國產(chǎn)民機結(jié)構(gòu)工程管理思考

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摘要：通過對適航規(guī)章和維修手冊及其背景文件的梳理，發(fā)掘了“老齡飛機”概念的內(nèi)涵，結(jié)合現(xiàn)有主流民航客機的老齡飛機工程管理經(jīng)驗，總結(jié)了國產(chǎn)民機的結(jié)構(gòu)工程管理思路。

關(guān)鍵詞：損傷容限；廣布疲勞損傷；老齡飛機；營運人實施計劃；補充結(jié)構(gòu)檢查文件；修理評估指導(dǎo)文件

1飛機檢查與記錄審查的由來和“老齡飛機”的內(nèi)涵

Aloha空難調(diào)查報告顯示，失事的波音737-200飛機累計飛行小時為35496FH，累計的飛行循環(huán)為89680FC；失事時的服役年限不到19年（1969年5月10日交付AlohaAirlines）。調(diào)查認為失事的可能原因是：失事飛機維修方案所要求的重復(fù)檢查間隔過度高于該型號飛機補充結(jié)構(gòu)檢查手冊（SSID）文件要求的重復(fù)檢查間隔，導(dǎo)致沒有及時檢查出已經(jīng)存在于機身蒙皮搭接處的嚴(yán)重脫粘、腐蝕和疲勞損傷。調(diào)查過程中也發(fā)現(xiàn)了維修記錄不完整和維修記錄缺失的現(xiàn)象。Aloha空難之后，美國參議院和眾議院于1991年批準(zhǔn)了關(guān)于老齡飛機的法令《TheAgingAircraftSafetyActof1991》，要求FAA盡快啟動關(guān)于老齡飛機持續(xù)適航的規(guī)章制定工作，制定的規(guī)章要包含對飛機的現(xiàn)場檢查和對其維修記錄的審查兩方面內(nèi)容。隨后，F(xiàn)AA于2002年和2005年分別了《老齡飛機臨時規(guī)定》（2003年12月8日生效）和《老齡飛機最終規(guī)定》（2005年3月4日生效），并據(jù)此更改了FAR121部、FAR129部和FAR135部中相應(yīng)的內(nèi)容。至此，針對“老齡飛機”的飛機檢查與記錄審查要求正式出臺。隨后，F(xiàn)AA又分別于2008年初和2011年初了針對老齡飛機結(jié)構(gòu)工程管理的FAR26部E分部和FAR26部C分部兩節(jié)法規(guī)，并將其作為FAR25部的補充法規(guī)，在這兩節(jié)法規(guī)中，“老齡飛機”指設(shè)計規(guī)范和審定基礎(chǔ)存在問題或缺陷的飛機，該定義與FAR121部、FAR129部和FAR135部中的定義有所不同。因此，“老齡飛機”是一個有雙重內(nèi)涵的概念：在FAR26部中，“老齡飛機”是指設(shè)計規(guī)范和審定基礎(chǔ)存在問題或缺陷的老舊型號的飛機，屬于“先天”缺陷，需要飛機的設(shè)計制造單位從源頭去重新排查之前未予考量的問題及缺陷，并及時向航空營運人有效的補救措施。而在FAR121部、FAR129部和FAR135部中，“老齡飛機”則指服役超過14年的飛機，隨著服役年限的增長，飛機存在的結(jié)構(gòu)“老化”現(xiàn)象逐漸明顯，航空營運人需要依法依規(guī)做好持續(xù)適航維修方案所要求的檢查維修工作，確保全壽命周期內(nèi)改裝/修理方

