CN108717502A - 基于适航指令多维度分析的航空器设计优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于适航指令多维度分析的航空器设计优化方法，属于民航适航指令数据分析技术领域。所述优化方法首先对确定或已知机型的适航指令进行收集；将收集的适航指令进行分类，分类依据：生效日期、ATA章节、信息来源、故障模式四个分类维度逐条进行分类；对每一个分类维度的适航指令进行统计分析；使用统计分析结果，对相同或相似机型的航空器设计进行优化。本发明从民航相关行业需求出发，紧密结合适航指令特点，将统计分析结果用于航空器设计优化中，可解决适航指令数据分析中，没有分类维度，无法进行归类统计，并且无法应用于航空器设计中的问题。
Description
技术领域
本发明涉及民航适航指令数据分析技术领域，具体涉及一种基于适航指令多维度分析的航空器设计优化方法。
背景技术
运行安全是民用航空关注的首要问题。在确保运行安全的诸多环节中，保持航空器的适航性是最为重要基础的一环。航空器的适航性是指在预期的使用环境中和在经申明并被核准的使用限制之内运行时，航空器(包括其部件和子系统、性能和操纵特点)的安全性和物理完整性。当某一型号航空器投入运行后，当航空器的设计国发现其设计或制造存在不安全状态时，可以通过该航空器设计国的民航主管当局颁发适用于该航空器型号的适航指令，对不安全状态进行纠正；航空器的登记国在收到该航空器设计国颁发的适航指令时，进行评估，当评估适用时，需颁发对应适航指令。依据中国民航管理程序中的定义，适航指令是指“由中国民用航空总局和民航地区管理局颁发的强制性检查要求、改正措施或使用限制。每一份适航指令都是CCAR-39部法规的一个修正案，具有法规同等效力。适航指令涉及的航空器，在规定的时间内如未达到该适航指令要求，相关航空器将不再适航，(参考文献1：“适航指令的颁发和管理”，中国民航适航管理程序，编号AP-39-01R1)。依据中国民用航空规章，当民用航空产品处于下述情况之一时，颁发适航指令：(1)某一民用航空产品存在不安全的状态，并且这种状态很可能存在于或发生于同型号设计的其他民用航空产品之中；(2)当发现民用航空产品没有按照该产品型号合格证批准的设计标准生产；(3)外国适航当局颁发的适航指令涉及在中国登记注册的民用航空产品。(参考文献2：“民用航空器适航指令规定”，中国民用航空规章，编号CCAR-39，)通过上述定义和规定可以看出，适航指令是民航管理当局在航空器运行中，对其出现的不安全状态进行纠正的最强有效的措施，是保证民航安全运行的重要手段。
除对已有航空器型号出现的不安全状态进行纠正以外，适航指令对于相似航空器的设计同样具有重要的指导意义。颁发适航指令是由于设计或制造问题而导致该型航空器出现不安全状态，那么与该型航空器具有相似设计或采用相同制造工艺的其他航空器也可能出现同样的问题。因此，对适航指令进行研究，对其颁发的原因以及故障机理进行深入分析，可以避免在具有相似设计特征和制造工业的航空器上出现同样问题。例如，目前在研的C919客机就有与波音737和空客320客机相似的设计。若可以分析对波音737和空客320客机颁发过的适航指令，则会在C919的设计过程中避免出现同样的问题，对其设计起到优化作用。
虽然分析适航指令可以对当前航空器的设计产生重要的指导意义，但由于适航指令数量庞大，涉及的系统繁多，导致目前尚未有一种适合的方法对适航指令数据进行分析，进而优化设计。
发明内容
本发明针对适航指令数据缺乏有效分析方法的问题，在对大量适航指令分析研究的基础上，提出一种用于适航指令数据分析的多维度方法，并基于适航指令多维度分析，提供一种航空器设计优化方法。
本发明提供的一种基于适航指令多维度分析的航空器设计优化方法，包括以下步骤：
步骤一、对确定或已知机型的适航指令进行收集。
步骤二、将步骤一中收集的适航指令进行分类。
所述的分类依据：生效日期、ATA章节、信息来源、故障模式四个分类维度逐条进行分类。
所述四个分类维度，具体分类标准是指：
生效日期：是指该适航指令生效的具体日期。
ATA章节：是指该适航指令涉及的ATA章节。其中ATA章节(Air TransportAssociation)是指航空制造商按照ATA100规范划分的各类手册的章节分类。ATA100规范是美国航空运输协会同航空制造商和航空公司共同规定的一种规范，用以统一各种民用航空器产品在设计制造、使用、维修等各方面的资料、文件、电函、报告等国际间技术资料的编号。
