■ 蔡彬 / 中國航發(fā)商發(fā)

由于結(jié)構(gòu)及使用環(huán)境的特殊性，民用航空發(fā)動機投入運行后的持續(xù)適航風(fēng)險評估過程與民用飛機有很大的不同。隨著國產(chǎn)民用航空發(fā)動機的項目立項以及研制取證活動的加速，相關(guān)證后持續(xù)適航工作急需啟動。

航空安全是一種狀態(tài)，即通過持續(xù)的危險識別和風(fēng)險管理過程，將人員傷害或財產(chǎn)損失的風(fēng)險降至并保持在可接受的水平或以下。根據(jù)《中國民用航空規(guī)章》（CCAR）21.5條，在運輸類航空產(chǎn)品運行階段若發(fā)生影響飛行安全的故障，航空運營方和生產(chǎn)廠家必須在規(guī)定時間內(nèi)報告監(jiān)管部門，同時盡快啟動故障原因調(diào)查，確定失效事件的危險等級，評估安全風(fēng)險，制定糾正措施以及制訂控制計劃。隨著國產(chǎn)ARJ支線飛機的投入運行，我國對民用航空飛機及航空發(fā)動機的持續(xù)適航風(fēng)險評估從研究走向?qū)嵺`，逐漸成熟。本文利用持續(xù)適航評估方法（CAAM），基于一型飛機增壓泵導(dǎo)線由于發(fā)動機振動摩擦，而導(dǎo)致導(dǎo)線裸露的實際案例，說明了民用航空發(fā)動機持續(xù)適航評估的全過程，揭示了CAAM中5級危險等級情況的實際運用，可為后續(xù)相應(yīng)鄰域持續(xù)適航風(fēng)險評估，以及建立技術(shù)流程體系等工作提供借鑒，這也是民用航空產(chǎn)品投入運行的前提條件。

民用航空發(fā)動機持續(xù)適航發(fā)展

持續(xù)適航評估方法委員會于1991年由美國航空航天工業(yè)協(xié)會（AIAA）組織成立，該委員會開發(fā)了用于識別、優(yōu)先排列和解決民用航空發(fā)動機持續(xù)適航過程中安全性相關(guān)問題的方法，即持續(xù)適航性評估方法。持續(xù)適航性評估方法從飛機的角度，分析并給出了歷史上由各型發(fā)動機和輔助動力裝置（APU）故障引起的飛機級事故的發(fā)生原因、頻率和危害程度。美國聯(lián)邦航空局（FAA）于1994年將CAAM作為其持續(xù)適航安全管理程序的重要組成部分，并于2003年頒布咨詢通告（AC），提出了航空飛行風(fēng)險水平的可接受標(biāo)準(zhǔn)。

不同于民用航空飛機，民用航空發(fā)動機的持續(xù)適航風(fēng)險評估具有一定的特殊性。但由于國內(nèi)尚未有成熟的投入運行的國產(chǎn)民用航空發(fā)動機，故相應(yīng)的工作尚處于起步狀態(tài)，大多仍停留在國外案例研究階段，未能開展實踐。例如，高艷蕾等基于故障風(fēng)險分析及評估方的故障風(fēng)險分析及評估方法，介紹了國外一型渦扇發(fā)動機第8級壓氣機盤斷裂失效故障的風(fēng)險分析與評估過程；顧海健等基于蒙特卡洛仿真并結(jié)合失效概率模型，介紹了國外一型民用航空飛機APU 轉(zhuǎn)子非包容失效的持續(xù)適航風(fēng)險評估過程。

民用航空發(fā)動機持續(xù)適航評估方法

根據(jù)國際民航組織（ICAO）頒布的《適航手冊》（DOC 9760）的定義，持續(xù)適航過程指航空器在其使用壽命內(nèi)的任何階段都符合其型號合格審定的適航要求，并始終處于安全運行狀態(tài)。持續(xù)適航的目的包括：及時準(zhǔn)確判定不安全狀態(tài)，確定這個不安全狀態(tài)可容忍時間，以及制定有效的改正、改進措施，并發(fā)布必要的強制措施，消除不安全狀態(tài)等。

運用民用航空發(fā)動機持續(xù)適航的評估方法，開展定義失效危險等級、評估風(fēng)險、制定并評估糾正措施等，主要過程包括如下幾個步驟。

一是針對不安全狀態(tài)開展風(fēng)險評估，計算預(yù)期的失效次數(shù)。先采用威布爾（Weibull）分析法等航空發(fā)動機故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法，獲取發(fā)動機相關(guān)部件故障分布函數(shù)，從而建立故障模型；然后采用蒙特卡羅（Monte Carlo）等數(shù)值仿真方法，預(yù)測此故障預(yù)期的特定時間范圍內(nèi)失效事件發(fā)生的次數(shù)。

