（飞行器设计专业论文）老龄飞机结构检查及其软件开发.pdf

中国民用航空学院硕士学位论文 摘要 本文深入地分析了波音7 5 7 飞机附加结构检查大纲，并开发了用于制订老龄飞机 附加结构检查方案的d t r 软件系统。应用该系统，用户可以很方便地根据自己机队运 营环境和损伤检查能力，选择合适的检查方法和检查间隔，制订老龄飞机结构的检查 方案。另外，本文在查阅大量资料和分析的基础上，还提出了计算d t r 的一种新模型 ( 机队开裂间隔比为公比q 小于l 的等比数列模型) ，利用这种修正的d t r 模型进行 了不同检查间隔、不同机队裂纹数和不同机队开裂间隔比的d t r 计算。通过与等间隔 机队开裂模型的d t r 计算结果进行比较表明，在机队裂纹数一定的条件下，开裂间隔 比越小，d t r 相对差越大：在机队开裂间隔比一定的条件下，机队开裂数越小，d t r 相对差越小；在机队开裂间隔比、机队开裂数均一定的条件下，d t r 相对差与平均检 查间隔无关。计算结果表明，本文提出的修正模型给出的d t r 计算值是偏于安全的。 关键词：老龄飞机：结构检查；d t r ；v i s u a lc + + ；软件开发 中国民用航空学院硕士学位论文 a b s t r a c t t h es u p p l e m e n t a ls t r u c t u r a li n s p e c t i o np r o g r a mo f b o e i n ga i r c r a f ti sa n a l y z e dd e e p l y a n dad t rs o l l w a r es y s t e mu s e dt oe s t a b l i s ht h es u p p l e m e n t a ls t r u c t u r a li n s p e c t i o np r o g r a m o f a g i n ga i r e m f ti sd e v e l o p e di nt h i sp a p e r b yu s i n gt h i ss y s t e m ，t h eu s e r sc a nc o n v e n i e n t l y c h o o s et h ea p p r o p r i a t ec h e c km e t h o da n di n t e r v a lt oe s t a b l i s ht h es t r u c t u r a l i n s p e c t i o n p r o g r a mo f t h ea g i n ga i r c r a f ta c c o r d i n gt ot h e i rf l e e t so p e r a t i o nc i r c u m s t a n c ea n dt h ea b i l i t y o fd a m a g ei n s p e c t f u r t h e r m o r e ，b a s e do nr e f e r r i n gt oag r e a td e a lo fd o c u m e n ta n d a n a l y z i n g an e w m o d e lc a l c u l a t i n gd t r ( ag e o m e t r i cs e q u e n c em o d e lt h a tt h ef l e e t c r a c k i n gi n t e r v a lr a t i oq i sl e s st h a n1 ) i sp r e s e n t e di nt h i sp a p e r , a n dt h ed t rv a l u e su n d e r d i f f e r e n tc h e c ki n t e r v a l ，d i f f e r e n tc r a c kn u m b e ra n dd i f f e r e n tf l e e tc r a c k i n gr a t i ou s i n gt b j s e m e n d a t o r yd t r m o d e la r ec a l c u l a t e d b yc o m p a r e dw i t ht h ed t rc a l c u l a t i o n a lr e s u l t s u t i l i z i n ge q u a li n t e r v a lf l e e tc r a c k i n gm o