信息来源：是指导致适航指令颁发的不安全状态的最初的信息来源，具体包括：工程分析、质量检查和运营维修。其中：工程分析是指适航指令所涉及的不安全状态是由航空器制造商在工程分析过程中发现的，例如航空器制造商进行的相关试验过程和仿真计算等过程。质量检查是指适航指令所涉及的不安全状态是由航空器制造商在制造过程中通过质量检查发现的。运营维修是指适航指令所涉及的不安全状态是由航空器运营人在运营维修过程中发现的。
故障模式：是指导致适航指令颁发的不安全状态的故障机理，具体包括：软件缺陷、疲劳缺陷、使用环境、燃油箱防爆、电子\电气故障、材料、干涉、人机工程、同源失效、质量控制、多重失效、非正常移位、燃油污染、维修缺陷。其中各类故障模式的定义如下表1所示：
表1故障模式定义
步骤三、对每一个分类维度的适航指令进行统计分析。
对每一个分类维度的适航指令，根据待优化航空器的设计部件筛选出对应ATA章节的适航指令，在对应ATA章节的适航指令中筛选出故障模式发生最多的类型的适航指令；根据两次筛选结果，将故障模式类型进行阶段划分，找出故障模式类型的规律。
步骤四、使用步骤三统计分析结果，对相同或相似机型的航空器设计进行优化。
本发明的优点与积极效果在于：
本发明所提供的一种基于适航指令多维度分析的航空器设计优化方法，从民航相关行业需求出发，紧密结合适航指令特点，通过分析和研究大量适航指令，提出四个分类维度，给出四个分类维度的划分依据，用于适航指令数据分析时的归类统计，并将统计分析结果用于航空器设计优化中本发明所提供的方法可解决适航指令数据分析中，没有分类维度，无法进行归类统计，并且无法应用于航空器设计中的问题。
附图说明
图1是本发明提供的一种基于适航指令多维度分析的航空器设计优化方法整体流程图；
图2是本发明提出的用于适航指令数据分析的多维度划分示意图；
图3是用于示例的美国联邦航空局适航指令首页示意图；
图4是用于示例的适航指令数据分析表格示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
由中国商用飞机有限责任公司设计的C919大型客机，其主要对标对象为波音的B737型飞机和空客的A320型飞机，下面将使用本发明提出的方法，说明如何通过相似的B737机型对C919机型的设计进行优化。如图1所示流程，具体实施步骤如下：
步骤一、对波音B737机型的适航指令进行收集。
C919与B737两个机型在预期用途方面一致，具体表现为座位数同为百座级，二者都为单通道中短程客机，且预期的运行环境相似；此外两个机型同为运输类飞机，设计所需满足的适航要求一致，同为《运输类飞机适航标准》。因此，可将两个机型作为相似机型。因此，对B737机型的适航指令进行收集。在收集时，依据美国联邦航空局规章14CFR Part 39Airworthiness Directives，所有波音机型的适航指令是公开可查询的。在本示例中，共收集波音B737系列机型适航指令602份。
步骤二、将步骤一中收集的适航指令分别依据：生效日期、ATA章节、信息来源、故障模式四个分类维度逐条进行分类。
如图2所示为本发明提出的用于适航指令数据分析的多维度划分示意图。下面通过具体波音B737机型适航指令示例说明如何对适航指令进行上述四种维度的划分。
图3所示为编号“2007-06-09”的波音737系列机型适航指令首页。其中，1-生效日期，2-相关服务通告编号，3-不安全状态描述。1、2、3为美国联邦航空局所颁发的适航指令中包含的常规内容。针对该示例：本步骤中提出的“生效日期”可以依据图3中1-生效日期进行确定。在本示例中，“生效日期”为“2007年4月19日”。
本步骤中提出的“ATA章节”分类维度可以根据适航指令类型通过两种方式确定。第一种类型，在适航指令中包含相关联服务通告，则可依据关联服务通告编号确定“ATA章节”。服务通告是航空产品设计、生产厂家根据自身和用户信息，对所生产的航空产品改进其可靠性或使用的安全性，是对用户的一种技术服务措施和对自身生产技术改进的要求，服务通告是对航空产品实施检查、重复检查、改装或使用寿命更改等技术要求(参考文献3：“关于国产民用航空产品服务通告管理规定”，中国民航适航管理程序，编号AP-21-02，1988)。服务通告的编号中包含所涉及的ATA章节，而适航指令的ATA章节同其关联的服务通告ATA章节一致。如图3中2-相关服务通告编号为“737-53A1222”，其中“53”表明该适航指令的“ATA章节”为“ATA 53”。第二种类型，在适航指令中无关联服务通告，则可依据图3中“3-不安全状态描述”中给出的内容描述，对应表2判断其所属的“ATA章节”。
表2 ATA章节号与涉及内容对应表