二是定義故障風(fēng)險的CAAM風(fēng)險等級計算危險系數(shù)。通常情況下，利用該故障導(dǎo)致的失效事件的歷史數(shù)據(jù)，計算出對應(yīng)CAAM風(fēng)險等級的危險系數(shù)，即該故障導(dǎo)致發(fā)生某等級危險事件的頻率或可能性。遇到特殊情況，如缺少歷史數(shù)據(jù)，則可以通過計算條件概率等方法等獲取相應(yīng)危險系數(shù)。基于對飛機和人員（乘客及機組）帶來的后果的嚴(yán)重程度，CAAM定義了5級危險等級，后果最嚴(yán)重為5級，反之為1級，持續(xù)適航風(fēng)險評估工作需重點關(guān)注并消除危險等級在3級及以上的事件，詳見表1。

三是計算風(fēng)險因子。通過預(yù)期的失效次數(shù)和危險系數(shù)，即可計算出風(fēng)險因子，即特定危險等級的失效事件發(fā)生的次數(shù)，由預(yù)期的失效次數(shù)與危險系數(shù)相乘便可得出。

四是對比分析風(fēng)險因子與相應(yīng)的CAAM風(fēng)險準(zhǔn)則表，評估目前故障所涉及的風(fēng)險是否可接受或是否需要立即采取措施，詳見表2。例如，短期（60天內(nèi)）風(fēng)險水平超出CAAM風(fēng)險準(zhǔn)則表內(nèi)對應(yīng)的限制值，則須立即采取措施降低風(fēng)險，從而控制該風(fēng)險的發(fā)生。

表2 CAAM風(fēng)險準(zhǔn)則

以4級事件為例，按表2中CAAM風(fēng)險準(zhǔn)則對飛行風(fēng)險區(qū)域進行劃分，獲得CAAM4級事件飛機飛行風(fēng)險區(qū)域，如圖1所示。其中，當(dāng)4級事件風(fēng)險因子大于0.1，或每次飛行風(fēng)險大于1×10-9時，該事件為高風(fēng)險事件，必須采取強制性措施，降低風(fēng)險至可接受水平。當(dāng)在圖中頂端水平線之上的區(qū)域時（每次航班概率大于4×10-6），可以按5級事件建立近似值。雖然CAAM尚未對5級事件正式確定相應(yīng)限制值，但參考3級及4級事件相應(yīng)關(guān)系，默認(rèn)5級事件限制值比相關(guān)的4級事件限制值小一個數(shù)量級；當(dāng)4級事件風(fēng)險因子小于1，或每次飛行風(fēng)險介于4×10-6和1×10-9之間時，代表了出現(xiàn)了過量風(fēng)險，需要進一步關(guān)注，CAAM建議可以采取制造廠家建議的糾正措施，以達到有效的風(fēng)險管理；當(dāng)4級事件每次飛行風(fēng)險在1×10-9以下，或風(fēng)險因子小于0.1時，風(fēng)險發(fā)生可能性較小。

圖1 CAAM 4級事件飛機飛行風(fēng)險區(qū)域

案例分析

對一架運輸飛機燃油泄漏問題的檢查顯示，泄漏是由于管道與管道內(nèi)的增壓泵導(dǎo)線之間，由于發(fā)動機振動引起的摩擦擦傷了絕緣材料，并產(chǎn)生電弧導(dǎo)致管道燒穿，穿透的管道位于燃料箱內(nèi)，因此可能引起燃料箱著火。針對上述風(fēng)險事件進行具體分析及評估，相關(guān)工作如下。

建立故障分布函數(shù)

在本案例飛機類型上的增壓泵導(dǎo)線常見于所有的型號，整個世界范圍內(nèi)涉及大約3000架飛機。由于可能影響摩擦后果的不同發(fā)動機類型的振動特性尚不清楚，因此必須假定機隊中的所有飛機都可能受到影響。

基于研發(fā)數(shù)據(jù)建立導(dǎo)線的威布爾分布函數(shù)，通過數(shù)據(jù)分析表明磨損的可能性隨著導(dǎo)線的使用年限不斷增加。通過此模型，開展蒙特卡羅故障仿真，計算故障發(fā)生概率，經(jīng)過計算校驗?zāi)Ｐ偷贸鼋Y(jié)論：到目前為止應(yīng)發(fā)生了0.92次管道燒穿，與實際情況相吻合，證明該模型有效。

判定故障風(fēng)險等級

歷史上曾有一架不同型號的飛機發(fā)生了一起無法解釋的災(zāi)難性燃油箱起火，這也是唯一的實際燃油箱著火導(dǎo)致的5級事件。雖然該飛機著火時停在地面，但許多乘客被燒死，飛機遭毀壞，該意外的原因沒有被記錄，但是分析依舊得出結(jié)論認(rèn)為，任何在燃油箱內(nèi)的著火源可能會導(dǎo)致5級事件。

