国产民机结构工程管理思考

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摘要：通过对适航规章和维修手册及其背景文件的梳理，发掘了“老龄飞机”概念的内涵，结合现有主流民航客机的老龄飞机工程管理经验，总结了国产民机的结构工程管理思路。

关键词：损伤容限；广布疲劳损伤；老龄飞机；营运人实施计划；补充结构检查文件；修理评估指导文件

1飞机检查与记录审查的由来和“老龄飞机”的内涵

Aloha空难调查报告显示，失事的波音737-200飞机累计飞行小时为35496FH，累计的飞行循环为89680FC；失事时的服役年限不到19年（1969年5月10日交付AlohaAirlines）。调查认为失事的可能原因是：失事飞机维修方案所要求的重复检查间隔过度高于该型号飞机补充结构检查手册（SSID）文件要求的重复检查间隔，导致没有及时检查出已经存在于机身蒙皮搭接处的严重脱粘、腐蚀和疲劳损伤。调查过程中也发现了维修记录不完整和维修记录缺失的现象。Aloha空难之后，美国参议院和众议院于1991年批准了关于老龄飞机的法令《TheAgingAircraftSafetyActof1991》，要求FAA尽快启动关于老龄飞机持续适航的规章制定工作，制定的规章要包含对飞机的现场检查和对其维修记录的审查两方面内容。随后，FAA于2002年和2005年分别了《老龄飞机临时规定》（2003年12月8日生效）和《老龄飞机最终规定》（2005年3月4日生效），并据此更改了FAR121部、FAR129部和FAR135部中相应的内容。至此，针对“老龄飞机”的飞机检查与记录审查要求正式出台。随后，FAA又分别于2008年初和2011年初了针对老龄飞机结构工程管理的FAR26部E分部和FAR26部C分部两节法规，并将其作为FAR25部的补充法规，在这两节法规中，“老龄飞机”指设计规范和审定基础存在问题或缺陷的飞机，该定义与FAR121部、FAR129部和FAR135部中的定义有所不同。因此，“老龄飞机”是一个有双重内涵的概念：在FAR26部中，“老龄飞机”是指设计规范和审定基础存在问题或缺陷的老旧型号的飞机，属于“先天”缺陷，需要飞机的设计制造单位从源头去重新排查之前未予考量的问题及缺陷，并及时向航空营运人有效的补救措施。而在FAR121部、FAR129部和FAR135部中，“老龄飞机”则指服役超过14年的飞机，随着服役年限的增长，飞机存在的结构“老化”现象逐渐明显，航空营运人需要依法依规做好持续适航维修方案所要求的检查维修工作，确保全寿命周期内改装/修理方

2“老旧型号”类飞机老龄问题的解决

FAR修正案25-45之前的FAR25.571主要从增加安全系数的角度来考量疲劳问题的解决方案。FAR修正案25-45的FAR25.571则提出了损伤容限评估，并要求型号合格证（TC）持有人建立可纳入持续适航文件中的检查手段，但这时的损伤容限仍然以“破损安全”为其内核，需要进一步完善。经过20年的发展，1998年FAR修正案25-96的FAR25.571引入了初始缺陷假设和广布疲劳（WFD）损伤的概念，标志着成熟水平的损伤容限思想被纳入了规章，也标志着损伤容限已经突破了之前的技术瓶颈，通过裂纹检测工具也可以可靠地检测出结构件存在的微小裂纹。因此，在结构工程管理方面，一般把依据FAR修正案25-45之前的FAR25.571作为审定基础的飞机划入“老旧型号飞机”的范畴。对这类老旧型号的民用飞机，需要通过设计优化、改装、补充检查手段或几种手段的糅合来确保安全。如果将结构工程管理所管控的缺陷内容划分为三类，即设计制造阶段已给予考量的缺陷、设计制造阶段未曾给予考量但又确实存在的缺陷、维护和使用过程中修理方案存在的缺陷，那么补充结构检查（SSIP）能够确保及时发现第二类和第三类缺陷，解决设计制造阶段的先天缺陷以及修理方案的“先天”缺陷，从而使得所有的考量因素和方案回归到成熟态的损伤容限所定义的安全水平，弥补设计规范和审定基础存在的问题或缺陷。Aloha空难调查结论的“维修方案所要求的重复检查间隔过度高于该型号飞机SSID文件要求的重复检查间隔”即是如此指出：航空营运人存在违规现象，从而未能及时发现第二类缺陷。航空营运人需要拟定计划，将补充结构检查（SSIP）纳入其维修方案，以便及时发现影响结构完整性的问题，从而确保“老旧型号飞机”在全寿命周期内的安全运行。航空营运人拟定的计划称作营运人实施计划（OIP），FAAAC120-93给出了OIP的制定思路，但要将来自不同数据源的损伤容限数据落实到相应机型的维修方案中，需要具体问题具体分析。这类“老旧型号”范畴的老龄飞机结构工程管理的数据源涉及SSID、RAG/REG、SRM、SB/MOD、RAS、concession/NCR、LOV、CPCP等方面的内容。在具体操作上，可以将SSID、SB/MOD、CPCP和LOV等损伤容限数据对应的工作划入非客户化范畴，而将RAG/REG、SRM、RAS和concession/NCR对应的工作划入客户化的范畴。

