波音737－300方向舵系统改装方案的可靠性研究

air机器 · 发表于 2007-2-6 17:47:33

应用可靠性分析与仿真技术，对波音737－300飞机方向舵系统进行了定性分析，为持续适航与维护大纲的制定提供了一个新思路，对于航空公司既追求经济效益最大化，又追求安全生产最大化有一定的参考作用。
　　
   波音737-300飞机自从1967年投入运营后，迄今已制造了4500架。在美国全国交通安全委员会公布的对该型飞机近年来发生事故的调查报告中称，有些事故可能是由于方向舵突然移动引起的。飞机方向舵可能会有数种不能解释的位置变动，是一个潜在的隐患。美国联邦航空局 (FAA) 要求波音公司着手改变其波音737客机方向舵的设计，以确保安全。
　　
飞机方向舵系统改装介绍
　　　　
   方向舵系统为飞机提供偏航控制，波音737-300飞机的方向舵没有调整片，通过A和B两个液压系统提供动力源并另有一套备用控制系统。通过操作方向舵脚蹬，用钢索把信号传给方向舵的动力控制组件（PCU）来控制方向舵的移动。另外，在中控台上还有一个方向舵的配平控制电门，通过把电信号传递给安装在感觉定中组件上的电作动器来控制方向舵的移动。方向舵也可以被防止荷兰滚的偏航阻尼系统控制，偏航阻尼系统是独立于方向舵控制系统的，不会作动到方向舵脚蹬，而是通过液压B系统控制主PCU来操作方向舵。
　　　　
   改装后的方向舵操控系统有3个独立的作动器、3个独立的伺服活门、3个独立的活门输入连杆、3个独立的液压系统、2个主液压系统和一个备用液压系统。当方向舵控制系统的主PCU出现液压故障时，备用方向舵控制系统自动工作，可以继续为飞机提供偏航控制。
　　
可靠性研究
　　　　
   可靠性研究工作始于第二次世界大战期间，它适用于评估飞机系统及附件的可靠度与稳定度。故障树仿真分析方法是一种非常优秀并实用的可靠性研究方法，它解决了传统故障树分析方法所不能够解决的问题，得到系统可靠性的点估计值，还可以得到各种统计值的分布函数，对深入了解系统有很大的帮助。
　　　　
1. 故障树仿真特点
　　　　
   故障树仿真具有以下特点：
　　　　
   （1）对提高系统的可靠性大有帮助。故障树仿真能够处理各种可靠性问题，并且能比较全面地激发系统可能发生的故障模式，便于找出影响系统可靠性的薄弱环节。在研制阶段就可以较早地发现这类故障模式，做到及早发现，及早纠正。这也是提高可靠性的最有效的途径之一。
　　　　
   （2）节省可靠性投入。对于复杂的系统，用硬件直接进行试验，费用很大。而采用可靠性仿真，可以重复进行多次试验（甚至是上万次）。只要仿真模型和原始数据准确，对系统作一次可靠性仿真试验，就相当于一次实际系统的运行。这样的仿真试验能够在短时间内完成上千次的运行，从而节省了大量的人力、物力和财力，也保证了系统的研制周期。
　　　　
   （3）有效性强。对于寿命分布类型多种多样的系统，用一般的解析方法估计可靠性参数值，常与实际值有较大的差距，引起整个系统可靠性分析的误差。采用故障树仿真可以处理很多复杂的寿命分布类型，大大增强了处理复杂系统和较多寿命分布类型系统的能力。
　　　　
   （4）通用性好。可靠性仿真过程中建立的数据库、可靠性仿真类型、计算机系统（包括硬件和软件）通过局部修改、调整，可以应用到不同型号的可靠性研究中。
　　　　
   2. 故障树仿真步骤
　　　　
   故障树仿真一般要经历以下各个步骤：
　　　　
   （1）建立系统的可靠性数据库。广泛收集可靠性数据，对数据进行加工、处理，得出各分系统、元器件和零部件的寿命分布类型和各种可靠性参数，从而建立系统的可靠性数据库。
　　　　
   （2）构造故障树，即建立整个系统的以故障树形式表示的可靠性模型。
　　
　　（3）建立可靠性仿真模型。根据故障树的结构和形式、计算机类型以及试验要求将系统的可靠性模型转变为适合于计算机处理的形式，即可靠性仿真模型，并根据有关参数进行仿真模型的验证，确定模型的有效性。
　　
　　（4）利用仿真软件将可靠性仿真模型输入计算机，并设置一定的可靠性仿真参数、初始条件、输出格式等。
　　
　　（5）故障树仿真试验。依据仿真目的，在可靠性仿真模型上进行大量的仿真试验。并且适时地改变系统的初始条件和有关参数，甚至结构模型，以使仿真结果准确并且全面。
　　　
   （6）故障树仿真结果分析与评定。对于复杂的随机过程，一般采用蒙特卡罗法（Monte Carlo）等统计方法，通过选择不同的随机初始条件和随机数产生函数，对可靠性仿真系统进行大量的统计计算，并得出系统变量的统计特性。
　　　　
   3. 故障树仿真分析
　　　　
   首先，对波音737-300飞机方向舵系统部件按功能划分为若干个标准单元的集合，应用故障树分析软件，通过对波音737-300飞机方向舵系统完整而详细的故障树仿真分析，得到了如下的分析结果（最小割集、可靠度仿真曲线和故障密度分布函数图略）。
　　　　
   （1）系统发生故障的高峰期是在2500飞行小时以后，此时故障发生的频率较高，所以应该把关键部件拆下修理，防止发生较大事故。
　　　
   （2）系统在改装前的平均寿命是3355.0185小时，可靠度下降的时间发生在1530小时。改装后的平均寿命是3386.3222小时，可靠度下降的时间发生在1640小时。
　　　　
   （3）从求得的最小割集和对底事件重要度进行仿真的结果来看，波音737-300飞机方向舵系统的关键件和重要件主要集中在以下基本部件上。
　　　　① 方向舵系统的输出部件：如方向舵脚蹬的支撑结构、方向舵配平电门、偏航阻尼组件。而且从最小割集列表中得到；偏航阻尼组件是方向舵系统中非常关键的部件，需要在日常维护中注意它的状态，并适当缩短其维修间隔。
　　　　② 方向舵系统的动力源部分：A液压系统、B液压系统和115伏电源。
　　　　③ 方向舵系统的执行部分：操作钢索、扭力管、后扇型盘和主PCU输入杆等。
　　　　④ 方向舵系统的机械液压部件：主PCU液压关断活门和备用PCU液压关断活门。
　　　　对于其他的反馈部件、执行部件及未提及的部件，一般都具有双通道和并联措施，或者由于可靠性非常高，对整个系统的可靠性影响微乎其微，因此，不作为关键部件考虑。
　　