d e l ，i ts h o w st h a t 、o nt h ec o n d i t i o no ff l e e tc r a c k n u m b e ri sd e f i n i t e ，l e s sc r a c k i n gi n t e r v a l ，b i g g e rd t rr e l a t i v e l yd i f f e r e n c e ，a n do nt h e c o n d i t i o no ff l e e tc r a c k i n gi n t e r v a lr a t i oi sd e f i n i t e ，l e s sf l e e tc r a c k i n gn u m b e r ，l e s sd t r r e l a t i v e l yd i f f e r e n c e ，a n do nt h ec o n d i t i o no ff l e e tc r a c k i n gi n t e r v a lr a t i oa n df l e e tc r a c k i n g n u m b e ra r eb o t hd e f i n i t e ，t h ed t r r e l a t i v e l yd i f f e r e n c ei si n d e p e n d e n to ft h ea v e r a g ec h e c k i n t e r v a lt h ec a l c u l a t i o n a lr e s u l t sa l s os h o wt h a tt h eg i v e nd t rc a l c u l a t i o n a lv a l u ei s c o n s e r v a t i v eu t i l i z i n gt h ee m e n d a t o r ym o d e lp r e s e n t e di nt h i sp a p e r k e yw o r d s ：a g i n ga i r c r a f t ；s t r u c t u r a li n s p e c t i o n ：d t r ；v i s u a lc + + ；s o f t w a r e d e v e l o p m e n t 中国民用航空学院学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国民用航空学院或其它教育机构的学位或证n 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 研究生签名邀日期：碰圭睁 中国民用航空学院学位论文使用授权声明 中国民用航空学院、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学 位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电予 文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被盘阅和 借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权中 国民用航空学院研究生部办理。 研究生签名：匕盈导师签名日期：兰! 旦生生生 乳 中国民用航空学院硕士学位论文 第一章绪论 0 引言 1 9 8 8 年4 月，阿洛哈航空公司一架老龄b 7 3 7 2 0 0 飞机从h i l o 飞往h o n o l u l u ( h a w a i i ) 时，机身4 3 段上部结构全部被掀掉。据文献资料，这次事故的原因之一是 阿洛哈航空公司未能将蒙皮结合处的胶结失效、腐蚀和疲劳损伤检查出来。由于当时 联邦航空局( f e d e r a la v i a t i o na d m i n i s t r a t i o n ，f a a ) 对制造和运行飞机的监督不够， 特别是批准了阿洛哈航空公司将d 检分为5 2 段( p ) 检查来进行的维修方案，导致该 机虽在两周前曾作了结构检查，但是有2 0 0 0 多条疲劳裂纹未被检查出来，成为世界航 空史上最重要的事件之一。2 0 0 2 年6 月2 5 日台湾华航一架老龄b 7 4 7 飞机，在执行最 后一次客机任务时空中解体，所有乘客及机组人员遇难。原因是没有很好执行老龄飞 机的附加结构检查，未能及时发现结构修理区域的疲劳裂纹，最终导致裂纹失稳扩展。 阿洛哈事故使f a a 、飞机制造厂以及航空公司意识到老龄飞机持续适航问题的严 重性。