向有志

（中國航發(fā)湖南動(dòng)力機(jī)械研究所，湖南株洲 412002）

航線可更換單元（Line Replaceable Unit，簡稱LRU）作為一種實(shí)時(shí)便捷更換單元，可以在民用飛機(jī)運(yùn)營過程中實(shí)現(xiàn)故障快速檢測/定位/隔離/維修等措施。合理的LRU不僅可以有效提高民用飛機(jī)的維修效率，避免飛機(jī)停場（Aircraft on Ground），簡稱AOG）現(xiàn)象，而且可為修理級(jí)別分析(Level of Repair Analysis,簡稱LORA)和維修資源保障提供有效的輸入，降低維護(hù)成本并提高可靠性[1-5]。同樣，先進(jìn)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)普遍通過采用LRU布局設(shè)計(jì)的方式來提高發(fā)動(dòng)機(jī)維修性，將維修頻率高的單元或附件設(shè)置在便于維修的部位，以此來降低發(fā)動(dòng)機(jī)維修難度、縮短發(fā)動(dòng)機(jī)維修時(shí)間，最終達(dá)到降低發(fā)動(dòng)機(jī)維修成本的目的[6]。

本文通過分析渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)LRU布局設(shè)計(jì)一般原則，完成了某自主研制的民用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的LRU布局設(shè)計(jì)。

1.渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)LRU布局設(shè)計(jì)原則

在渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)LRU布局設(shè)計(jì)中，尚未有通用的設(shè)計(jì)原則，在民用飛機(jī)領(lǐng)域，根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]，LRU設(shè)計(jì)考慮的主要因素包括：

（1）經(jīng)濟(jì)性。在民用飛機(jī)LRU劃分過程中，若研究對(duì)象更換超出經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)限制，則部附件不適宜作為LRU；如果LRU劃分不合理，將導(dǎo)致航材購置及庫存成本升高。

（2）可靠性?？煽啃灾笜?biāo)是影響LRU劃分的一個(gè)關(guān)鍵因素，對(duì)于故障發(fā)生較為頻繁，即平均故障間隔時(shí)間較小的部附件，在給定的可靠性指標(biāo)范圍內(nèi)影響簽派可靠性的部附件應(yīng)當(dāng)考慮設(shè)計(jì)成LRU。

（3）測試性。根據(jù)有關(guān)民用航空統(tǒng)計(jì)表明，至少10%的延誤是由于測試性造成的，LRU劃分時(shí)應(yīng)以功能互相連接數(shù)最少和故障隔離到正確單元為原則。

（4）維修性。維修性設(shè)計(jì)是與LRU劃分密切相關(guān)的一個(gè)主要影響指標(biāo)，通常用航線平均修復(fù)時(shí)間進(jìn)行衡量，它不僅是維修性的一個(gè)基本度量，還是維修性設(shè)計(jì)參數(shù)的要求值。

（5）重量。LRU劃分必須考慮到重量的影響，對(duì)于飛機(jī)而言每一個(gè)部附件都會(huì)分配具體的重量指標(biāo)，重量直接決定了部附件在發(fā)生故障時(shí)是否可以實(shí)現(xiàn)快速航線維修，是否方便運(yùn)輸?shù)取?/p>

（6）維修工程分析。維修工程分析通常以保障性進(jìn)行衡量，保障性通過修理級(jí)別分析對(duì)LRU劃分過程中的維修資源、維修能力進(jìn)行匹配度研究，如果航線沒有足夠相應(yīng)航材、沒有相應(yīng)設(shè)備及能力完成故障修復(fù)，則不能設(shè)定為LRU。

因此，在渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)LRU布局設(shè)計(jì)中，考慮的主要因素也可參考，此外應(yīng)將確定的LRU設(shè)置在可達(dá)部位。

在設(shè)計(jì)之初，要分析以上因素，并根據(jù)外場發(fā)動(dòng)機(jī)使用情況或其它同類型發(fā)動(dòng)機(jī)LRU選擇情況來確定LRU清單，一般是將在外場更換/維修頻率高的單元作為LRU，主要涉及各系統(tǒng)的一些外部成附件，如泵、油濾、傳感器、活門組件、點(diǎn)火裝置等。在確定了LRU以后，需要在滿足可達(dá)性的要求下完成LRU的布局，而在可達(dá)性考慮中，應(yīng)主要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣方式及動(dòng)力艙的布局。

1.1 進(jìn)氣方式對(duì)LRU布局影響

一般來說，發(fā)動(dòng)機(jī)有徑向進(jìn)氣及軸向進(jìn)氣兩種進(jìn)氣方式，對(duì)于軸向進(jìn)氣的發(fā)動(dòng)機(jī)，附件傳動(dòng)普遍采用上傳動(dòng)的布局方式，因此，LRU普遍布局在發(fā)動(dòng)機(jī)上方，如某軍用發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)；對(duì)于徑向進(jìn)氣的發(fā)動(dòng)機(jī)，附件傳動(dòng)一般設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)前部，因此LRU一般布局在發(fā)動(dòng)機(jī)前部的上半部分。

