多电飞机L/HIRF防护系统维修性分析研究
摘要：随着飞机对多电技术、复合材料的大量使用，飞机的闪电/高能辐射场防护系统设计也变得越来越重要。
根据持续适航的要求，为保证飞机闪电/高能辐射场防护系统在飞机整个寿命中仍能保持正常功能，需要对闪电/高能辐射场防护系统进行维修性分析，制定维修大纲，给出初始计划维修任务。
根据MSG-3文件的规定，对闪电/高能辐射场防护系统维修性分析要求、分析方法进行了研究，同时还讨论了维修性工作对飞机设计工作的促进作用。
关键词：L/HIRF；MSG-3；维修性
0 引言
随着飞机开始引入多电技术的设计思想后，越来越多的飞机系统采用了以电能为能源的技术，这样可以大大提高飞机的可靠性、维修
性及地面支援能力。
但在现代飞机越来越多地使用先进的电子/电气设备和数字式电子设备后发现，先进的电子电气系统/数字式系统更容易受到闪电、高能磁辐射的影响，严重时会导致功能的丧失和混乱，对飞机的安全运行造成巨大的威胁。
同时，飞机结构中也大量地采用了复合材料，复合材料的低电导率特性使其提供的屏蔽性能很差，进而使得电子电气系统更多地暴露于外部电磁环境。
虽然在飞机设计中已考虑了L/HIRF（Lightning/High Intensity
Radiated Field 闪电/高能辐射场）环境对飞机的不利影响，也进行了大量的研究分析与试验，以提高飞机对L/HIRF环境的防护作用。
但随着飞机运营时间的加长，L/HIRF防护系统的作用也会随之降低。
因此为了满足飞机飞行安全的要求以及持续适航的要求，需要对
L/HIRF防护部件进行分析并制定相关维修大纲。
1 L/HIRF防护系统维修性分析要求
1.1 适航要求
根据CAAC适航条例25.1316“系统闪电防护”和FAA适航条例25.1317“高能辐射场（HIRF）防护”，当飞机暴露于飞机闪电和/或高能辐射场环境下，执行关键功能的系统运行和运行能力不会受到有害影响。
为此，需要对这些系统进行闪电/高能辐射场的防护设计。
同样，根据CAAC适航条例25.1529“持续适航文件”的规定，L/HIRF防护系统也需要符合此条款的适航要求。
而满足持续适航要求的一个主要工作就是民用飞机的维修工作。
为此，L/HIRF防护系统需要制定严密、细致而又有效的维修大纲。
1.2 MSG-3分析要求
MSG-3文件是一种维修决断逻辑和分析程序，是制定民用运输类飞机维修大纲的指导性文件。
2003版MSG-3文件规定了闪电/高能辐射场（L/HIRF）的分析程序。
由于飞机的设计理念发生了很大变化，传统的机械系统也开始大量的使用先进的电子/电气设备及数字式设备作为其控制和监控设备，为了适应这样的变化，L/HIRF分析
程序在2005版和2007版又进行了较大修改。
根据MSG-3文件中的规定进行相关L/HIRF防护部件的维修性分析的工作。
2 L/HIRF防护部件维修性分析方法
L/HIRF维修工作的目的是减少由于单点故障（如雷击）或共模故障（如偶然损伤（AD，Accidental Damage）和环境损伤（ED，Environmental Deterioration））对L/HIRF防护系统的冗余通道造成的
影响，从而降低飞机持续安全飞行或着陆的不利影响。
由于MSG-3文件中规定的L/HIRF分析流程操作性较弱，各国家的飞机制造厂商会根据MSG-3文件中规定的原则性指导意见，制定各自相应的可执行、可操作的文件，即维修大纲制订政策和程序手册。
MSG-3文件有关L/HIRF防护逻辑分析流程见图1。
根据图1中所示，L/HIRF防护逻辑分析主要包括如下四部分内容：