3“老化”类飞机老龄问题的解决

在排查了飞机“先天”缺陷所带来的安全隐患的前提下，随着服役年限的增加，航空器仍然存在“老化”问题。不仅是结构方面，系统方面也存在类似的“老化”现象。目前的主流民航客机的结构工程管理一般从两个方面来解决结构“老化”问题：一方面由航空器的设计制造机构给定飞机的结构全寿命，确保在全寿命服役期限内不至于发生广布疲劳损伤（WFD），该结构全寿命目前是以有效范围（LOV）的形式给出的；另一方面，航空营运人必须严格按照持续适航文件的要求对飞机进行维护并保持完整的维修记录，从而确保飞机正常的“老化”处于可控且可接受的安全水平之上。结合Aloha空难的调查结论“失事飞机维修方案所要求的重复检查间隔过度高于该型号飞机SSID文件要求的重复检查间隔”和“发现了维修记录不完整和维修记录缺失的现象”，不难看出，FAA针对“老龄飞机”的飞机检查与记录审查要求所要解决的问题在于：航空营运人未严格按照持续适航文件要求进行工程管理从而无法及时发现真实存在的结构缺陷。因此，飞机检查与记录审查剑指违规操作。“老龄飞机”的飞机检查与记录审查是局方针对服役14年以上的飞机开展的维修记录完整性和执行维修方案到位性的复核性工作，虽然“老龄飞机”的飞机检查与记录审查属于专项补充审定的范畴，但检查的目的是确保航空营运人严格按照持续适航文件要求和规章要求进行结构工程管理，从而及时可控地发现缺陷，确保结构“老化”问题在LOV寿命周期内不至于危及航空器的结构完整性。

4如何将损伤容限数据纳入维修方案

对目前比较成熟的主流民航客机而言，将损伤容限数据纳入维修方案的工作可以定性为一次性的专项工作。下面以A320机型为例，对结构工程管理过程中需要纳入维修方案的数据内容予以廓清。空客A320机型没有单列的SSID文件、CPCP文件和对SB/MOD的梳理文件，而是将其汇入ALS文件和MRBR后进行全寿命管理，并且也根据规章的要求设定了LOV。因此，航空营运人将ALS的要求和MRBR纳入维修方案即可实现对初始构型飞机（全新无修理的飞机）损伤容限数据的结构工程管理。根据空客的声明，其在1992年1月1日后用RAS批准的结构修理方案和对改装结构的修理方案均满足损伤容限要求，因此，国内航空营运人无需再对RAS批准的修理方案做专项评估（除非该营运人在后来引进了1992年之前的A320系列老旧飞机）。航空营运人还需要以空客A320REG文件为切入点，对所有的结构修理和飞机交付营运人后所执行的SB改装进行梳理，根据FAR规章、SRM手册以及REG手册整理出两个时间节点：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，也是空客依据其工作进度划定的时间节点，即在2008年1月11日之后新增并加入SRM手册的结构修理方案和对改装结构的修理方案均满足损伤容限要求（但不包括2008年1月11日之前已经存在于SRM手册中的旧方案）。2010年2月1日是空客A320系列飞机第88版SRM手册的日期，也是空客对2008年1月11日之前已存在于SRM手册的结构修理方案设定的时间节点。自2010年2月1日起，空客陆续将2008年1月11日之前已存在于SRM手册的结构修理方案的损伤容限评估结论纳入SRM手册。综上，空客A320系列飞机需要梳理的不满足损伤容限要求的结构修理和SB改装范围如下：1）2008年1月11日之前的结构修理或2008年1月11日之后依据2008年1月11日之前版本SRM进行的结构修理；2）按照2008年1月11日至2010年2月1日之间版本的SRM手册进行的修理；3）飞机交付营运人后所执行的改装类SB；4）飞机交付时制造超差类（concession）的修理。以上范围内的结构修理和SB改装必须依据REG按期完成评估及现场调查（repairsurvey）工作。

