关于确保老龄化老旧飞机安全运行的工程维修措施

1/51关于确保老龄化（老旧）飞机安全运行的工程维修措施(EngineeringMaintenanceProgramforAgingAircraftSafetyOperation)作者/陈斌（机务工程部）2005年，在世界民用航空运输行业，空难频繁发生，其中老龄化飞机所占比例较高，已引起中国民用航空总局对老龄化飞机安全运行的高度重视，目前，加强对老龄化飞机运行安全管理，已成为民航各航空公司保证飞行安全的一项重要和迫切的工作，为此，民航总局相继颁发了各种形式的文件和通知，要求各航空公司针对老龄化飞机进行专项研究，并制定相应的工程维修措施随着民用航空飞机投入运行时间的逐渐增加，飞机老龄化的问题日渐突出，如何确保老龄化飞机的安全运行，已成为各航空公司面临亟待解决的重大工程技术问题。本文就飞机老龄化课题产生的历史背景，飞机老龄化的基本概念，相关适航规章要求以及如何采取相应的工程维修措施等方面进行逐一阐述：一飞机老龄化产生的背景1988年，美国ＡLOHA航空公司的一架波音B737-200型飞机在夏威夷机场起飞后不久，其前部机身一整段长度约18英尺的蒙皮突然撕裂并脱落，造成了一次严重的飞行事故，在随后的美国国家安全运输委员会（NTSB）和联邦适航局（FAA）的事故调查中发现，撕裂的机身蒙皮在其搭接（LAPJOINT）处的多个铆钉部位同时存在细小裂纹，其尺寸及密度的大小在机身增压和外界气动力的作用下，足以使机身蒙皮撕裂并脱落，最终导致了此次严重飞行事故，这种飞机结构损伤被最后定义为广布疲劳损伤（WFDWideFatigueDamage），该架飞机是于1969年投入运行，飞行总使用时间为：35493小时/89090循环，无论从日历时间还是使用时间来看，这架波音B737飞机都属于老龄化的飞机，为此，美国联邦适航局（FAA）开始着手研究老龄化民用飞机的安全运行问题。2/52二飞机结构损伤的相关基本概念及定义1．广布疲劳损伤（WFDWideFatigueDamage）飞机结构广布疲劳损伤的特征是：在多个飞机结构的细节，同时存在着裂纹，而裂纹的大小和密度足以造成飞机结构不再满足其损伤容限的要求，并将导致灾难性的结构失效。广布疲劳损伤主要来源于飞机多处结构损伤，主要表现为两个方面：一是在飞机相同结构单元中，同时存在多个疲劳裂纹；其次是在飞机相临类似结构单元中，同时存在多个疲劳裂纹，以下图示为飞机结构中易发生广布疲劳损伤的部位：2．结构损伤容限（DTDamagetolerance）结构损伤容限是一种用于保证飞机运行安全的结构设计特征，它允许结构在受到疲劳、腐蚀、偶然或离散源损伤后仍然能在一定的时期内保持必要的剩余强度。损伤容限基于的原则是结构疲劳损伤的产生和发展可以在足够精确预测的前提下，在达到临界尺寸之前允许通过检查可靠地发现。3．飞机增压边界结构飞机增压边界结构主要是指飞机在飞行过程中增压的机身，其中包括：机身蒙皮，各类舱门蒙皮以及乘压隔框腹板等部位。这些飞机结构区域及部件在飞机的每一次使用循环过程中，均承受不同程度的疲劳载荷，也是疲劳裂纹易产生的区域及部件。