飞机修理企业失效分析的现状与发展

张赛 刘晓杰 张丽

石家庄海山航空电子科技有限公司 石家庄海山实业发展总公司 050208

摘要：失效分析是指判断失效的模式，查找失效原因和机理，提出预防再失效对策的技术活动和管理活动。失效分析内容主要包括：明确分析对象，确定失效模式，研究失效机理，判定失效原因，提出预防措施（包括设计改进）等。飞机修理企业的失效分析则是针对各企业所承担的修理机型的机载附件、飞机结构件、加工零件的功能故障所展开的原因分析，其目的是提出改进措施，改善产品质量，提高产品寿命，确保修理飞机的安全性、稳定性。飞机修理企业历史悠久，但其失效分析的发展只能追溯到近二十年，而失效分析发展与行业承修（制）产品技术水平息息相关。

关键词：飞机修理企业；失效分析；标准化；程序化

引言

飞机安全飞行离不开维修，维修是现阶段飞机在全寿命周期内持续适航的根本保障方式。国内飞机通常有2/3以上寿命是通过维修实现的。随着航空装备的快速发展，飞机采用全新的设计理念，大量采用新材料、新技术、新工艺，维修方式向单机视情维修转变，维修手段向信息化、智能化发展，对飞机维修工作产生巨大影响。民航维修在设计理念、生产管理等方面成熟经验都可为飞机维修提供借鉴。

一、国内失效分析的技术特点

经过几十年的发展，国内失效分析能力迅速提高，定性失效分析已由感性分析转变为机理研究，且部分单位已建有数据库；而起步较晚的定量分析技术也逐渐发展至可与定性分析相媲美的程度。然而，随着国内失效分析能力的迅猛发展，国内基础工业大数据积累普遍偏弱的问题也日渐暴露。另外，对于失效分析新技术的应用，也在不断打破常规、取得突破，如将无损检测用于电子元器件的故障分析和监控，将桥联理论与有限元模型应用于材料结构失效分析，将原子发射光谱技术应用于磨损失效分析等。

二、航空维修现状及需求分析

在航空维修业务市场分布上，飞机机体和发动机修理量占整个维修市场50%以上，飞机机载设备的修理仅占20%左右。发动机大修、部件大修、航线检修占据较大比例，另外起落架、机轮、APU、刹车等关键部件也占据一定比例。机体修理方面，整机修理行业门槛高，需要大规模的机库及设备投资，国内市场供给不足。国内机体修理业务市场集中度非常高，尤其是高级别的深度修理。附件修理方面，低附加值附件进入门槛低，竞争激烈；而高附加值附件基本处于寡头垄断市场，少数厂家垄断核心技术和市场。

三、飞机修理企业失效分析技术

目前，受限于质量管理体系，各企业失效分析在技术层次和经验积累方面相对落后；同时，各企业承修装备的不同也造成了技术上存在诸多差异，加大了失效分析技术的发展差距。尽管如此，相较于单一特长院所，飞机修理企业具有专业的产品修理线和完整的修理流程，使得其在失效分析技术开发和应用方面具有得天独厚的优势。并且，各修理企业也在不断地完成技术深化和企业核心能力提升，进而在某些产品失效分析能力方面表现出特有的优势。

四、结构修理方案制定流程

第一步：损伤的确定。损伤是通过用户或修理厂反馈的，为获取尽可能多的信息，往往需要现场查看和查阅相关设计图纸，以便获取损伤类型、严重程度、损伤结构件相关信息。第二步：损伤分析。利用图纸，结合结构修理手册（SRM）判断结构损伤是否为允许的损伤；确定加强修理时加强件厚度和材料类型以及相关紧固件类型以及是否会影响现有维修资料检查周期；根据损伤部位和形式，判断结构是否是SSI或MSI项目或易腐蚀；是否影响互换性或装配关系；是否影响大修后的恢复；损伤是否有加强的施工通等。第三步：强度分析。结构件应力情况决定了破坏形式和重要程度，也决定了损伤结构件修理时机和方案设计思路。通过损伤信息和受力分析，评定损伤是否需要换件或加强。根据重要程度，评定是否需要进行A类修理还是B类或C类修理，特别是对安全影响明显的次要结构，往往可以采取打止裂孔，外部加强，使用抽钉等简单易行的方案进行修理；对于重要结构，必须进行静强度、耐久性及损伤容限评定，并给出检修期补充要求。第四步：方案评价及实施。结构修理方案评价可以用结构完整性要求进行，一般按照等强度、等刚度或等寿命原则制定，大部分评价在第三步体现，其余的评价可以从维修性、互换性、可靠性、质量特性、经济性以及管理程序多个角度评价。对于结构修理方案的维修性更多与用户需求相关，比如飞机训练计划变更，可能会需要把A类修理变化为C类以缩短修理时间；外场修理施工条件可能也需要调整修理方案。管理程序上，重大维修往往需要适航审批或上级部门批准，包括必要的评审等。第五步：修理方案实施。理想的修理方案基本不可行，如结构分解过程中紧固件孔损伤，切割尺寸误差、腐蚀去除测量困难等。因此在修理实施过程中，可能需要临时设计工装、备用的紧固件，包括有些运输管控清洗剂、表面氧化剂的准备等。