（1）首先确定分析对象，即L/HSI（L/HIRF Significant Item 重要闪电/高能辐射场项目）。
任何一个L/HIRF防护部件是否是L/HSI，需要判断L/HIRF防护部件的预期功能退化（防护措施失效）和其所在区域内的L/HIRF环境影响，是否会导致防护对象部分或全部功能的丧失，是否会对飞机安全飞行或着陆造成不利影响。
如果某个L/HIRF防护部件的功能退化，对飞机安全飞行或着陆产生了灾难级或危险级的影响，则这个L/HIRF防护部件就成为L/HSI，需要对其进行维修性分析。
（2）对L/HIRF防护部件（即L/HSI）的防护特性进行分析，主要分防护部件/接插件和屏蔽/搭接通路两部分。
对防护部件/接插件的分析内容主要是防护部件和接插件的材料组成（如果材料不同，两者之间可能造成流电腐蚀）、耐高温高湿、耐腐蚀以及振动等特性；对屏蔽/搭接通路的分析内容主要是分析通路中各个环节是否完整和可靠；
（3）对L/HIRF防护部件（L/HSI）的安装环境进行分析，检查是否会对防护部件和屏蔽/搭接通路造成负面影响，主要关注区域内的环境损伤（ED）因素和偶然损伤（AD）因素。
ED一般主要考虑振动、湿气、化学液体和温度等及其他不利的环境因素，AD一般主要考虑维修活动和使用过程中受意外损伤的可能性。
对于ED/AD敏感性的确定需要结合L/HIRF防护部件所在安装位置的周边环境来确定；
（4）对L/HIRF防护部件制定维修任务，制定的原则主要考虑维修任务是否适用、有效。
一般L/HIRF防护部件的维修任务以GVI （General Visual Inspection 一般目视检查）为主，但也会根据各个L/HIRF防护部件的实际安装环境、接近难易以及其功能退化可能对飞机安全飞行或着陆的影响等因素综合考虑，制定个体性的维修任务，例如必要时采用DET（Detailed Inspection 详细检查）、FNC （Functional Check 功能检查）或DIS（Discard 报废）等维修任务。
如果所有任务类型都无效，则需要考虑对L/HIRF防护部件进行强制性的重新设计。
3 L/HIRF维修性分析对飞机设计的影响
L/HIRF防护系统的维修性分析工作，是在符合MSG-3文件规定的基础上，对L/HIRF防护部件进行严谨、细致的分析、评估之后完成的。
虽然这项工作属于持续适航的范畴，但其对飞机设计工作却具
有促进作用。
（1）维修性要求应尽早介入设计工作
L/HIRF防护系统的维修性工作是一个在设计定型后还要继续的工作，过去的维修性分析工作一般多在已完成的设计工作后开展，对防护系统的功能进行适当的分density析和评估。
现在为了满足适航条款25.1529的持续适航要求，设计者应该尽早把持续适航的要求融入设计工作中来，在设计工作中尽量“想在前”，为将来符合持续适
航的规定奠定基础。
在整个飞机寿命中，屏蔽/搭接通路的有效性是L/HIRF防护系统对防护对象能够起到防护作用的重要途径，如果L/HIRF防护部件的屏蔽/搭接通路发生了退化，以目前的飞机及系统设计是无法自动识别并反馈屏蔽搭接通路退化情况的，因此在设计过程中若提前注意持续适航的要求，对屏蔽/搭接通路中的各个环节加以重视，例如防护部件的材料选用、安装环境、偶然损伤、共模故障和退化模式等因素，那么就可以对L/HIRF防护系统的设计起到改善的作用。
随着飞机上新材料和新技术的应用越来越多，如果在设计过程中也能够将持续适航的要求早期介入，那么也有利于新的、有效的L/HIRF防护系统的
设计使用。