2“老舊型號”類飛機老齡問題的解決

FAR修正案25-45之前的FAR25.571主要從增加安全系數(shù)的角度來考量疲勞問題的解決方案。FAR修正案25-45的FAR25.571則提出了損傷容限評估，并要求型號合格證（TC）持有人建立可納入持續(xù)適航文件中的檢查手段，但這時的損傷容限仍然以“破損安全”為其內(nèi)核，需要進一步完善。經(jīng)過20年的發(fā)展，1998年FAR修正案25-96的FAR25.571引入了初始缺陷假設(shè)和廣布疲勞（WFD）損傷的概念，標(biāo)志著成熟水平的損傷容限思想被納入了規(guī)章，也標(biāo)志著損傷容限已經(jīng)突破了之前的技術(shù)瓶頸，通過裂紋檢測工具也可以可靠地檢測出結(jié)構(gòu)件存在的微小裂紋。因此，在結(jié)構(gòu)工程管理方面，一般把依據(jù)FAR修正案25-45之前的FAR25.571作為審定基礎(chǔ)的飛機劃入“老舊型號飛機”的范疇。對這類老舊型號的民用飛機，需要通過設(shè)計優(yōu)化、改裝、補充檢查手段或幾種手段的糅合來確保安全。如果將結(jié)構(gòu)工程管理所管控的缺陷內(nèi)容劃分為三類，即設(shè)計制造階段已給予考量的缺陷、設(shè)計制造階段未曾給予考量但又確實存在的缺陷、維護和使用過程中修理方案存在的缺陷，那么補充結(jié)構(gòu)檢查（SSIP）能夠確保及時發(fā)現(xiàn)第二類和第三類缺陷，解決設(shè)計制造階段的先天缺陷以及修理方案的“先天”缺陷，從而使得所有的考量因素和方案回歸到成熟態(tài)的損傷容限所定義的安全水平，彌補設(shè)計規(guī)范和審定基礎(chǔ)存在的問題或缺陷。Aloha空難調(diào)查結(jié)論的“維修方案所要求的重復(fù)檢查間隔過度高于該型號飛機SSID文件要求的重復(fù)檢查間隔”即是如此指出：航空營運人存在違規(guī)現(xiàn)象，從而未能及時發(fā)現(xiàn)第二類缺陷。航空營運人需要擬定計劃，將補充結(jié)構(gòu)檢查（SSIP）納入其維修方案，以便及時發(fā)現(xiàn)影響結(jié)構(gòu)完整性的問題，從而確保“老舊型號飛機”在全壽命周期內(nèi)的安全運行。航空營運人擬定的計劃稱作營運人實施計劃（OIP），F(xiàn)AAAC120-93給出了OIP的制定思路，但要將來自不同數(shù)據(jù)源的損傷容限數(shù)據(jù)落實到相應(yīng)機型的維修方案中，需要具體問題具體分析。這類“老舊型號”范疇的老齡飛機結(jié)構(gòu)工程管理的數(shù)據(jù)源涉及SSID、RAG/REG、SRM、SB/MOD、RAS、concession/NCR、LOV、CPCP等方面的內(nèi)容。在具體操作上，可以將SSID、SB/MOD、CPCP和LOV等損傷容限數(shù)據(jù)對應(yīng)的工作劃入非客戶化范疇，而將RAG/REG、SRM、RAS和concession/NCR對應(yīng)的工作劃入客戶化的范疇。

3“老化”類飛機老齡問題的解決

在排查了飛機“先天”缺陷所帶來的安全隱患的前提下，隨著服役年限的增加，航空器仍然存在“老化”問題。不僅是結(jié)構(gòu)方面，系統(tǒng)方面也存在類似的“老化”現(xiàn)象。目前的主流民航客機的結(jié)構(gòu)工程管理一般從兩個方面來解決結(jié)構(gòu)“老化”問題：一方面由航空器的設(shè)計制造機構(gòu)給定飛機的結(jié)構(gòu)全壽命，確保在全壽命服役期限內(nèi)不至于發(fā)生廣布疲勞損傷（WFD），該結(jié)構(gòu)全壽命目前是以有效范圍（LOV）的形式給出的；另一方面，航空營運人必須嚴(yán)格按照持續(xù)適航文件的要求對飛機進行維護并保持完整的維修記錄，從而確保飛機正常的“老化”處于可控且可接受的安全水平之上。結(jié)合Aloha空難的調(diào)查結(jié)論“失事飛機維修方案所要求的重復(fù)檢查間隔過度高于該型號飛機SSID文件要求的重復(fù)檢查間隔”和“發(fā)現(xiàn)了維修記錄不完整和維修記錄缺失的現(xiàn)象”，不難看出，F(xiàn)AA針對“老齡飛機”的飛機檢查與記錄審查要求所要解決的問題在于：航空營運人未嚴(yán)格按照持續(xù)適航文件要求進行工程管理從而無法及時發(fā)現(xiàn)真實存在的結(jié)構(gòu)缺陷。因此，飛機檢查與記錄審查劍指違規(guī)操作。“老齡飛機”的飛機檢查與記錄審查是局方針對服役14年以上的飛機開展的維修記錄完整性和執(zhí)行維修方案到位性的復(fù)核性工作，雖然“老齡飛機”的飛機檢查與記錄審查屬于專項補充審定的范疇，但檢查的目的是確保航空營運人嚴(yán)格按照持續(xù)適航文件要求和規(guī)章要求進行結(jié)構(gòu)工程管理，從而及時可控地發(fā)現(xiàn)缺陷，確保結(jié)構(gòu)“老化”問題在LOV壽命周期內(nèi)不至于危及航空器的結(jié)構(gòu)完整性。