本步骤中提出的“信息来源”分类维度可以依据图3中3-不安全状态描述中的内容进行确定。在本示例中，在图3中3-不安全状态描述中指出该适航指令的信息来源来自两个方面：第一个方面来自全尺寸机身疲劳试验(full-scale fuselage fatigue testing)；第二个方面来自飞机运营人的一份关于发现裂纹的报告(a report of a cracked splicefitting on an operational airplane)。其中，全尺寸机身疲劳试验是由航空器制造商进行工程分析所进行的试验；关于裂纹的报告是由运营人在运营维修过程中发现的。因此，根据本发明提出的“信息来源”分类维度的判断标准，示例适航指令的“信息来源”为“工程分析”和“运营维修”。
本步骤中提出的“故障模式”分类维度可以依据附图3中3-不安全状态描述中的内容进行确定。在本示例中，在附图3中3-不安全状态描述中指出颁发适航指令的故障原因为疲劳导致的结构件裂纹，依据表1给出的故障模式定义，该类故障模式属于“疲劳缺陷”。
步骤三、对依据步骤二完成分类的适航指令数据，建立数据分析表格。
步骤二中已将每份适航指令依据“生效时间”、“ATA章节”、“故障模式”以及“生效时间”四个维度进行了分类。使用Microsoft Excel软件建立数据分析表格，其中表格各列分别为“适航指令编号”、“不安全状态描述”、“生效时间”、“ATA章节”、“故障模式”以及“生效时间”。其中，“适航指令编号”以及“不安全状态描述”为适航指令自身包含内容。步骤三所建立的数据分析表格示例如图4所示。
根据所述的数据分析表格进行数据分析，具体为包括：
“生效时间”的统计分布，在波音737系列机型的飞机投入使用的初期(1968～1988)，颁发的适航指令相对较少，保持在每年5份左右；但进入90年代，每年颁发的适航指令阶越性增长，达到每年20份左右。分析其原因，截至到今天波音737型系列飞机已投入使用了近50年。在这50年的时间跨度里，适航标准自身经历了相当大的发展。一些新的适航标准对于早期已投入运行的737机型需要采取相应措施来重新证明符合性，这导致很多适航指令的颁发。通过对生效时间分布的分析，可以对各个机型适航指令的颁发规律有一个整体了解。
“ATA章节”的分布统计，波音737型系列飞机适航指令共涉及35个ATA章节。其中，ATA 53(机身)大多是关于机身结构损伤，其原因主要为设计时所使用的疲劳谱不够全面，与这一章有关的适航指令数量排在第一位。ATA 25(设备及装饰)主要涉及多种客舱内设备，针对该章节发布的适航指令排在第二位。飞机的起落架系统由于在执行起飞着陆过程中受到反复的机械磨损与撞击，所以易出现结构损伤，卡阻等问题，ATA 28(燃油)由于受到环球800空难事故的影响，所颁发的适航指令较多，排在第三位。与ATA 53(机身)类似的还有ATA 57(机翼)，同样是由于设计的原因导致使用时出现超出正常维修范围的结构损伤，排在第四位。相对于发布适航指令最多的前四位ATA章节，ATA 76(发送机操纵)、ATA 11(标牌和铭记)、ATA74(点火装置)相关适航指令颁发较少。
“信息来源”的分布统计，运营维修是波音737型系列飞机适航指令的主要信息来源，占适航指令总信息来源的75％。绝大多数适航指令都是根据运营人在飞机运行或维修发现某些问题后报告所产生的。工程分析是波音737型系列飞机适航指令第二大的信息来源，占总量的19％，这多体现在关于机身、机翼结构方面的指令上，针对波音737型飞机，这类适航指令的信息来源主要依据在疲劳试验中发现的问题。除上述两类信息来源外，6％的适航指令来源于在生产过程中的质量检查。
“故障模式”的分布统计，波音737型系列飞机适航指令的故障模式分布排在前四位的分别为：“疲劳缺陷”、“质量控制”、“使用环境”和“干涉”。
通过对上述实数据分析的多维度方法，可以有效的对各机型适航指令进行分类，所分维度可为民航各领域相关单位提供研究、管理方面工作的开展提供支持，表明其具有实用性。
步骤四、使用步骤三建立的数据分析表格，对航空器设计进行优化。
根据步骤三建立的适航指令数据分析表格，将每个分类维度的适航指令，首先筛选出设计优化结构涉及的ATA章节的适航指令，然后找到该ATA章节对应的故障模式类型，然后依据两次筛选后适航指令的生效时间，对所述的故障模式类型进行阶段划分。比如将“ATA章节”为“ATA 53”，“故障模式”为“疲劳缺陷”的适航指令筛选出来。
满足上述筛选条件的B737机型适航指令共65份，如表3所示。
表3按“ATA章节”“故障模式”筛选后的B737机型适航指令列表
阅读表3中的“不安全状态描述”中，挑选具有相似描述的不安全状态，例如在65份筛选出的适航指令中，共有11份适航指令的不安全状态涉及加工工艺“化学铣”，具体如表4所示。
表4由于“化学铣”工艺导致的不安全状态
