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民用航空器发动机可靠性分析和应用

于旭亮

摘 要：随着我国航空事业的发展，人们越来越关注飞机的安全性问题，飞机发动机安全是衡量飞机质量的关键指标，是决定飞行安全和飞行效能的重要影响因素，飞机发动机的系统可靠性是由各个部件的可靠性共同决定的。当前，由于飞机组成部件的复杂性和运行环境的复杂，这些都对飞机发动机的安全性提出更高的要求，在提高飞机发动机可靠性的同时，还需要提高运行效率和质量。本文通过通过总结可靠性分析方法，并对东航CFM56型发动机运行过程中产生的系统和附件故障数据进行分析，对维修方式进行合理确定探讨，另外利用MINITAB软件对发动机的附件进行可靠性分析，给出备件数，从而降低维修成本，希望能给相关工作人员提供帮助。
关键词：民用航空器；发动机；可靠性分析；
21世纪国民经济发展的同时，民用航空事业也取得了进步，我国的三大航空公司在国内的发展规模不断扩大，航线总数也在扩张，在运输总量快速增长的同时，我国民用航空局制定了一系列的管理规章致力于提升我国的航空安全水平。现行的监督管理制度使我国的航空安全管理趋于标准化，科学化，而且使得事故大大降低，但由于我国民用航空发展比较滞后，与西方发达的航空国家相比仍存在一定的差距。国家十五期间，通过加强安全管理力度使得民用航空严重事故发生率有明显降低，但是我国的航空安全水平为0.29，世界发达国家航空安全水平为0.15，相比起来仍高出了一倍左右。因此，民用航空器的安全是比较重要的重，加强发动机的可靠性分析对于保障飞机飞行安全起着重要的作用。
一、民用航空发动机可靠性分析
可靠性顾名思义是产品在基于一定的环境下，在一定时间范围内能够完成一定功能的能力大小，而这种产品可以是零部件，也可以是完整的运行系统，一定条件是指长时间的运行环境和使用条件时间是广义的时间及产品的运行时间和使用次数，有了可靠性的定义才能准确判断产品在某种条件下多长时间内可以做到无故障运行，多大程度发挥实际作用，因此产品的可靠性是具有概率和随机性质的。产品可靠性的特点：一， 可靠性与行业技术相关，要想提高产品的可靠性需要将专业和管理技术进行有机融合；二，可靠性是与故障成对立统一的关系，如果产品的故障少，则可靠度高，提高可靠性的方法是减少和排除故障，而排除故障是一种高要求的专业技术工作；三，可靠性水平与使用的条件相关，除此之外，可靠性还与人机工程因素有关。常见的几种可靠性特征量以及相互之间的关系：可靠度是产品在一定条件和时间内使用完成规定的功能的概率，其次失效概率是一定条件的时间内失效的概率，也称为不可靠度，失效率是某一时刻未发生故障的产品，而在这一时刻之后仍然故障的概率，概率密度也称为失效密度，是累积失效概率的导函数，平均无故障工作时间是不可重新修复的基本可靠性参数，通常表示不可重复修复的产品在故障前的平均工作时间，平均故障间隔时间是表示可修复产品的基本可靠性参数，通常是可修复产品在相邻两次故障间的平均工作时间。以上六种可靠性特征量中可靠度，累积失效概率，概率密度，失效率，这四个函数，只要获得到其中一个，其余的变量函数均可求出。
二、东航航空器发动机可靠性分析
民航发动机本身的可靠性水平受到多种因素的影响，比如环境和使用条件，因此产生故障也会存在差异，建立有效的故障，监管和维修体系是十分重要的。有效的可靠性管理提供了监控主要故障，认识维修的缺陷，并通过有效控制来纠正缺陷，是一种闭环控制。具体的流程包括收集数据，调查分析确定，数据真实性后实施纠正措施，重新回到第一个步骤循环监控措施实施的有效性，这种方法是东航飞机目前采用的维修可靠性的管理方案。具体来看在收集发动机故障信息的过程中，这一环节是可靠性管理的前提，尽量收集大量的故障信息数据是做好预防可靠性维修的重要前提，如果故障数据不能有效进行整理和收集，也就无法展开发动机的可靠性分析工作，进而无法及时检测故障点，使得发动机在运行过程中存在安全隐患，最终导致安全事故的发生。可靠性分析和调查时可靠性管理的核心部分，利用可靠性分析技术对收集来的信息进行分析并得出结论，通过分析来指导可靠性管理工作，这一环节能够及时反映发动机运行现状，直接影响民用航空发动机的可靠性分析管理最终决策和效果。因此在选择可靠性分析方法时要综合多种因素，以获得可靠的分析结果，定期需要将发动机的性能和规定的警告指示比较判断，是否存在系统和附件警告，以便采取有效的纠正措施。
三、民用航空机发动机附件可靠性分析
我们对东航公司发动机进行可靠性分析过程中，收集了CFM56型发动机不同附件的实际维护故障数据，首先，对发动机的附件故障数据进行整理和收集，利用MINITAB软件进行可靠性分析，该软件具有三种功能：基本统计，质量分析，基本假设检验。首先收集飞机附件的故障数据，是利用东航飞机维修管理系统中维修人员录入的故障信息，如下图所示。
录的数可以从发动机每日的技术运行情况下载，技术状况是由维护人员按照有关规定录入的，监控工程师成整理归纳之后完成数据上传，这个数据包括故障代码，故障发生的时间序号，部件号，维修单位，修理报告，是否故障，维修工换的零部件数据等。其次，对发动机滑油系统主控制器进行可行性分析，将同种型号的发动机滑油系统主控制器的数据故障进行收集整理，具体的维护数据如下所示。
利用MINITAB软件对数据进行故障分析，使用最小二乘法对所有失效分布模型进行拟合，。并采用不同方法对故障数据进行拟合优化选择，利用软件中的生存概要图功能生成分布图，通过分布图与直观的形式在特定图形中用不同的数据方式查看系统寿命，利用p值进行假设检验，选择0.95作为置信区间，利用该软件计算p值，可得到三参数对数正态分布图，最后进行实际模型分布检验。
四、可靠性分析的基本应用
一般飞机在运行过程中需要储备大量的附件，航材和发动机部件，然而航材价格较高，航材的储备会占用公司绝大部分的流动资金，提高航空公司的成本，但如果航材准备过少，又会出现缺件的问题，严重的情况下需要从国外购买进行故障排除，这些都会影響排除故障的顺利进行，给航班运行造成严重的经济损失。因此可以通过对发动机的附件进行可靠性分析，为航空公司提供科学合理的建议，给航材储备提供较好的经济效益，利用民用航空发动机的两个重要附件即滑油系统主控制器和燃油泵的可靠性，并且通过MINITAB软件进行可靠性的分析，对可靠性预计进行假设检验，可靠性分析中累计失效模型的确定能够预测出该附件的一定时间内的失效输出，从而为发动机附件的储备量提供重要的参考依据。
小结
本文通过对民用航空器发动机的重要附件进行可靠性分析，并且提出要想实现为民用航空器发动机的可靠性提供参考，需要进行大量的现场数据采集处理工作，针对所有的发动机部件和使用环境进行下一步研究，这种工作量是比较大的。发展民用航空器发动机可靠性分析，对于我国民用航空事业的发展有着至关重要的影响，借助我国民航发展快车与飞机有关的产业与飞机有关的产业也会快速发展起来。
参考文献：
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