1 9 8 8 年6 月，f a a 组织了由飞机制造厂、航空公司、适航当局等参加的第一次 老龄飞机会议，并于8 月正式成立了“适航保证任务组”( a i r w o r t h i n e s sa s s u r a n c et a s k f o r c e ，a a t f ) 。 阿洛哈事故后，美国联邦对老龄飞机的安全问题提出了严格要求。1 9 9 1 年1 0 月， 美国国会通过的联邦法律1 0 2 1 4 3 标题，即著名的 1 9 9 1 老龄飞机安全执行法 ( a g i n ga i r c r a f ts a f e t ya c to f1 9 9 1 ，a a s a ，后来被编入联邦法规汇编( c o d eo f f e d e r a lr e g u l a t i o n s ，c f r ) 标题4 9 第4 4 7 1 7 节l l j ) ，要求美国联邦航空局( f a a ) 制 订确保老龄飞机持续适航性的条例( f e d e r a l a i r w o r t h i n e s sr u l e ，f a r ) ，这些条例( f a r ) 编入联邦法规汇编中，成为汇编的第1 4 集第l 章。f a a 根据a a s a 的要求，近 年来制订了一系列关于老龄飞机的联邦条例和咨询通告，以实现对老龄飞机的持续适 航性管理。其中，f a a 制订的老龄飞机最终规章。纳入到联邦法规汇编第1 4 集第1 章1 2 1 部【2 4 1 、1 2 9 部5 卅和1 3 5 部川中，成为联邦法规的一部分，这些条例不 断更新，保持现行有效性，以保证老龄飞机的安全性。 依据这些规章，f a a 又先后颁发了大量咨询通告 n q 4 ，对于条例执行中的政策和 技术问题，做了解释性、说明性和推荐性的建议。 欧洲联合航空局( j o i n t a v i a t i o n a u t h o r i t i e s ，j a a ) 在保证老龄飞机的安全性 方面也颁发了相应的条例和咨询通告。 按照适航当局要求，飞机制造厂家相继制订了老龄飞机的附加结构检查大纲。对 于按照损伤容限设计的飞机( 如波音7 5 7 ，7 6 7 ，7 7 7 ，以及7 3 7 一n g 型飞机) ，它们的 附加结构检查大纲( s u p p l e m e n t a ls t r u c t u r a li n s p e c t i o nd o c u m e n t ，s s i d ) 均作为维修 计划文件( m a i n t e n a n c e p l a n n i n g d o c u m e n t ，m p d ) 的附录颁发，要求用户尽早将其纳 入自己的维修方案( 0 p e r a t o rm a i n t e n a n c ep r o g r a m ，o m p ) 中去。为了便于用户进行 中国民用航空学院颂士学位论文 老龄飞机结构的损伤容限评估，波音公司研制了用于结构疲劳损伤容限评定的损伤容 限额定值( d a m a g e t o l e r a n c e r a t i n g ，d t r ) 系统【1 5 i 。应用这个系统，用户可以根据自 己机队的运营环境、维修和检查能力制订自己的检查方案。对于按照破损安全设计的 飞机，如波音7 3 7 3 0 0 4 0 0 5 0 0 型飞机，它们的附加结构检查大纲至今尚未颁发。 由于我国的民用飞机都比较年轻，只有1 0 进入了老龄期( 达到设计使用目标 ( d e s i g ns e r v i c eo b j e e t i v e ，d s o ) 的7 5 ) ，因此，中国民航目前还没有自己的关于 老龄飞机持续适航管理的条例，另外，关于老龄飞机的附加结构检查，特别是d t r 体 系的原理和方法，国内专门研究也比较少，参考文献 1 5 1 8 均做了简单介绍，但基本 上都限于对波音公司有关损伤容限设计手册内容的引进和解释，并没有进行较深入地 探讨，而且在d t r 的计算公式中，均是基于机队裂纹在检查期内等间隔出现的假设。 本文拟就d t r 计算模型方面作一些探讨。 本论文作者参与了民航总局科技基金项目老龄飞机可靠性与安全性评估? 研究 工作，主要针对老龄飞机附加结构检查及其软件开发系统进行研究，为民航总局制订 老龄飞机持续适航管理文件和进行老龄飞机安全评估提供一定的技术支持。 本论文主要研究的内容包括： ， l ，研究损伤容限额定值( d t r ) 系统，探讨修正的d t r 计算模型； 2 研究老龄飞机附加结构检查大纲，开发相应的损伤容限评估软件； 3 协助中国民航总局飞行标准司制订老龄飞机结构完整性的咨询通告。 