五、飞机修理企业失效分析对象

飞机修理企业失效分析对象较为固定，即主要针对所在工厂的各修理车间以及修理企业的固定客户，而失效分析的故障件则主要是修理企业所修飞机的零部件、结构件。失效分析技术层次主要集中于发展较为成熟的金属或非金属结构件、零部件的简单失效模式判定，对于技术专业化程度和专业设备要求较高的复合材料以及电子元器件的失效分析，往往局限于宏观观察、痕迹分析等相对简单的失效分析前期工作。失效原因大致分为三类：①飞机原始缺陷：包括设计缺陷、材料缺陷等；②大修过程带来的故障：工厂自制零部件产品缺陷、大修过程中造成的系统故障等；③飞机使用过程中的故障：客户超放飞指导书作业、飞机使用过程造成的疲劳腐蚀等。

六、飞机复合材料的修理

①外部搭补胶接法。在实际修理过程中，使用的补片厚度只有母版厚度的一半左右，可以根据实际需要合理对补片厚度进行调整，搭接过程中使用到的胶剂应该根据实际复合材料来进行选择。经过长期试验表明，对搭补的材质应该稍微选硬一些，软补片的胶结强度往往较低，胶结剂应该严格按照要求进行选择，并按照工艺要求进行搭补。②外搭补片的机械连接方法。由于胶结补片的强度较低，且在实际使用过程中，胶水容易受到周围环境的影响，出现开裂的情况。因此，在实际选择过程中，可以采用机械连接修补的方法。可以选择螺丝固定的方法，也可以采用夹具加紧的方法。螺丝固定法虽然强度高，但对本体材料会形成一定的损伤，还无法保证气密性。采用夹具加紧法，虽然修补强度不是很高，但不回对本体材料造成损伤，在一些管路材料的修补中，经常采用。

七、飞机修理企业失效分析发展

理论指导实践，是飞机修理系统失效分析人员快速提高综合能力的捷径，包括：失效学认识论-世界观、失效学的矛盾论-法则、失效学的方法论等。采用“理论指导实践”这一核心理论提出了失效学的哲学理念及其技术体系和关键技术，极大地开阔了失效分析人员和管理人员的思维。尽管修理企业失效分析受限于制度和产业结构，但随着修理技术程度的不断深化和失效分析发展需求的不断增加，各企业失效分析发展势头良好，其主要表现为：①基础较为扎实；②立足于工厂优势，集中力量形成产业突围。随着失效分析发展的需求，各工厂须要有自己的失效分析职能，同时要有实践证明，修理企业的失效分析要有自己的特长。

结束语

随着复合材料在飞机结构中应用比例不断增加，复合材料结构的维修工作愈发显得重要，需要加快修理磁疗的研究与开发，在完善现有修理技术的基础上，不断汲取新技术，向高质量、高效率、低成本化发展。

参考文献

[1]刘丽东，潘锋.失效分析技术领域认可适宜性分析研究[C].2013年全国失效分析学术会议.北京：理化检测-物理分册，2019（49）：487-489.

[2]张栋，钟培道，陶春虎，等.失效分析[M].北京：国防工业出版社，2019.

[3]钟培道，陶春虎.加强航空装备失效分析工作的探讨[J].航空科学技术，2019（3）：13-15.

[4]吕永年，杜振民，李绍杰.55Cr3钢轿车稳定杆疲劳断裂失效分析[J].河北冶金，2019（11）：58-62.

[5]谢广平，武颖娜，杨锐.航空发动机涡轮叶片的失效分析与检测技术[J].民用飞机设计与研究，2019（3）：15-26.