因此，设计者在设计阶段就应该重视L/HIRF防护部件的功能在长期运营中可能存在的退化问题，注意尽早将持续适航要求综合入早期设计中，搜集和整理L/HIRF防护部件的特性数据、运营经验等资料，分析和评估以往的设计应用、材料选用以及安装环境，加强和改善当前L/HIRF防护部件的设计，以增强L/HIRF防护部件在飞机长期运营中的鲁棒性。
先进有效的L/HIRF防护系统的设计也有利于减少
L/HIRF防护部件的维修任务和维修费用。
（2）多专业之间应交叉综合设计
L/HIRF防护系统的维修性分析工作不仅仅是维修性工程师的工作，它还需要多个专业共同参与，才能较好的完成维修性分析工作。
在L/HIRF防护系统维修性分析过程中需要多方面信息的支持，如防护部件特性、屏蔽/搭接通路各环节处理、安装环境、偶然损伤、共模故障和退化模式等，这需要E3专业、电气专业、结构/系统专业、安全性专业和维修性专业等多个专业共同参与才能完成。
在分析过程中，各专业工程师需要尽可能多的沟通，协调专业间接口部分的分析原则。
维修性工程师需要搜集相关L/HIRF防护部件的历史运营数据和相关试验数据；电气工程师需要了解防护部件的特性，以方便对屏蔽/搭接通路中各部件间匹配性的分析，同时这些特性分析也是L/HIRF防护部件在进行退化模式评估过程中的重要因素。
以某个连接器或结构件的屏蔽/搭接通路为例，在检查防护部件是否能承受其特殊安装位置处的环境影响的分析过程中，要熟悉防护部件的材料组
成、部件本身特性、安装形式、搭接方式等细节设计，这已不是一个维修性工程师就可完成的工作，已经涉及搭接设计、电气设计、安装设计以及材料设计等多个专业的设计知识，需要多个专业工程师共同工作，才能评估防护部件功能的有效性。
同时，各个专业的工程师还要注意专业知识的共享，这不仅有利于维修性分析工作的开展，也有
利于L/HIRF防护系统设计的改进和优化。
随着飞机设计中越来越多的新技术和新材料的应用，新技术、新材料之间的接口部分同样需要仔细评估，由于新技术、新材料是动态发展的，引入设计中也是动态的，所以这就更加需要把以前分开的专
业设计准则向专业交叉综合设计转变。
（3）扩大了专业涉及面
过去的L/HIRF维修性分析只关注关键系统以及相关线束的屏蔽搭接问题，但是随着MSG-3文件的修订、分析方法的确定，我们现在还需要对与系统安装有关的结构和传输部件以及结构部件本身的搭接设计进行L/HIRF防护的维修性分析，例如系统管路、阀、空调管、舱门以及操作面等。
同时，为了适应目前飞机结构中对于复合材料大量使用的现状，也需要对结构的搭接问题引起关注，保证它在飞
机长期运营中能保持正常功能。
4 结束语
民用飞机的L/HIRF防护系统的维修性工作已开展了10年左右，但相对于具有几十年经验的系统/动力装置分析、结构分析和区域分析来说，还是个新兴工作。
尽管目前面临缺乏历史运营数据、试验数
据的积累，分析方法及逻辑还需要进一步深入研究的现状，但是在现有MSG-3文件的规定下，通过对L/HIRF防护系统的维修性分析要求、分析方法以及对飞机设计的影响进行的研究，对飞机上的L/HIRF 防护系统进行维修性分析工作，已经对L/HIRF防护系统的维修大纲的制定和保证L/HIRF防护系统在飞机整个寿命中仍能起到防护作用带来益处。
参考文献：
［1］田龙，刘广荣.高强度辐射场环境下电子设备的防护与设
计［J］.航空计算技术，2010(4).
［2］ATA MSG-3 Operator/Manufacturer Scheduled Maintenance Development［S］.Rev 2007.1,Publisher,Air Transport Association,2007.。