4如何將損傷容限數(shù)據(jù)納入維修方案

對目前比較成熟的主流民航客機而言，將損傷容限數(shù)據(jù)納入維修方案的工作可以定性為一次性的專項工作。下面以A320機型為例，對結(jié)構(gòu)工程管理過程中需要納入維修方案的數(shù)據(jù)內(nèi)容予以廓清。空客A320機型沒有單列的SSID文件、CPCP文件和對SB/MOD的梳理文件，而是將其匯入ALS文件和MRBR后進行全壽命管理，并且也根據(jù)規(guī)章的要求設(shè)定了LOV。因此，航空營運人將ALS的要求和MRBR納入維修方案即可實現(xiàn)對初始構(gòu)型飛機（全新無修理的飛機）損傷容限數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)工程管理。根據(jù)空客的聲明，其在1992年1月1日后用RAS批準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)修理方案和對改裝結(jié)構(gòu)的修理方案均滿足損傷容限要求，因此，國內(nèi)航空營運人無需再對RAS批準(zhǔn)的修理方案做專項評估（除非該營運人在后來引進了1992年之前的A320系列老舊飛機）。航空營運人還需要以空客A320REG文件為切入點，對所有的結(jié)構(gòu)修理和飛機交付營運人后所執(zhí)行的SB改裝進行梳理，根據(jù)FAR規(guī)章、SRM手冊以及REG手冊整理出兩個時間節(jié)點：2008年1月11日和2010年2月1日。2008年1月11日既是FAR26部E分部的生效日期，也是空客依據(jù)其工作進度劃定的時間節(jié)點，即在2008年1月11日之后新增并加入SRM手冊的結(jié)構(gòu)修理方案和對改裝結(jié)構(gòu)的修理方案均滿足損傷容限要求（但不包括2008年1月11日之前已經(jīng)存在于SRM手冊中的舊方案）。2010年2月1日是空客A320系列飛機第88版SRM手冊的日期，也是空客對2008年1月11日之前已存在于SRM手冊的結(jié)構(gòu)修理方案設(shè)定的時間節(jié)點。自2010年2月1日起，空客陸續(xù)將2008年1月11日之前已存在于SRM手冊的結(jié)構(gòu)修理方案的損傷容限評估結(jié)論納入SRM手冊。綜上，空客A320系列飛機需要梳理的不滿足損傷容限要求的結(jié)構(gòu)修理和SB改裝范圍如下：1）2008年1月11日之前的結(jié)構(gòu)修理或2008年1月11日之后依據(jù)2008年1月11日之前版本SRM進行的結(jié)構(gòu)修理；2）按照2008年1月11日至2010年2月1日之間版本的SRM手冊進行的修理；3）飛機交付營運人后所執(zhí)行的改裝類SB；4）飛機交付時制造超差類（concession）的修理。以上范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)修理和SB改裝必須依據(jù)REG按期完成評估及現(xiàn)場調(diào)查（repairsurvey）工作。