1 1 老龄飞机及其维护特征 1 1 1 老龄飞机的定义 参考文献【l 】中规定：联邦航空局局长应组织制订确保老龄飞机持续适航的条例； 当飞机服役1 4 年后，局方应按条例要求对航空公司提供空中运输服务的每架飞机进行 检查，并审查维修记录与其它记录，以判断飞机是否处在安全状态，航空营运维护是 否适当。这种对老龄飞机的检查和记录审查应作为飞机重大维护的重要组成部分。 参考文献 2 】中规定：对于在1 2 1 部下运营的所有飞机，在2 0 0 3 年1 2 月8 日运营 不超过1 4 年，从飞机使用到1 5 年后，最多不迟于5 年进行首次飞机检查和记录审查， 否则营运人不能营运老龄飞机。 何谓老龄飞机，当前还没有统一的、明确的定义。有的认为飞行超过设计使用目标 ( d s o ) 的7 5 为老龄飞机 i “，有的认为飞行超过d s o 为老龄飞机。但是，根据美国 国会执行法和联邦航空条例对老龄飞机检查和记录审查的规定，应将服役超过1 4 年的 飞机定义为老龄飞机。 1 1 2 老龄飞机的维护特征 在参考文献【2 】中规定：在老龄飞机检查和记录审查期间，营运人必须向局方说明 飞机寿命敏感部件和构件的维护是满足要求和及时的，并足以保证具有最高的安全性。 2 中国民用航空学院硕士学位论文 因此，老龄飞机的维护特征就是使飞机寿命敏感部件和构件其有最高的安全水平。也 就是说，要保证飞机的持续适航性，必须加强对飞机寿命敏感部件和构件的维护。 在航空业发展的早期阶段，人们认为所有设备和附件都会显示出耗损特征。因此， 那时总是在延长设备和附件的翻修期上下功夫。大量研究表明 t 6 , t 9 ，航空设备和附件 敲障率有耗损特性的仅为l1 。这也就是说，故障率与使用时间有关系的设备和附件 仅占1 1 。这些设备和附件通常作为适航限制项目或审定维修要求进行定期翻修或更 换。其余8 9 的设备和附件都没有耗损期，不需要规定使用期限，通过可靠性控制方 案，监控它们的使用可靠性。 但是，飞机结构的偶然损伤、环境损伤、疲劳损伤都与飞机的使用时润，飞行起 落次数和飞行小时数等有密切关系。随着飞机的老龄化，这些损伤就会越来越严重。 因此，更具体地来说，老龄飞机的老化主要表现为结构的老化。老龄飞机的维护特征 主要是保持老龄飞机的结构完整性。目前，f a a 颁布的老龄飞机适航文件主要是关于 老龄飞机结构的适航文件。 1 1 3 飞机使用寿命的新概念。 设计使用目标( d s o ) 是飞机设计人员设计飞机时使用的参考基准。适航当局不 对设计使用目标给出审定要求。只要型号合格证持有人( t y p ec e r t i f i c a t i o nh o l d e r ， t c h ) 制订出老龄飞机结构完整性大纲，营运人根据老龄飞机结构完整性大纲制订并 执行老龄飞机维护方案，可在相当高的可靠度和置信度下。将裂纹检钡4 出来。因此， 即使飞机接近或超过设计使用目标，其运行的安全性也是可以得到保障的。目前，美 国的现役飞机中，已有2 9 的飞机超过了它们的设计目标寿命( d s o ) 。据一些制造厂 的统计，一种成熟的机型在使用1 2 - 1 5 年后，其机体的维修费用成本每年增长5 【1 6 1 ， 由于老龄飞机的折旧费或租赁费已基本付清，即使考虑到老飞机的改装费( 如防止空 中相撞系统( t c a s ) 改装) 、耗油率高等因素，超过d s o 的相当一段时间，老飞机的 运营经济性可能眈新飞机好。根据制造厂豹试验和枫队使用情况估计，运输机的经济 使用寿命可能达到其d s o 的1 5 2 0 倍 1 6 1 。通过老龄飞机研究制订老龄飞机附加 结构检查维修大纲，并通过执行这些大纲，飞机可超过d s o 继续使用，达到d s o 的 飞机继续服役也能保证安全性。 1 2 老龄飞机附加结构检查的适航性要求 f a a 、j a a 、中国民航管理局( c i v i l a v i a t i o n a u t h o r i t y ，c a a ) 以及型号合格证持 有人( t c h ) 和运营人一直在为保持老龄飞机的结构完整性进行研究工作。传统上， 这些工作通过交换使用信息和改变检查大纲。以及在飞机上加以改装完成。然而，随 着飞机利用率的增加，使用寿命的延长以及对目前运输机队的高安全性要求，需要制 订一个飞机持续结构完整性大纲来确保所有飞机的结构完整性维持在高水平上。 f a a 在咨询通告( a d v i s o r yc i r c u l a r ，a c ) “a c 9 1 5 6 b 飞机持续结构完整性大纲f l l 】” 3 中国民用航空学院硕士学位论文 中为t c 持有人磊l 订附加结构检查大纲( s u p p l e m e n t a ls t r u c t u r a li n s p e c t i o np r o g r a m s s i p ) 以及营运人执行附加结构检查大纲提供了指导。 