航发维修第四章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Chapter 4 Maintainability Design and Analysis,Lectured by Professor,Chen,Zhiying,School of Jet Propulsion,BEIHANG University,Chapter 4 Maintainability Design and Analysis,4.1 Design Regulars,4.2 Analysis Technology and Balance,4.3 Improvement Action,4.4 Human Factors Engineering,4.5 Engine Indicating,Crew Alerting System,Chapter 4 Maintainability Design and Analysis,4.1 Design Regulars,对维修性的要求，必须在发动机设计时得到保证。因此，在发动机研制期间必须确定发动机的维修性定性要求和定量要求，以此制定维修性设计准则。,4.1 Design Regulars,发动机维修性设计,（,1,）单元体设计,（,2,）可达性设计,（,3,）标准化设计,（,4,）防差错设计,（,5,）可修复性设计,4.1 Design Regulars,（,1,）单元体设计,热端可达；,发动机分离运输；,垂直水平分解；,模块化设计；,压气机涡轮单独平衡。,4.1 Design Regulars,（,1,）单元体设计,模块化设计,CFM563,发动机分为,4,个称为主单元体的大单元体,即,:,风扇、核心机、低压涡轮、附件传动主单元体，每个主单元体又分为若干个称为维修单元体的小单元体，便如风扇主单元体可分为：风扇与增压级、,1,、,2,号轴承座、中央传动机匣与,3,号轴承、风扇机匣等,4,个维修单元体,4.1 Design Regulars,（,1,）单元体设计,CFM56,发动机,4.1 Design Regulars,（,1,）单元体设计,压气机涡轮单独平衡,CF680C2,由五个大单元体组成，采用单元体结构设计便于维修。在外场能检查、修理和单个地按重量矩更换风扇叶片和导流叶片，换装风扇叶片后，用本机平衡术即可对风扇转子进行平衡调整。高压压气机机匣沿水平对半分开，打开后能更换转子、静子叶片。,4.1 Design Regulars,V2500,4.1 Design Regulars,V2500,结构特点：,4.1 Design Regulars,GE90,是目前直径最大的发动机，其风扇叶尖直径为,3,、,142m,，为方便运输，采用下述措施。在一般情况下，首先将风扇部件当作飞机的一部分留在飞机上，只将称之为“备用发动机”的部分从飞机上卸下返厂。备用发动机是指除风扇机匣、风扇出口导流叶片、前进气锥、风扇叶片及其紧锁装置、主喷管与后锥以外的部分。当从飞机上拆卸备用发动机时，首先卸下风扇叶片，然后拆掉风扇出口导流叶片内环与风扇内承办框架处前后安装边上的各,59,个与备用发动机相连接的螺栓后，备用发动机即可从飞机上向后卸下。在需要运输整台发动机时，仍按该方法将风扇静子和风扇叶片与备用发动机分开，分别装箱或包装运输。,4.1 Design Regulars,GE90,图,4.1 Design Regulars,GE90,图,4.1 Design Regulars,二：良好的可达性,1,：满足维修中人素工程的要求；,2,：维修安全性设计。,4.1 Design Regulars,二：良好的可达性人素工程的要求；,在计算机中存储并显示的发动机剖面图中放入二维人体模型，可以判断维修时能达到的距离与视线,人体对空间的要求,F414,发动机在飞机上更换火焰稳定器时,发动机结构为第,5,百分位女性维修人员到第,95,百分位男性维修人员提供了足够的到达途径和工作空间,.,4.1 Design Regulars,良好的可达性人机工程的要求；,4.1 Design Regulars,二：良好的可达性,2,：维修安全性设计。,4.1 Design Regulars,三：防错设计,1,：错位装不上；,2,：设立标志牌。,4.1 Design Regulars,四：标准化设计,1,：及时换发能力；,2,：,LRU,（航线可换组件）；,3,：良好的互换性。,4.1 Design Regulars,五：可修复性设计,1,：可测试性；,2,：方便诊测与监测性；,3,：视情维修能力；,4,：可战地抢修性；,5,：零件可修性。,Chapter 4 Maintainability Design and Analysis,4.2 Analysis Technology and Balance,综合权衡,综合权衡是指为了使系统的某些参数优化，而对各个待选方案进行分析比较，确定其最佳组合的过程。