由此可以看出，“化学铣”加工工艺是造成B737机型“ATA 53”所涵盖结构部件出现“疲劳缺陷”故障模式的主要原因之一。因此在进行C919“ATA 53”范围内结构部件的设计时，可以依据本发明提供方法分析得出的B737机型相似部件常见故障模式，通过避免使用“化学铣”或加强加工部件强度方式达到设计优化的目的。
Claims (3)
1.基于适航指令多维度分析的航空器设计优化方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤一、对确定或已知机型的适航指令进行收集；
步骤二、将步骤一中收集的适航指令进行分类；
所述的分类依据：生效日期、ATA章节、信息来源、故障模式四个分类维度逐条进行分类；
步骤三、对每一个分类维度的适航指令建立数据分析表格，进行数据分析；
步骤四、根据步骤三数据分析结果，对相同或相似机型的航空器设计进行优化。
2.根据权利要求1所述的基于适航指令多维度分析的航空器设计优化方法，其特征在于：所述四个分类维度，具体分类标准是指：
生效日期：是指该适航指令生效的具体日期；
ATA章节：是指该适航指令涉及的ATA章节；
信息来源：是指导致适航指令颁发的不安全状态的最初的信息来源，具体包括：工程分析、质量检查和运营维修；其中：工程分析是指适航指令所涉及的不安全状态是由航空器制造商在工程分析过程中发现的；质量检查是指适航指令所涉及的不安全状态是由航空器制造商在制造过程中通过质量检查发现的；运营维修是指适航指令所涉及的不安全状态是由航空器运营人在运营维修过程中发现的；
故障模式：是指导致适航指令颁发的不安全状态的故障机理，具体包括：软件缺陷、疲劳缺陷、使用环境、燃油箱防爆、电子\电气故障、材料、干涉、人机工程、同源失效、质量控制、多重失效、非正常移位、燃油污染、维修缺陷。
3.根据权利要求1所述的基于适航指令多维度分析的航空器设计优化方法，其特征在于：步骤三中所述的建立数据分析表格，表格各列分别为“适航指令编号”、“不安全状态描述”、“生效时间”、“ATA章节”、“故障模式”以及“生效时间”，其中，“适航指令编号”以及“不安全状态描述”为适航指令自身包含内容；对每一个分类维度的适航指令，根据待优化航空器的设计部件筛选出对应ATA章节的适航指令，在对应ATA章节的适航指令中筛选出故障模式发生最多的类型的适航指令；根据两次筛选结果，将故障模式类型进行阶段划分，找出故障模式类型的规律。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112115711A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-12-22 | 中国民用航空上海航空器适航审定中心 | 基于自然语言的适航指令问题特征的提取 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105955243A (zh) * | 2016-06-08 | 2016-09-21 | 中国商用飞机有限责任公司 | 一种基于故障案例的飞机诊断维修方法及其装置 |
| CN107886173A (zh) * | 2017-10-26 | 2018-04-06 | 杨晓艳 | 一种飞机定检计划编制方法和装置 |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105955243A (zh) * | 2016-06-08 | 2016-09-21 | 中国商用飞机有限责任公司 | 一种基于故障案例的飞机诊断维修方法及其装置 |
| CN107886173A (zh) * | 2017-10-26 | 2018-04-06 | 杨晓艳 | 一种飞机定检计划编制方法和装置 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 刘延利 等: "民机适航相关故障收集、分析和处理方法研究", 《航空维修与工程》 * |
| 郭乐乐: "民用发动机性能分析及系统开发", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技Ⅱ辑》 * |
| 陈兆晨 等: "适航指令在设计制造过程中的应用研究", 《民航管理》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112115711A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-12-22 | 中国民用航空上海航空器适航审定中心 | 基于自然语言的适航指令问题特征的提取 |
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