1 2 1 初始附加结构检查大纲的翻订、执行 初始附加结构检查大纲应在为保持飞机结构完整性所需要的检查和改装明显增加 之前( 这需要综合分析计算结采、试验结果和使用经验后确定) 开始执行。型号合格 证持有人( t c h ) 应按“老龄飞机安全最终规章”的期限完成初始附加结构检查大纲。 一般说来，为确保运营人霈要时能得到可接受的附加结构检查大纲，t c h 应在机群中 使用时间最长或飞行循环次数最多的飞机达到设计使用目标的一半时，开始制订附加 结构检查大纲【l “。大型的老龄运输类飞机( 1 0 座以上) 应依据损伤容限设计思想，制 订老龄飞机附加结构检查大纲。 t c h 推荐的附加结构检查大纲、使用标准以及该标准的依据( 这些统称为s s i d ) 应呈交到f a a 飞机合格审定办公室进行审查和批准【3 】。f a a 对s s i d 的审查包括工程 和维修两个方面。 因为s s i d 应用于所有营运人，而且它所关注的是老龄飞机的安全性，所以，s s i d 应由适航指令强制执行，或者通过顺从“老龄飞机安全最终规章”j i l l 执行。另外，在 初始s s i d 评估期间，对安全性有重大影响的任何服务通告或者其它服务信息出版物 都应按适航指令( a i r w o r t h i n e s sd i r e c t i v e ，a d ) 执行【“1 。 1 2 2 附加结构检查大纲的内容 对于1 0 座以上的多发飞机，t c h 应基于损伤容限设计制订附加结构检查大纲： 附加结构检查大纲应包括： 损伤的类型： 可能的位置； 检查入口： 门槛值： 检查间隔 方法和步骤； 可应用的改装和或寿命限制： 对执行s s i p 有效的操作类型。 1 2 3 附加结构检查大纲的修改 f a a 在咨询通告a cn o ：9 1 5 6 b 中指出，当附加信息( 包括实验数据和使用售 息) 表明需要修改s s i p 时，t c h 就应当修订s s i p t 】。任何对s s i p 的修正和这些修 正的依据应呈交到f a a 进行工程和维修两方霭的审查和批准。 1 3 附加结构检查大纲的类型 附加结构检查大纲( s s i p ) 大体上可分为以下三种类型： 4 中国民用航空学院硕士学位论文 1 3 1 直接给出检查要求的附加结构检查大纲 b 7 0 7 和m d 一8 0 飞机的附加结构检查大纲明确给出飞机结构的附加检查要求【1 6 】。 它给出了可能产生疲劳裂纹的飞机具体部位、要求的检查方法、检查门槛值和重复检 查间隔以及抽样检查要求。 1 , 3 2 按损伤容限额定值( d t r ) 确定检查间隔和方法的检查大纲 b 7 5 7 飞机的s s i d 除直接给出了各细节部位的附加检查门槛值、检查间隔和检查 方法外，t c h 还给出了每一结构项目的d t r 检查表和d t r 的最低要求值，由营运人 根据自己的维修计划，选择检查方法和间隔【2 。所选择的检查方法和检查周期要使得 对应的d t r 总和大于或等于d t r 的最低要求值。由于s s i p 项目给出了d t r 检佥表， 可以有多种选择。因此，营运人可以根据d t r 检查表，自行制订适合自己情况的检查 方案。营运人根据d t r 检查表确定的检查间隔和检查方法应有专门的分析报告并经适 航管理当局批准【j j 。 1 , 3 3 以维修大纲的补充维修项目形式给出的附加结构检查大纲 这种形式的附加结构检查要求作为维修大纲的补充维修项目，统一列入维修审查 委员会( m a i n t e n a n c er e v i e wb o a r d ，m r b ) 报告的结构检查大纲中，( 例如空客飞机 和b a e 1 4 6 飞机等) 。 波音7 3 7 6 0 0 - 7 0 0 一8 0 0 和7 7 7 飞机的附加结构检查要求，已列入该型飞机的m r b 报告并作为适航性限制颁发。 m d 系列飞机的附加检查大纲称为s i d 。d c - 8 、d c 9 和d c 1 0 飞机的s i d 检查 要求，都是给出了每个项目的检查门槛值、重复检查间隔和相应的检查方法。m d 8 0 型飞机的最低检查门槛值为5 0 0 0 0 次飞行循环。要求在门槛值的3 4 时检查一次，在 门槛值时检查一次，然后，进行重复检查【i “。 m d 1 1 和m d - 9 0 飞机结构的附加结构检查要求，其形式类似d c 9 和d c 1 0 飞机， 不过它们均包括在该型飞机的适航性限制项目中。