5國產(chǎn)民機結(jié)構(gòu)工程管理的思路

“老齡飛機”問題包括了“老舊型號”問題和“老化”問題，“老舊型號”問題屬于“先天”缺陷，“老化”問題則屬于“后天”缺陷。結(jié)構(gòu)工程管理要面對這兩個問題，系統(tǒng)工程管理也要面對這兩個問題。就民機而言，結(jié)構(gòu)“老化”問題是規(guī)律所致，無法根除，不可規(guī)避，必須管控，國產(chǎn)民機的結(jié)構(gòu)“老化”問題亦如是。那么國產(chǎn)民機是不是已經(jīng)脫離了“老舊型號”的范疇從而消除了“先天”缺陷？判斷國產(chǎn)民機是否屬于“老舊型號”范疇需要從機型的審定基礎(chǔ)入手，結(jié)合其設(shè)計制造階段所對應(yīng)的基礎(chǔ)工業(yè)水平和制造工藝水平才能給出相對貼切的結(jié)論。理論上，沒有“先天”缺陷的絕對完美機型在現(xiàn)實中是不存在的。就目前的損傷容限理念和全壽命理念而言，消除了“先天”缺陷的機型是指其在設(shè)計之初以及整個制造過程中即已貫徹了成熟水平（1998年FAR修正案25-96的FAR25.571或同等水平）損傷容限理論的飛機。以國產(chǎn)民機ARJ21飛機為例，其于2014年獲得了型號合格證書，結(jié)構(gòu)件的審定基礎(chǔ)包括了CCAR-25R3和2011年版本的CCAR-26。CCAR-25R3的CCAR25.571與FAR修正案25-96的FAR25.571具有等效的安全水平，審定基礎(chǔ)屬于成熟水平的損傷容限設(shè)計理念。另外，CCAR-26也在ARJ21型號飛機首架機交付（2015年）之前已經(jīng)施行，理論上不存在帶缺陷的修理方案。因此，從審定基礎(chǔ)的角度看，ARJ21這一型號已經(jīng)脫離了“老舊型號”機型的范疇。對比波音737-300型號，由于其審定基礎(chǔ)并沒有貫徹FAR修正案25-96的FAR25.571，因此該型號屬于“老舊型號”機型的范疇。那么，從基礎(chǔ)工業(yè)水平和制造工藝水平的角度看，ARJ21這一型號是否已經(jīng)脫離“老舊型號”機型的范疇？仍然以波音737-300型號為例，雖然其是基于損傷容限理論設(shè)計的飛機（FAR修正案25-45），但后來的實際運營經(jīng)驗卻顯示，該型飛機在檢修過程中確實發(fā)現(xiàn)了很多缺陷，這些缺陷之所以在其發(fā)現(xiàn)之前沒有釀成災(zāi)難性事故，實屬偶然：因為當(dāng)時的飛機制造人員的觀念里“浸潤了”根深蒂固的“破損安全”理念。而國內(nèi)顯然沒有這種“好的偏差”發(fā)生的條件，既沒有可供復(fù)制的民機設(shè)計經(jīng)驗，也沒有在這一領(lǐng)域堪與國際比肩的制造經(jīng)驗。結(jié)合國際上現(xiàn)成的實例：自1978年損傷容限理論被納入FAR（修正案25-45）至其成熟并被納入FAR修正案25-96，足足歷時20年之久。可見，理論從其被提出到被轉(zhuǎn)化并落實為工業(yè)成果是有時間差的，而且這種時間差可能超過20年。再回頭看看國產(chǎn)民機ARJ21的現(xiàn)狀：CCAR-25R3于2001年實施，ARJ21自2002年立項至2014獲得型號合格證（TC），歷時13年之久，這么短時間的工程積累和經(jīng)驗積累顯然不足以確保ARJ21飛機脫離“老舊型號”機型的范疇。因此，目前還不能說ARJ21飛機已經(jīng)脫離了“老舊型號”的范疇。設(shè)計制造單位還應(yīng)該結(jié)合營運經(jīng)驗從源頭去重新排查設(shè)計之初以及生產(chǎn)制造過程中未予考量的問題及缺陷，航空營運人也應(yīng)該在依法依規(guī)做好持續(xù)適航維修方案所要求的檢查維修工作的同時，及時向設(shè)計制造單位補充營運經(jīng)驗和營運數(shù)據(jù)。

6結(jié)束語

就機務(wù)系統(tǒng)而言，CCAR-121R5新增內(nèi)容涉及工程外委的放開、機載設(shè)備要求、術(shù)語定義的規(guī)范化和航空器持續(xù)適航與安全改進。其中，航空器持續(xù)適航與安全改進的要求就是對應(yīng)行業(yè)的“老齡飛機”工程管理要求。“老齡飛機”工程管理涉及結(jié)構(gòu)工程管理和系統(tǒng)工程管理，且其內(nèi)涵一直隨著技術(shù)的進步和經(jīng)驗的積累處于不斷豐富完善的過程中。本文通過對適航規(guī)章和維修手冊及其背景文件的梳理，發(fā)掘了“老齡飛機”概念的內(nèi)涵，結(jié)合現(xiàn)有主流民航客機的老齡飛機工程管理經(jīng)驗，總結(jié)了國產(chǎn)民機的結(jié)構(gòu)工程管理思路。MSG-3、FAAAC25.571和FAAAC120-93曾從不同的角度定義損傷容限。總體而言，損傷容限只是一種特征、一種思路、一種設(shè)計準(zhǔn)則，與靜強度準(zhǔn)則、破損安全準(zhǔn)則、安全壽命準(zhǔn)則、經(jīng)濟壽命準(zhǔn)則等設(shè)計準(zhǔn)則相互補充，共同構(gòu)成了飛機設(shè)計的準(zhǔn)則體系。因此，不應(yīng)該拘泥于定義，而應(yīng)該從系統(tǒng)的角度去理解損傷容限。況且，損傷容限的內(nèi)涵也還處于不斷豐富完善的過程中。因此，航空營運人不能單純從原理上依據(jù)型號合格證（TC）的審定基礎(chǔ)來規(guī)避國產(chǎn)民機的“老齡”問題，而應(yīng)該正視問題、積極總結(jié)經(jīng)驗，在梳理并排查國產(chǎn)民機“先天”缺陷的過程中，在局方飛機檢查與記錄審查政策的引導(dǎo)下，嚴(yán)格按照持續(xù)適航文件的要求進行維護，在全壽命周期內(nèi)確保國產(chǎn)民機的結(jié)構(gòu)完整性。

作者：吳全旺 單位：成都航空有限公司