三针对老龄化飞机的相关适航规章及要求自从老龄化飞机的概念产生以来，世界各适航当局对飞机使用多少年才进入老龄化并没有一个同一的行业标准，目前，中国民航总局将投入运行使用时间超过14年的民用航空器定义为老龄化（老旧）飞机，并颁发了相应的适航规章和咨询通告，对进一步加强老龄化（老旧）飞机安全运行监控，提出了详细和明确的要求，这些规章和咨询通告包括CCAR121（大型飞机公共航空运输要求，AC121-53（民用航空器维修方案）以及AC121-65（航空器结构持续完整性大纲）等，根据这些要求，民航总局还于近期针对各航空公司拟定了“老龄3/53飞机结构完整性检查评估计划”并计划成立专项工作小组，并在2005年颁发的咨询通告AC121-65（航空器结构持续完整性大纲）中，第一次全面、系统地对航空运营人如何按照航空器制造厂家提供的修理（改装）评估指南进行相应的评估工作提出了具体的要求，其中包括补充结构检查、强制改装、腐蚀预防与控制、增压边界结构修理评估、广布疲劳损伤等方面。虽然目前川航的机队中服役时间最长的A320/A321飞机为10年，并未进入老龄化飞机的范畴，但提前从工程技术方面进行老龄化飞机的相关工程评估准备工作是十分必要的，而且，空客公司已于近期针对世界空客A320系列飞机老龄化的问题颁发了相应的服务信函，就如何确保逐渐进入老龄化的空客飞机的安全运行提出了指导性意见。四确保老龄化飞机安全运行的工程维修措施根据民航总局颁发的咨询通告AC121-65（航空器结构持续完整性大纲）以及空客公司颁发的服务信函的要求，确保老龄化飞机安全运行的工程维修措施可以通过以下三个阶段来完成，即：1．修理评估指南（RAGRepairAssessmentGuide)的形成修理评估指南一般都由飞机制造厂根据不同的机型的结构特点，并对大量的老龄化飞机结构修理（改装）数据进行研究而制定的飞机结构修理评估指导性文件，应用这个指南，各航空公司的结构工程师就可以对老龄化飞机实施修理（改装）评估工作。这一阶段的工作首先就是进行飞机结构修理（改装）数据的收集和筛选，即整理飞机结构上已完成或新的修理（改装）记录，根据空客公司最近颁发的有关A320系列飞机老龄化问题的服务信函的要求，各A320系列飞机的用户被要求将机队中的结构修理（改装）数据反馈给空客，其中，结构修理仅涉及加强型修理（如机身蒙皮的补片修理），不包括打磨修理，允许的凹坑以及使用较大尺寸紧固件或衬套安装的修理，主要涉及飞机结构如下：——机身区域：机身各类舱门周边蒙皮，机身各类舱门门角蒙皮，机身其它区域蒙皮，飞机隔框，行条，蒙皮搭接处——飞机登机门、货舱以及电子舱门：蒙皮和内部结构——飞机压力隔框：前部机身，前后中央机翼翼盒——飞机襟翼蒙皮——方向舵蒙皮和大梁——升降舵蒙皮和大梁另外，对某些结构改装（SB）的重新评估也是针对老龄化飞机十分必要的工作，其目的是根据评估结果对这些改装（SB）的符合性，完成时间表以及程序进行相应的更改，针对所收集的全球A320系列飞机的上述数据，空客公司将颁发相应的修理评估指南（RAG）以指导各航空公司实施修理评估工作。2.修理评估工作通常，在修理评估指南（RAG）中，飞机结构修理被分为四类：A类，为永久性修理，即按照厂家的结构修理手册（SRM）所实施的永久性修理（permanentrepair),这类修理在空客A320系列飞机上已包含了损伤容限的要求，通过常规检查就足以确保修理结构和周围非修理结构的持续适航；B类，为永久性修理，但根据损伤容限的要求，除了常规检查外，还需要额外的检查工作才能确保持续适航；C类，为临时修理，根据损伤容限的要求，需要在特定的门限值前进行修整或更换，有的还需要额外的检查工作直至完成最终永久性修理；D类，为超结构修理手册（SRM）的重要修理（MajorRepair），这类修理虽获得飞机制造厂家4/54的单独批准，但并未经过损伤容限的评估（DamageToleranceAssessment）。