1.2 動(dòng)力艙形式對(duì)LRU布局影響

直升機(jī)動(dòng)力艙的形式也直接影響LRU的可達(dá)性，如某民用發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力艙平臺(tái)、前防火墻、中防火墻和后防火墻為固定墻，側(cè)面防火墻和艙蓋為一體，可向后部滑動(dòng)，打開動(dòng)力艙；同時(shí)，以前防火墻為界，前整流罩可向前部滑動(dòng)，對(duì)于這種動(dòng)力艙設(shè)計(jì)，其前部維修空間受進(jìn)氣道影響較大，因此，為提升可達(dá)性，需將前部的進(jìn)氣道進(jìn)行分段可拆卸的設(shè)計(jì)。而某軍用發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力艙平臺(tái)、前防火墻、中防火墻和后防火墻為固定墻，側(cè)面防火墻和艙蓋為一體，可向側(cè)面打開并作為維修人員站立的平臺(tái)，對(duì)于該類型動(dòng)力艙布局，LRU設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)上部即可。

此外，在LRU布局設(shè)計(jì)中，為進(jìn)一步提升其可達(dá)性，普遍采用附件傳動(dòng)單元體設(shè)計(jì)，并考慮將燃油濾、滑油濾等殼體集成在附件機(jī)匣上，即設(shè)計(jì)油濾組件，外場更換時(shí)僅更換濾芯即可。

在完成LRU布局設(shè)計(jì)后，一般需通過物理模型的模擬檢查或裝機(jī)實(shí)際維護(hù)性檢查，如圖1所示。在檢查時(shí)，主要考慮動(dòng)力艙形式、發(fā)動(dòng)機(jī)安裝位置、操作空間等方面進(jìn)行分析，分析后提出LRU布局設(shè)計(jì)相關(guān)完善要求，與直升機(jī)方協(xié)調(diào)進(jìn)一步完善LRU布局，提升發(fā)動(dòng)機(jī)維修性。

圖1 虛擬維修檢查示意圖

2.某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)LRU布局設(shè)計(jì)

某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)是我國自主研制的先進(jìn)民用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，其維修性及經(jīng)濟(jì)性要求較高，因此在設(shè)計(jì)之初便將LRU設(shè)計(jì)理念貫徹至發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中。

2.1 LRU范圍的確定

該渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的研制是按適航要求完成的，因此在LRU清單確定過程中，主要參考了某發(fā)動(dòng)機(jī)在外場的使用情況，將外場維護(hù)檢查率較高的附件作為了LRU，主要包括：

（1）燃油與控制系統(tǒng)附件：燃油調(diào)節(jié)器、組合泵、燃油總管、散熱器、交流發(fā)電機(jī)、燃油濾、壓力傳感器、溫度/壓力組合傳感器、Np傳感器、Ng傳感器等；

（2）滑油系統(tǒng)附件：滑油泵、滑油濾、壓力傳感器、溫度/壓力組合式傳感器、滑油冷卻裝置等；

（3）電氣系統(tǒng)附件：點(diǎn)火電嘴、點(diǎn)火裝置、起動(dòng)發(fā)電機(jī)（直升機(jī)附件）等。

2.2 LRU布局

由于該型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)采用軸向進(jìn)氣，為單轉(zhuǎn)子燃?xì)獍l(fā)生器、功率前輸出的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，考慮到與某型軍用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的繼承性，參考某軍用發(fā)動(dòng)機(jī)的布局形式，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣方式及動(dòng)力艙形式最終完成了LRU布局。

（1）進(jìn)氣方式分析。該型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣方式為軸向進(jìn)氣，因此將附件傳動(dòng)布局在進(jìn)氣機(jī)匣上方，且采用上傳動(dòng)的方式。

（2）動(dòng)力艙形式分析。由于該型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)擬裝機(jī)對(duì)象為現(xiàn)有直升機(jī)，其動(dòng)力艙形式與某軍用發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力艙形式類似，動(dòng)力艙平臺(tái)、前防火墻、中防火墻和后防火墻為固定墻，側(cè)面防火墻和艙蓋為一體，可向側(cè)面打開并作為維修人員站立的平臺(tái)?；诖藙?dòng)力艙，將前期確定的LRU均布局在發(fā)動(dòng)機(jī)上方。

此外，在附件傳動(dòng)單元體設(shè)計(jì)中，為方便內(nèi)部油路設(shè)計(jì)，采用了油濾組件的設(shè)計(jì)，將燃、滑油濾芯和燃滑油散熱器等燃、滑油附件的油濾組件一體化設(shè)計(jì)，這樣可有效減少外部管路。最終完成了LRU布局設(shè)計(jì)。

在完成LRU布局初步設(shè)計(jì)后，采用模擬裝機(jī)的方式對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)性進(jìn)行了初步分析，在分析時(shí)，考慮發(fā)動(dòng)機(jī)艙、發(fā)動(dòng)機(jī)安裝位置、操作空間等因素影響，分析結(jié)果表明，該型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)裝機(jī)后左、右發(fā)LRU維修均可達(dá)性較好。

3.結(jié)論

（1）本文根據(jù)民用飛機(jī)LRU設(shè)計(jì)考慮因素，分析了渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)LRU布局設(shè)計(jì)的可達(dá)性一般準(zhǔn)則，據(jù)此，以某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)為例，在LRU布局設(shè)計(jì)中，基于某型軍用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)外場使用情況，確定了LRU清單，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣方式及動(dòng)力艙的形式，最終完成了LRU的布局設(shè)計(jì)。

（2）基于LRU布局設(shè)計(jì)的結(jié)果，完成了物理模型的裝機(jī)檢查，檢查結(jié)果表明滿足維護(hù)性要求。

（3）本文所提LRU選取因素及布局設(shè)計(jì)一般準(zhǔn)則，對(duì)開展航空渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)LRU設(shè)計(jì)具有重要意義，可為發(fā)動(dòng)機(jī)維修性設(shè)計(jì)提供參考。