它规定了每一项重要结构项目 ( p r i m a r ys t r u c t u r a le 1 e m e n t ，p s e ) 的检查门槛值、重复检查间隔和相应的检查方法。 m d 系列飞机的结构检查不采用抽样检查方案。 1 4 小型飞机的附加结构检查大纲 对于小型多发飞机( 9 座以下的飞机) ，f a a 在联邦条例1 2 9 1 6 酬5 l 中指出，到 2 0 1 0 年1 2 月2 0 日以后，只有机型的维修大纲中包括了基于使用历史的检查和程序， 营运人才能在1 2 9 部下运营9 座以下的老龄飞机。 队a 的咨询通告a cn o ：9 1 6 0 a 1 2 1 为9 座以下多发老龄飞机的设计批准持有人 ( 型号合格证持有人或补充型号合格证持有人) 、飞机的所有人和营运人提供了指导。 该指导材料阐明了老龄飞机安全规章对制订和使用基于使用历史的附加结构检查大纲 ( s s i p ) 的要求，以确保老龄飞机在整个使用寿命期内的持续适航性。 中国民用航空学院硕士学位论文 第二章损伤容限额定值( d t r ) 的估算 2 1d t r 体系的基本知识 2 1 1d t r 体系的基本思想 美国联邦航空局适航条例f a r 2 5 5 7 1 和中国民航总局适航条例c c a r 2 5 部要求对 飞机结构进行损伤容限评定，以保证在飞机使用寿命期内，如果结构发生严重损伤( 开 裂或部分破坏) ，在损伤被检出以前，其余结构仍能承受规定的载荷而不致发生失事性 破坏。一个具有良好损伤容限特性的结构，至少应具备两个条件： ( 1 ) 缓慢裂纹扩展，即含裂纹结构在剩余强度达到规定值之前，有较长的裂纹扩 展期。 ( 2 ) 对已出现的裂纹有较高的检出能力，即在裂纹扩展期内，按规定的检查大纲 检查，有足够大的概率将裂纹检出。 裂纹扩展期越长，对一定的检查周期，检查次数就越多，裂纹被检出的可能性就 越大。对一个机队来讲，只要在机队中任一架飞机的某一具体细节处检测出裂纹，就 应以此作为一种报警信号，对其它飞机相应部位进行必要的检查来发现可能存在的裂 纹，或者采取适当的措施预防再产生裂纹。因此，可以把机队中各架飞机所研究细节 处的任一条裂纹超过其临界长度之前，按规定检查大纲，至少检查出一条裂纹的概率 p d 作为结构损伤容限特性的一种度量。这也就是d t r 体系的基础。 机队中飞机结构的某细节存在裂纹的检出概率取决于裂纹数、裂纹检测次数、可 达性和检测技术水平等因素。显然，在一定期间内的检测次数越多和( 或) 裂纹越多， 则在机队中该结构细节至少检测出一条裂纹的概率就越大。若以p d 表示按给定的检查 级别和检查方法，在检查期间内，从机队中该细节至少检测出一条裂纹的概率，则 它的当量数d t r 便可用来表示结构细节的损伤容限特性。 d t r 体系的基本思想是将飞机结构的可达性、裂纹扩展和剩余强度等结构特性与 机队裂纹检测能力联系起来，建立能同时反映这几方面因素的综合度量指标，以便对 使用中的老龄飞机结构进行损伤容限评估。实现这一思想，要求建立大容量的傻用仁 息数据库。 要求的最小d t r 值( 额定值) 是根据使用经验确定的。 这种方法除了可为不同型号飞机的相似细节提供一个用于损伤容限评定的对比估 算值以外，还提供了一个简化方法来估算不同裂纹扩展周期、不同检查周期、不同检 查方法、可达性的改善以及辅助检查或特殊检查的使用等各种因素对结构损伤容限特 性的影响。 2 1 2b t r 技术的基本原理 在机队中，假定某一结构细节存在一条裂纹，一次检查的检出概率可用如下概率 公式表示； 6 中国民用航空学院硕士学位论文 最= 五x 最另 ( 2 1 ) 式中：p i 检查到一架在所研究细节处含有损伤的飞机的概率： p 2 检查到所研究细节的概率； p 3 ；- 检查有损伤的细节时，在第i 次检查一次检查检出损伤的概率。它随检 查方法和裂纹尺寸等因素而变化。 概率p l 取决于检查级别、抽样方案、被检查飞机的数目和它们的工龄。在样本容 量和抽样比例相同的条件下，工龄越长，p 1 越大。当机队中所有飞机均要求检查时， p i = 1 。 戌依维修大纲要求而定。若维修大纲中规定了要在实施的检查级别上检查所研究 的细节，则n = 1 ；否则b = o 。 b ，是根据对应于给定检查方法的裂纹检出概率曲线( 即裂纹检出概率随可检裂纹 尺寸的变化曲线) 来确定的。因此，马，与裂纹扩展曲线( 口n ) 有关。根据口 曲线，做出可检裂纹长度与到达临界裂纹长度前的剩余飞行次数的关系曲线( 即可检 裂纹扩展曲线) ；再由第i 次检查对的飞行次数找到对应的裂纹长度；最后由裂纹检出 概率曲线查到对应的岛值，即为第i 次检查的p 3 ，。