計算故障發(fā)生概率

利用上述模型，結(jié)合機隊實際暴露情況，預(yù)測運行超過30000h的飛機極有可能處在裸露導(dǎo)線事件的風(fēng)險中。盡管目前只有一架飛機被發(fā)現(xiàn)有燒穿的管道，但分析表明，可能還有76架飛機在有未檢測到的暴露導(dǎo)線的情況下運行，并在剩余機隊役齡中會出現(xiàn)更多，須立即采取行動。

由于沒有已知的因裸露導(dǎo)線引發(fā)著火事件的歷史經(jīng)歷，因此由研制單位估計危險率（裸露導(dǎo)線事件已經(jīng)發(fā)生的情況下著火事件的條件概率Pc），即危險系數(shù)。保守地估計，在預(yù)計的76架導(dǎo)線裸露的飛機中的1架即將發(fā)生著火事件。利用上述分析建立的模型，計算出每架飛機在裸露導(dǎo)線事件發(fā)生后預(yù)計的暴露飛行時間，模型預(yù)測的76架飛機裸線后累計飛行小時數(shù)為624217。因此危險系數(shù)Pc的估計值為1/624217，約等于1.6×10-6。

按CAAM要求，需計算短期（60天）內(nèi)的風(fēng)險。預(yù)計此型飛機在一個60天內(nèi)平均有341h的飛行，利用威布爾分布模型估計，在接下來60天內(nèi)會發(fā)生6起額外的裸露導(dǎo)線事件。加上機隊中原本的76個潛在裸露導(dǎo)線事件，因此預(yù)期的失效次數(shù)為76+6=82，乘以已有裸露導(dǎo)線事件條件下的概率Pc，得出在未來60天內(nèi)機隊產(chǎn)生5級事件概率，即風(fēng)險因子為0.045。

評估風(fēng)險是否可接受

該風(fēng)險在未來60天內(nèi)沒有超過短期可接受4級風(fēng)險。但是，因為預(yù)測中的事件后果有很大的傷害，且基于上述分析，可能產(chǎn)生5級風(fēng)險，所以仍舊認(rèn)為應(yīng)立即采取減緩措施。

措施制定與評估

根據(jù)上面產(chǎn)生的信息，并結(jié)合模型計算，建立能滿足風(fēng)險指南的檢查和維修計劃，并通過適航指令（AD）發(fā)布：所有飛行小時大于65000的飛機在20天內(nèi)檢查和維修；飛行小時大于55000、小于65000的飛機在40天內(nèi)檢查；飛行小時大于45000、小于55000的飛機在60天內(nèi)檢查；飛行小時大于38000、小于45000的飛機在90天內(nèi)檢查；飛行小時大于25000、小于38000的飛機在180天內(nèi)檢查；飛行小時小于25000的飛機應(yīng)該在其達到25000飛行小時做檢查。

上述措施都已通過模型校驗，得出在全面檢查的期間機隊有0.09起等級5的事件。因為這是一個保守估計（到目前沒有事件），這樣的風(fēng)險結(jié)論對一個5級事件來說是可接受的。

同時，頒布的AD中用于消除磨損問題的糾正措施包含了用特氟龍護套保護原來的導(dǎo)線捆。因為沒有時間證實糾正措施會長期有效，機隊需要檢查以確保在未來維持安全性目標(biāo)。因此基于實際運行情況，AD得到進一步修正，要求在新的或上一次更換了導(dǎo)線后，對管道和導(dǎo)線在30000飛行小時內(nèi)做檢查。

結(jié)束語

持續(xù)適航的核心在于在事故發(fā)生之前發(fā)現(xiàn)相關(guān)航空產(chǎn)品的安全隱患，并采取有效措施，防止航空事故的發(fā)生。持續(xù)適航過程的主要任務(wù)并不是追求100%的安全，而是達到風(fēng)險可以接受、風(fēng)險較小或風(fēng)險可控的狀態(tài)，即確保飛機每次都在可接受風(fēng)險區(qū)域飛行。CAAM方法可以應(yīng)用于民用航空發(fā)動機相關(guān)的持續(xù)適航風(fēng)險評估，當(dāng)CAAM未給出某事件的歷史發(fā)生記錄時，可采用條件概率等方式計算該事件的危險系數(shù)。雖然CAAM尚未對5級事件正式確定相應(yīng)限制值，即便只滿足4級事件風(fēng)險，但仍需綜合考慮實際風(fēng)險的危害性，立即采取減緩措施。我國的民用航空發(fā)動機制造廠家，在產(chǎn)品投入市場運行前，須盡快基于CAAM建立起企業(yè)內(nèi)部的持續(xù)適航風(fēng)險評估技術(shù)體系，保障民用航空發(fā)動機產(chǎn)品的安全性。