龐義梅 郭晴宜 佀慶民 付 帥 張 黎

（鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院民航學(xué)院，河南 鄭州450046）

1 概述

通用飛機(jī)已經(jīng)成為航空產(chǎn)業(yè)中一支新的生力軍，并且具有廣闊的市場和應(yīng)用前景。相比通用航空業(yè)的快速發(fā)展，我國在通用航空器質(zhì)量診斷與健康監(jiān)測技術(shù)、質(zhì)量安全與可靠性技術(shù)等方面的關(guān)鍵技術(shù)和管理方法尚不完善，亟待加強(qiáng)。尤其是隨著中國通用航空業(yè)的迅猛發(fā)展，近年來事故頻發(fā)，且事故起數(shù)和死亡人數(shù)均呈上升趨勢，安全形勢嚴(yán)峻[1-2]。

通用航空市場不斷擴(kuò)大的同時(shí)，多型號(hào)固定翼輕型運(yùn)動(dòng)飛機(jī)面世，但輕型飛機(jī)的快速發(fā)展和事故頻發(fā)，彰顯當(dāng)前輕型飛機(jī)在安全性方面還有很多不足，很多問題還需要探索和研究，給其初始適航階段的可靠性設(shè)計(jì)和持續(xù)適航階段的動(dòng)態(tài)健康管理提出了新的更高要求[3]。在輕型運(yùn)動(dòng)飛機(jī)的本質(zhì)安全設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、可靠性分配優(yōu)化、安全性可靠性水平動(dòng)態(tài)評(píng)估、健康監(jiān)測、動(dòng)態(tài)健康管理等方面有極大需求，亟待開展深入研究。

2 輕型運(yùn)動(dòng)飛機(jī)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)分析

本文主要從結(jié)構(gòu)系統(tǒng)建立輕型運(yùn)動(dòng)飛機(jī)安全性驗(yàn)證評(píng)估技術(shù)體系，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成見表1。

表1 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成

3 飛機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)安全關(guān)鍵度的研究

當(dāng)一產(chǎn)品單元在某時(shí)刻開始工作到t 時(shí)刻時(shí)事故發(fā)生的概率為：

式中事故發(fā)生率函數(shù)λ（t）決定了F（t）的分布形式。

當(dāng)事故發(fā)生率為常數(shù)，λ（t）=λ 時(shí)，事故發(fā)生概率服從指數(shù)分布：

為了更好的分析輕型運(yùn)動(dòng)飛機(jī)的結(jié)構(gòu)安全性，本文采用常用的FMEA 定量分析與FMECA 定性分析相結(jié)合的方法。

危害度的計(jì)算公式為：

產(chǎn)品危害度可由下式計(jì)算：

n 為該產(chǎn)品的故障模式總數(shù)，j=I，II，III，IV

∑Cmi（j）——產(chǎn)品在第j 類嚴(yán)酷度類別下的所有故障模式的危害度之和

計(jì)算公式為：

基本故障率λp計(jì)算公式為：

式中：∑t 為故障部件累計(jì)故障時(shí)間；N 為故障部件在累計(jì)工作時(shí)間內(nèi)的故障次數(shù)

關(guān)鍵度（S）計(jì)算模型為[4]：

式中：Cr（j）為產(chǎn)品的危害度，f（t）為產(chǎn)品的故障概率。由于產(chǎn)品本身的特點(diǎn)，其故障分布也會(huì)有所差異。當(dāng)產(chǎn)品故障分布服從指數(shù)分布時(shí)：

當(dāng)產(chǎn)品故障服從威布爾分布時(shí)：

4 實(shí)際應(yīng)用（以某電動(dòng)輕型運(yùn)動(dòng)飛機(jī)為例）

該輕型運(yùn)動(dòng)飛機(jī)最大巡航速度可達(dá)150 公里每小時(shí)，最高升空距離3000 米，最大起飛重量為480 公斤，可滿足兩個(gè)人乘坐，飛機(jī)起飛距離290 米，著陸距離為560 米。它是國內(nèi)第一個(gè)正式申請(qǐng)型號(hào)合格審定的電動(dòng)輕型運(yùn)動(dòng)飛機(jī)，也是中國民用航空局（ CAAC）正式受理審定的第一個(gè)電動(dòng)輕型運(yùn)動(dòng)飛機(jī)型號(hào)。

經(jīng)分析可得結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的主要部件，如表2。

根據(jù)表2 分析得出的關(guān)鍵部件，其服從的分布函數(shù)和相關(guān)參數(shù)見表3。

表2 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要部件危害性分析表

表3 關(guān)鍵部件相關(guān)參數(shù)表

根據(jù)公式（9）和公式（10）可以算出前起上支柱、滾針軸承和前起扭臂的關(guān)鍵度分別為3.53×10-11，2.138×10-8，7.81×10-10。其中，滾針軸承在危害度為Ⅰ的情況下關(guān)鍵度為2.611×10-9，在危害度為Ⅱ的情況下關(guān)鍵度為1.877×10-8，所以其關(guān)鍵度為兩者之和。由上述分析和滾針軸承關(guān)鍵度最高，說明其安全性越低，因此在飛機(jī)的制造過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)滾針軸承的制造并使用較高強(qiáng)度的制造材料，提高其抗磨損能力。

5 結(jié)論

基于對(duì)輕型運(yùn)動(dòng)飛機(jī)事故的分析，建立安全關(guān)鍵度的研究，對(duì)輕型運(yùn)動(dòng)飛機(jī)事故的預(yù)防有重大的理論指導(dǎo)作用和實(shí)踐意義。輕型運(yùn)動(dòng)飛機(jī)的快速發(fā)展和事故頻發(fā)，章顯其在安全性方面還有很多不足，并且很多問題還需要探索和研究。本論文分別建立故障時(shí)間概率分布函數(shù)、危害度和關(guān)鍵度三個(gè)計(jì)算模型，得出影響整個(gè)飛機(jī)安全性的主要部件。通過對(duì)某輕型運(yùn)動(dòng)飛機(jī)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)分析，得出滾針軸承的關(guān)鍵度最高，所以未來我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)考慮加強(qiáng)該部件的強(qiáng)度，降低其關(guān)鍵度，提高安全性。