在上述各类修理评估中，尤其是针对超结构修理手册（SRM）的重要修理（MajorRepair）评估工作十分重要,损伤容限的评估工作应遵循下述基本原则：（1）飞机结构中最易产生疲劳裂纹的部位预测（2）在飞机载荷的重复作用下裂纹增长速度预测（3）预定超出结构强度限制的损伤尺寸或临界尺寸（4）损伤发展情况检查的潜在机会分析另外，对按照飞机制造厂家颁发的预防性结构服务通告实施的改装的评估工作也十分必要，尤其是改装涉及到飞机易产生广部疲劳损伤的结构区域或部位，必须对改装的符合性，完成时间要求以及改装程序进行详细评估，同时，还应对现有的飞机维修方案中涉及广部疲劳损伤敏感区域或部位的检查要求进行评估，包括检查门槛值、间隔期、方法以及程序等。在老龄化飞机的修理评估中，还有一项重要的工作就是飞机的结构腐蚀与修理评估，在民航总局颁发的AC121-65《航空器结构持续完整性大纲》中，针对飞机的结构腐蚀预防与控制大纲（CPCP）的制定，建立相应的工程评估程序以及应采取的维修措施，都提出了十分明确的要求，其中，主要是针对2级、3级腐蚀损伤及其修理的评估。3.确定老龄化飞机的工程维修措施根据对机队的各类结构修理（改装）工作的评估结果以及适航当局颁发的AC121-65《航空器结构持续完整性大纲》的要求，为确保老龄化飞机的安全运行，结构工程师应确定相应的维修措施并将其做为飞机结构维修补充要求(SSIP)纳入飞机维修方案，同时，对维修方案中不能保证必要安全水平的内容进行修订，这些维修措施包括重复检查的门限值和间隔以及检查的具体方法和程序等。综上所述，制定老龄化飞机的工程维修措施主要包括以下几个方面：——确定飞机的结构维修检查补充方案（SSIPSupplementaryStructuralInspectionProgram），主要针对飞机的增压边界结构以及机身蒙皮搭接区域（CircumferentialJointandLongitudinalJoint)等广布疲劳损伤敏感区域或部位的修理和改装——按照飞机的结构防腐与控制大纲（CPCPCorrosionPreventionandControlProgram)，针对发生的结构腐蚀损伤及其修理，制定相应的后续的腐蚀维修/控制措施——依据结构服务通告（SB）的评估要求，相应地修订维修方案中相关结构检查任务的门限值、间隔、检查的具体方法和程序等内容飞机老龄化对飞行安全的影响不仅只是涉及飞机的结构，同时它还涉及飞机的其它系统和部件，如：飞机的电气系统电缆的老化问题，飞控系统操纵机械连杆（联结不同的作动筒与各飞行操作面）在飞机使用老龄化后的承载能力，以及液压系统的橡胶管路老化的问题等，针对这些飞机非结构系统和部附件的工程维修措施，目前，美国联邦民用航空局（FAA）正在进行研究并颁发了相应的指导性文件。川航做为国内首家A320飞机的用户，其A320系列飞机机队中已有三架飞机于2005年完成了结构大修（8C/12年检），2006年计划将有四架飞机完成结构大修（8C/12年检），这些飞机中有四架属租赁使用过飞机，因此，工程技术部门有必要针对上述7架飞机在结构大修中所完成的修理（改装）以及腐蚀状况，同时，对其历史修理（改装）数据进行整理和回顾，按上述要求着手开展修理评估工作，并根据评估结果制定相应的工程维修措施，以确5/55保川航A320系列飞机在进入老龄化后的安全运行。五小结制定老龄化飞机的工程维修措施是一项十分重要和重大的工程项目，航空公司的工程技术部门必须根据不同机型的飞机的实际使用和维修情况，在飞机进入老龄化之前，及早与飞机制造厂家建立联系，密切关注制造厂家为这些机型所建立的修理评估指南文件（RAG），在实施飞机结构修理和改装工作的同时，应加强对飞机的历史结构修理和改装的整理和回顾，适时地开展结构修理评估工作并制定相应的工程维修措施，以确保老龄化飞机的安全运行。