实际上，飞机损伤容限结构细节很 多，每个结构细节在检查期内可能出现多条裂纹并有多种检查方法。因此，对于每次 检查都去找不同p 3 ，工作量相当大。分析表明，就损伤容限评定的对比估算，在统计 的意义上，取检测区间的当量值只代替p 3 i 可以满足工程要求。当量值只可通过由 裂纹检出概率曲线和可检裂纹扩展曲线做出p 3 曲线，求出曲线的平均高度即为 b 。 执行维修大纲，机队中某一结构细节往往要经受多次和多种级别的检查。当机队 该结构细节存在一条裂纹，经多次检查时的检出概率为n 5 4 s 】： 盟 只= 1 一【l 一只】” ( 2 2 ) 式中：风一次检查的检出概率b = 只b 只； o 裂纹从可检到临界状态的飞行次数( 即损伤检查期) ； 两次检查之间的平均间隔。 经验表明：当从机队中检测出一条裂纹时，常常可在其它飞机的相同细节处和 ( 或) 另一位置的相似细节处检出裂纹。由于从机队中至少检测出一条裂纹的概率受 机队中存在裂纹条数的影响，因此，应该考虑机队中可能存在多条裂纹的检出概率。 机队中出现裂纹的时间是随机变量。在分析中，目前看到的文献均假设机队中指定细 节处等间隔发生裂纹 1 5 - 1 8 】 中国民用航空学院硕士学位论文 令为机队中指定细节相继发生裂纹的间隔，即机队开裂间隔( 飞行次数) 。 如果第一条裂纹在1 次飞行时可检，则第二条裂纹、第三条裂纹将分别在n + a 和 n 。+ 2 时达至同一可检水平。因此，在期滴o ，即在第一条裂纹的损伤检查期内， 第二条裂纹的可检查间隔为一厶，第三条裂纹为蝻一2 。依次类推，第j 条裂纹 的可检查间隔为n o - ( j 1 ) a n 。 于是，考虑机队中指定细节可能发生多条裂纹后，可以导出机队中裂纹的总检查 频次1 1 s - 1 8 l 为： 弘嘲， 耕一扯半j + ； n 机队中指定细节发生裂纹的数量，“+ ”表示取值大予零； 丙给定检查级别的检查间隔。 因此，对于给定的检查级剐和检查方法，在期间0 内，从机队中至少检测出一 条裂纹的概率为： 只= 1 一b b r ( 2 4 ) 考虑机队内所有检查级别，则在期间n o 内，从枧队中至少检测出一条裂纹的概率 为： 岛= 1 - n ( 1 一匕) 式中： i 可采用的检查级别。 为了比较几个部位的特性， 细节的损伤容限特性。 ( 2 5 ) 一般不直接使用p d ，而采用p d 的当量数d t r 来表示 设有一种检测手段，在一次检测中，裂纹的检出概率和漏检概率均为l 2 。用这 种手段检测裂纹对，要达到检出概率，所需要的最少独立检测次数称为d t r 。根 据这一定义，得到： p d = 1 一g ) 2 = l 一击 ( 2 6 ) 由此可得： d t r ：l g ( 1 - p o ) ( 2 7 ) 1 9 0 5 b 中国民用航空学院硕士学位论文 显而易见，d t r 是p d 的单调增函数( 图2 1 ) 。因此，可以用d t r 代替尸d 来反 映细节的损伤容限特性。 估算出结构细节的d t r 值 后，还必须知道要求的最小损 伤容限额定值d t r 。才能建 立必要的判别式。d t r y 。主要 根据对开裂环境和允许最低裂 纹检出概率的工程判断来确 定。此外，还要考虑破损安全 应力与正常使用应力的比值， 以及在从事与结构检查无关的 一般维修活动中所提供的对损 0 5仉9 6 8 7 50 9 9 90 ，9 9 9 9 6 9 p d 图2 1d t r 与e o 函数曲线 伤的额外检出概率。前者确定了d t r y 。的基本值，后者确定d t r y q 的附加值。 损伤容限额定值方法要求满足的条件是： d t r d t r y q ( 2 8 ) 表2 1 中的d t r y q 值是针对某型民用飞机确定的，可供参考。由表2 1 可以看出， 不同部位的损伤容限额定值对应不同d t r y q 值。 d t r 值具有简单的可加性。如对机队飞机的某一细节用不同手段，从不同方向进 行检测，可将各自求得的d t r 值简单相加，而估算出该细节总的d t r 值。 d t r 。 结构 基本值附加值总值 机翼和外部可见区 404 发动机 外部不可见区 426 短舱 熏要襟翼结构 4 48 尾翼主要结构 426 座舱压差占总破损 为 r = 喜z = 等喜。一等等 他 我们仍以当量b 代替一条裂纹、一次检查的检出概率只。由于各次检查是互相独 立的，因此，r 次检查均未查到裂纹的概率为各次检查均未查到裂纹的概率相乘。著 以乃表示f 次检查均未查到裂纹的概率， = ( 1 一只) 1 ( 2 1 2 ) 式中t 只= 鼻p 2 马 r 由公式( 2 i i ) 计算得到。 