它涉及到性能、可靠性、维修性、费用、进度和风险等多种因素。,4.2 Analysis Technology and Balance,稳态可用度为：,例：某个单部件的可修系统，原设计平均故障间隔时间为,5000h,，,平均修复时间为,16.7h,，,求其稳态可用度,?,若要使该系统的可用度,Ai=0.999,，,应如何改进设计,?,4.2 Analysis Technology and Balance,方案一,：,Mct,不变，仅从降低故障率来改进设计，使,T,BF,=16650h,，,显然不可能达到。,方案二,：,T,BF,不变，从减少,M,CT,=5h,，,显然也难以实现。,方案三,：采取综合措施。,提高故障间隔时间,T,BF,=8000h,，将,修复时间减少至,M,CT,=8h,。,这样既容易实现，又能满足改进设计要求。,4.2 Analysis Technology and Balance,预防性维修与修复性维修的权衡,可以有两种方式对易损坏零件进行拆换：一是等到该件发生了故障再换它，即采取修复性维修的方式，它为非计划性停机而付出代价；,故障维修要付出更换零件的代价,p,和停机的代价,P,。,单位时间内的平均代价为：,C,=(p+P)/m,式中,m,为平均能工作的时间。,4.2 Analysis Technology and Balance,定期维修：,C(T)/C,1.0 p/P=1,p/P=0.5,p/P=0.2,1.0,=T/m,4.2 Analysis Technology and Balance,预防性维修与修复性维修的权衡,预防性维修,：,当该易损件达到一定的工龄时，就定期通过加以更换，它涉及费用等工作安排问题。,适合于,磨损型,的零件，较为经济。,修复性维修,：,等到该件发生了故障再换它，它为非计划性停机而付出代价；,适合于,疲劳损伤型,的零件，这类零件一般较贵，所以一般采用故障维修更换。,Chapter 4 Maintainability Design and Analysis,4.3 Improvement Action,现以现代干线客机用发动机为例，阐述提高发动机维修性所采用的各种设计措施，也可为军用发动机所采用。,4.3 Improvement Action,提高维修性设计的措施,良好的可达性,结构单元体化,航线可换组件清单,具有快速换发能力,较好的视情维修能力,提高零件的可修性,有较好的可运输性,4.3 Improvement Action,提高维修性设计的措施,4.3 Improvement Action,有较好的可运输性,案例：,现役军用航空发动机运输性分析与比较,各国现役战斗机发动机外形尺寸和重量,国家,型号,装备飞机,重量（,kg,）,直径（,mm,）,长度（,mm,）,中国,WP-7B,F-7II/F-8,1,090,906,4,600,中国,WP-13AII,F-8II,1,306,907,5,150,中国,WP-14II,F-7/F-8II,1,115,882,4,169,4.3 Improvement Action,有较好的可运输性,分析：,通过比较,现今各种运输方式的重量和尺寸限制，可以发现运输直升机的载重量和货舱尺寸皆为最小。因此以运输直升机载重量和货舱尺寸为基准衡量航空发动机运输性。,4.3 Improvement Action,大部分现役战斗机发动机的重量不超过,2,000 kg,，最大的为,2,100 kg,，而且重量趋于减少。无机型超出现役运输直升机的载重量，符合物品重量设计准则第,4,条。,大部分现役战斗机发动机的长度在,3.5 m,至,5.2 m,之间，未超出现役运输直升机货舱的长度限制，符合物品尺寸设计准则第,6,条。除了装备,MiG-25,的,31,型发动机，该型发动机只能采用战术运输机、卡车等其他方式运输，运输性较差。,各国现役战斗机发动机的最大直径皆小于该国现役运输直升机的货舱高度，符合物品尺寸设计准则第,6,条。,4.3 Improvement Action,各国现役运输直升机运载能力,4.3 Improvement Action,运输方式是指运送货物的途径，主要有公路运输、铁路运输、航空运输和水路运输。运输方式受到运输路线和交通条件的限制。,不同的运输方式的容量、速度、可用性，应根据任务要求和具体地理、气候、交通条件，在保证任务要求的情况下，运用价值工程的方法进行分析，使得运输费用最低。,公路运输、铁路运输、航空运输和水路运输各有以下一些优缺点：,4.3 Improvement Action,铁路运输,优点：运量大，行驶速度快，费用低，运行一般不受气候条件限制。,缺点：受线路限制，需要有短途运输工具与之配合。,公路运输,优点：通用，灵活，装卸工作量小，运行速度快。,缺点：运量受限制，运行受到一定气候条件限制（如雾、暴雨、积雪等）。