）泄漏的概率——它与飞机使用和维修期间液体泄漏的概率有关。一些区域或多或少的会出现泄漏。

4）异常情况——主要指由于诸如腐蚀、振动等异常情况的出现造成的保护层恶化的概率。

环境影响指标E =（E1+ E2 + E3 + E4）/4

下表为环境恶化指标分析汇总表

4.3  金属疲劳损伤评级

金属疲劳损伤评级系统是系统的评估影响检查人员探测能力的每一因素，制订检查要求，以保证在由于某疲劳损伤造成任何的飞机剩余强度低于允许水平之前，提供探测疲劳损伤的最大可能性。评级的目的是为了获得“有效可检裂纹长度”，从而在疲劳和损伤容限分析中计算检查周期。

4.3.1  目视等级

该等级是由检查项目与眼睛的距离决定的，划分为以下等级：

0——“极差”，隐蔽项目或距离大于3 m；

1——“差”，—距离在1.5 m-3 m之间；

2——“中等”，—距离在0.5 m-1.5 m之间；

3——“好”，没有严格规定，与所需距离相当。

当考虑一般目视检查时，应该根据区域检查情况选择目视等级。当考虑详细检查时，必须选择目视等级为3。

4.3.2  尺寸等级

被检查的项目或区域的尺寸按以下评估：

1）区域尺寸

大范围——例如在机身或机翼的整个蒙皮；

中等范围——1平方米左右。

小范围——小于1 平方米。

2） SSI的尺寸

大型部件——例如机身、梁等；

中等尺寸部件——包括机身的一部分，梁，肋等；

小部件——小于或等于10平方厘米的项目。

目视检查的尺寸等级按照结构的大小进行评估，而对于详细目视检查的尺寸等级评估必须采用SSI的实际尺寸来确定。

4.3.3  稠密度等级

根据区域内被检查设备组件的数量和复杂程度，稠密度被划分为3个等级，等级判断如下：

4.3.4  光照等级

1—— 在阴影区内的飞机外表面，例如没有直接光源的起落架吊舱；

2——有充足光照的飞机外表面，用人工光照的飞机内部；

3——具有所需的集中光照。

一般目视检查采用等级1和等级2（通常机舱的光源能够满足需要）。详细目视检查应该选择等级3。

4.3.5  表面等级

表面情况根据涂层性质，密封胶和清洁剂的使用而改变。两个等级如下：

1——容易被密封胶覆盖或易遭受过多油脂、燃油或灰尘污染物影响的区域或项目；

2——清洁的区域。

对于详细检查，由于检查以前需要对表面做清洁准备工作，所以选择等级2。

4.4  确定金属结构ADR 与EDR 的总级号和检查周期

4.4.1  确定ADR 与EDR 的总级号

对ADR、EDR值采取4舍5入进行取整，将 ADR、EDR值最小的作为总级号。

金属结构偶然损伤等级（ADR）=可见性指标等级（VR）+损伤敏感性等级（SD）+剩余强度等级（RS）+损伤可能性指标等级（LK）。见下表。

金属结构环境损伤等级（ADR）=可见性指标等级（VR）+损伤敏感性等级（SD）+剩余强度等级（RS）+损伤可能性指标等级（LK）。见下表。

4.4.2  确定检查间隔

确定了总级号以后，根据下表确定检查周期。

5  结束语

对飞机金属结构的评级为结构维修大纲提供了确定检查间隔的技术基础，该评级体系基于数据化规则，考虑了所有可能的损伤影响，具有规范性、系统性特点，避免了人为定性判断的主观性，使得检查间隔更为合理、准确。

参考文献

［1］装备以可靠性为中心的维修分析：GJB1378A

［2］ 军用飞机用户技术资料通用要求：GJB3968A-2012

作者简介：王刚。出生年月，1967年11月。性别，男。民族，汉。籍贯，陕西省渭南市。学历，大学本科。研究方向，飞机技术出版物体系规划，飞机维修性研究，技术出版物信息化应用研究。