5国产民机结构工程管理的思路

“老龄飞机”问题包括了“老旧型号”问题和“老化”问题，“老旧型号”问题属于“先天”缺陷，“老化”问题则属于“后天”缺陷。结构工程管理要面对这两个问题，系统工程管理也要面对这两个问题。就民机而言，结构“老化”问题是规律所致，无法根除，不可规避，必须管控，国产民机的结构“老化”问题亦如是。那么国产民机是不是已经脱离了“老旧型号”的范畴从而消除了“先天”缺陷？判断国产民机是否属于“老旧型号”范畴需要从机型的审定基础入手，结合其设计制造阶段所对应的基础工业水平和制造工艺水平才能给出相对贴切的结论。理论上，没有“先天”缺陷的绝对完美机型在现实中是不存在的。就目前的损伤容限理念和全寿命理念而言，消除了“先天”缺陷的机型是指其在设计之初以及整个制造过程中即已贯彻了成熟水平（1998年FAR修正案25-96的FAR25.571或同等水平）损伤容限理论的飞机。以国产民机ARJ21飞机为例，其于2014年获得了型号合格证书，结构件的审定基础包括了CCAR-25R3和2011年版本的CCAR-26。CCAR-25R3的CCAR25.571与FAR修正案25-96的FAR25.571具有等效的安全水平，审定基础属于成熟水平的损伤容限设计理念。另外，CCAR-26也在ARJ21型号飞机首架机交付（2015年）之前已经施行，理论上不存在带缺陷的修理方案。因此，从审定基础的角度看，ARJ21这一型号已经脱离了“老旧型号”机型的范畴。对比波音737-300型号，由于其审定基础并没有贯彻FAR修正案25-96的FAR25.571，因此该型号属于“老旧型号”机型的范畴。那么，从基础工业水平和制造工艺水平的角度看，ARJ21这一型号是否已经脱离“老旧型号”机型的范畴？仍然以波音737-300型号为例，虽然其是基于损伤容限理论设计的飞机（FAR修正案25-45），但后来的实际运营经验却显示，该型飞机在检修过程中确实发现了很多缺陷，这些缺陷之所以在其发现之前没有酿成灾难性事故，实属偶然：因为当时的飞机制造人员的观念里“浸润了”根深蒂固的“破损安全”理念。而国内显然没有这种“好的偏差”发生的条件，既没有可供复制的民机设计经验，也没有在这一领域堪与国际比肩的制造经验。结合国际上现成的实例：自1978年损伤容限理论被纳入FAR（修正案25-45）至其成熟并被纳入FAR修正案25-96，足足历时20年之久。可见，理论从其被提出到被转化并落实为工业成果是有时间差的，而且这种时间差可能超过20年。再回头看看国产民机ARJ21的现状：CCAR-25R3于2001年实施，ARJ21自2002年立项至2014获得型号合格证（TC），历时13年之久，这么短时间的工程积累和经验积累显然不足以确保ARJ21飞机脱离“老旧型号”机型的范畴。因此，目前还不能说ARJ21飞机已经脱离了“老旧型号”的范畴。设计制造单位还应该结合营运经验从源头去重新排查设计之初以及生产制造过程中未予考量的问题及缺陷，航空营运人也应该在依法依规做好持续适航维修方案所要求的检查维修工作的同时，及时向设计制造单位补充营运经验和营运数据。

6结束语

就机务系统而言，CCAR-121R5新增内容涉及工程外委的放开、机载设备要求、术语定义的规范化和航空器持续适航与安全改进。其中，航空器持续适航与安全改进的要求就是对应行业的“老龄飞机”工程管理要求。“老龄飞机”工程管理涉及结构工程管理和系统工程管理，且其内涵一直随着技术的进步和经验的积累处于不断丰富完善的过程中。本文通过对适航规章和维修手册及其背景文件的梳理，发掘了“老龄飞机”概念的内涵，结合现有主流民航客机的老龄飞机工程管理经验，总结了国产民机的结构工程管理思路。MSG-3、FAAAC25.571和FAAAC120-93曾从不同的角度定义损伤容限。总体而言，损伤容限只是一种特征、一种思路、一种设计准则，与静强度准则、破损安全准则、安全寿命准则、经济寿命准则等设计准则相互补充，共同构成了飞机设计的准则体系。因此，不应该拘泥于定义，而应该从系统的角度去理解损伤容限。况且，损伤容限的内涵也还处于不断丰富完善的过程中。因此，航空营运人不能单纯从原理上依据型号合格证（TC）的审定基础来规避国产民机的“老龄”问题，而应该正视问题、积极总结经验，在梳理并排查国产民机“先天”缺陷的过程中，在局方飞机检查与记录审查政策的引导下，严格按照持续适航文件的要求进行维护，在全寿命周期内确保国产民机的结构完整性。

作者：吴全旺 单位：成都航空有限公司