,4.3 Improvement Action,航空运输,优点：运行速度最快,缺点：费用最高，运行受气候条件限制大，需要有短途运输工具与之配合,水路运输,优点：运量大，费用较低,缺点：运行速度慢，受航道和码头的限制，不易接近内地的运输目的地，需要有短途运输工具与之配合。,运输工具,是指具体装运货物的各种工具，即卡车、运输直升机、运输机、火车、货轮等等。运输工具的选择主要受装备包装尺寸限制和装备的重量限制。,Chapter 4 Maintainability Design and Analysis,4.4 Human Factors Engineering,人机工程学是研究人、机械及其工作环境之间相互作用的学科。该学科在美国称为“,Human Engineering,”,（,人类工程学）或“,Human Factors Engineering,”,（,人素工程学，简称,HFE,），,西欧国家称为“,Ergonomics,”,（,人类工效学）。它是把人的特性和人的能力综合到某个系统的规划、设计、使用和维修中的一项工程技术，可解决人机之间相互协调的问题，提高系统的使用效能和维修性。,4.4 Human Factors Engineering,人机工程对发动机维修性设计的影响,人口统计学在人机工程中的应用,计算机辅助人机工程分析技术,动态模拟模型和实验研究,4.4 Human Factors Engineering,4.4 Human Factors Engineering,轰：机长,16.77,米，翼展,21.45,米，机高,6.20,米；,SU30MKK:,机长,2,.,3,米，翼展,.,米，机高,.,3,米,：机长,22.325,米，翼展,12.705,米，停机高度,6.575,米,4.4 Human Factors Engineering,水平面工作,区域示意图,4.4 Human Factors Engineering,坐姿活动空间,4.4 Human Factors Engineering,将水平面工作区域和垂直面工作区域结合，上肢在三维空间运动所包含的范围为立体工作区域或空间工作区域,舒适的工作区域一般介于肩与肘之间的空间范围内，此时手臂活动路线最短,4.4 Human Factors Engineering,作业场所布置的总体原则,重要性原则,最优先考虑的是对于实现系统作业的目的或达到其他性能最为重要的元件。,使用频率原则,显示与控制器应按使用的频率优先排列。,功能原则,按功能性相关关系对显示器、控制器以至机器进行适当的编组排列,使用顺序原则,按顺序使用显示器与控制器,4.4 Human Factors Engineering,告警用仪表,4.4 Human Factors Engineering,4.4 Human Factors Engineering,4.4 Human Factors Engineering,噪声对工作的影响：,影响工作者的注意力,工作者消耗更多精力，加速疲劳,对于单调的工作，可能产生有益的影响,需要高度集中的工作,50dB(A),稳态噪声级为上限,4.4 Human Factors Engineering,噪声对听觉的影响：,暂时性听力下降,听力疲劳,持久性听力损失,暴震性耳聋,4.4 Human Factors Engineering,改善照明,现场事故下降,32%,4.4 Human Factors Engineering,安全、高效、舒适,-,浅谈驾驶舱人机界面设计的基本原则,驾驶舱人机界面对飞行 的影响不仅是指其对飞行员体力、心理和意识活动的影响，而且将直接影响飞行员的工作效率和飞行安全。人机界面设计的复杂性在于，使用界面的是人，界面合适与否要通过人的使用来证明。,安全是人机界面设计的第一原则,4.4 Human Factors Engineering,高效是现代战争对军机的基本要求,从人机界面设计的角度讲，高效的要求应体现在以下几个方面。,显示系统应显示飞行员最关心的信息,传统飞机的驾驶舱显示系统提供的信息是非常有限的，飞行员的工作负荷普遍较高。现代航空电子系统和综合火控系统大大增加了驾驶舱显示系统的信息量，使得飞行员的工作负荷明显降低。多功能显示系统，声、光、文字信息一体化的综合告警系统等等。,4.4 Human Factors Engineering,舒适度是一个不可忽视的因素,现代科技以人为本，在现代军机的设计中也越来越多地考虑人的因素。人机界面的舒适与否不仅仅是感觉的问题，它也影响到人的心理和生理状况，直接关系到飞行员能力的发挥，甚至关系的飞行的安全，我们决不可小视。飞行员对舒适度的感知有理性的一面，更有感性的一面，这个问题非常复杂又不可回避。,Chapter 4 Maintainability Design and Analysis,4.5 Engine Indicating,Crew Alerting System,Chapter 4 Maintainability Design and Analysis,Thank for your attention,