机队该细节用这种给定方法和给定间隔检查，在裂纹检查期n o 内，至少查到一条 裂纹的概率为 中国民用航空学院硕士学位论文 如果考虑机队内所有检查级别，以饧表示_ ，级检查至少检出一条裂纹的概率，i 表示，级检查未查出裂纹的概率( + ，岛= 1 ) 。由于不同检查级别检查也是互相独立 名= n = n ( i 一饧) ( 2 1 4 ) 巴= 1 一弓= 1 一丌( 1 一) ( 2 ，1 5 ) d t r ：l g ( 1 - p c )( 2 1 6 ) 扩展到a = 5 0 8 m l t l ，飞机经历的循环数n 为3 8 0 0 0 次循环i2 1 1 。假设目视检查的p 3 服从 只( 口) = 1 一唧( _ ( 岛9 18 ) ( 2 1 7 ) 1 首先，采用数值解法( 梯形求积法) 估算当量两。计算中选取步长5 m m 。 再直兰竺芝竺一 汜。， n ( 口。) 一n ( d o ) 和壁竺茎望兰 3 ( 5 0 8 1 2 7 、 计算结果：两= o 6 9 3 1 ( 自编计算程序见本文最后附录a ) 中国民用航空学院硕士学位论文 分别为1 5 0 0 ，2 0 0 0 ，2 5 0 0 ，3 0 0 0 ，3 5 0 0 ，4 0 0 0 ，4 5 0 0 ，5 0 0 0 ，5 5 0 0 ，6 0 0 0 ，6 5 0 0 次循环。取相邻可检裂纹间隔之比分别为q = 0 5 ，o 5 5 ，o 6 0 ，0 6 5 ，o 7 0 ，o 7 5 ，o 8 0 ， o 8 5 ，o 9 0 和o 9 5 。采用自编程序分别计算各裂纹条数下的a n i 值，并分别计算两种模 型在不同平均检查间隔下的尸d 和d t r 值( 程序瞄1 和打印结果见本文最后附录a ) ； 3 计算两种方法所得d t r 值的相对差； 4 分析和结论。 2 2 3 2 计算结果及结论 1 计算结果 表2 2 表2 6 给出了裂纹条数分别为3 ，4 ，5 ，6 ，7 时，相邻可检裂纹间隔之比 分别为q = 0 5 ，0 5 5 ，o 6 0 ，o 6 5 ，0 7 0 ，o 7 5 ，o 8 0 ，0 8 5 ，o 9 0 和o 9 5 时，不同检查 间隔下的d t r 和等间隔模型d t r 值及它们的相对差，并给出了同一间隔比、同一 裂纹条数下，不同检查间隔时两种模型d t r 相对差的平均值。表2 7 给出了两种模型 d t r 相对差随裂纹条数和相邻可检裂纹间隔比之间的变化关系。图2 2 是根据表2 7 的数据，用曲线拟合方法做出的d t r 相对差与相邻可检裂纹间隔比的关系曲线( 机队 开裂数为参数) 即g 曲线。图2 3 是根据表2 7 的数据，用曲线拟合方法做出的 d t r 相对差与机队开裂数之间的关系曲线( 相邻可检裂纹间隔比为参数) ，即k 曲 线。从图2 2 可以看出，随机队开裂数增加，曲线向右上方移动，即相对差增大。从 图2 3 可以看出，随相邻可检裂纹间隔e b 的增加，曲线向左下方移动，即相对差减小。 2 结论 ( 1 ) 两种模型d t r 相对差只与机队开裂数和相邻可检裂纹间隔之比有关，与平 均检查间隔基本无关； ( 2 ) 在机队开裂数一定的条件下，无论采用哪种平均检查间隔，d t r 相对差都 随相邻可检裂纹间隔比的减小而增大； ( 3 ) 在相邻可检裂纹间隔比一定的条件下，无论采用哪种平均检查间隔，d t r 相对差都随机队开裂数的增加而增加； ( 4 ) 相邻可检裂纹间隔比为幂函数的模型给出的d t r 更偏安全。 到 摹霜 一 节 育 兰 客 誉 器 司 ； n卟 露 寸甘。 昏 n嚣晶 n tg 演 高 芝 翟器 璺 磐 譬高 善 高锭 苫 罄窖 簧8导 & 哼 “一一 一 1一 n 一 司 剥 譬咎 羁 善 霜 舟 锚 & 箱 霜 岛 * 罩 0导 吨 雩 雩 导 导导 “呐 “ 寸 “ “ “ n o盆：g 葛 一 卜e器 器 墓 翟器g 些 凸 8饕 专急 豪 3 鹭：2 n 吗 。、 t“ “一 t 荨 翅 司 nn 一 一一常 司 潮 罱誊 蕊 r袋 牮 毁 郴 葛拦葛矗g景逭矗雩 金 嚣 景 禽 。! 铸 霜 韶 璺 篁 !2譬 竺 型竺皇曼 篓 鑫铸 。 qq培 呐 罂 蛊蛊器霉窖畏窭80嚣 罩 q。口、o6dddd6dddd 譬 g 警铽导瓮文 蝥 n 蛊葛 g 器 茸 高甚 誉鹫 曼 卜 鼍 皆 器兰 l 誉 曼 品 罄磊嚏 辱 萎 s 8霜盆 量 曼 簧 墨 高营 。 美 蔓 = ： 高 9 一 nq 2暑 葛兽 一 h_i i哥 1 “n 一一 i i 一一“ “ 一 司 n 司 测 ：宝 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