客機設計

安全性、經濟性、舒適性和環保性是大型飛機、尤其是大型民用客機設計的主要問題和難點

飛機與其他交通工具（火車、汽車、輪船）最大的區別在於：車、船可以停頓，而飛機不能容許存空中“拋錨”。“拋錨”的英語單詞是“STALL”，航空漢語名詞叫“失速”。儘管現代戰鬥機已可以實現短暫的機動“過失速”動作，但飛機（不包括旋翼飛行器）仍然不能在空中“停留”。大型客機也不容許出現“過失速”機動動作。雖然汽車事故率已大大超過航空，但由於大型客機一次性載客多，如果發生“拋錨”事故其死亡率高，所以“安全性”始終是飛機頭等重要的大事。隨着民用客機的加大，如果把目前航空公司的尚不高的事故率用到運載1000名旅客和機組人員的飛機上，那麼一次機毀人亡的事故所引起的廣泛影響將是深不可測的。

民用客機的“適航條例”，正是為了使民用客機的設計、製造與使用確保飛機飛行的安全性而制定的規則。民用客機要走向國際市場，就必須申請獲得國際公認的“型號合格證”和“生產許可證”（如美國聯邦適航局(FAA)和歐洲聯合適航局(JAA)頒發的適航證）才可以。我國也參照國外條例，制定了中國民用客機的適航標準。各國的適航標準，根據實際情況都在不斷地修改和補充，如FAA從1956~2006年對適航標準就修改了117次。航空適航標準的技術要求“具體”而“繁瑣”，不能把它看着對研製飛機部門的限制。它是多少年飛機研製與使用的經驗和許多血的教訓的總結。大型民用客機要達到這些標準是要下很大功夫和有很大困難的，但把適航標準作為“最低”要求設計，同時也是提高民用客機研製水平的必要條件。優秀的飛機設計部門還會根據市場要求自己定出更高的標準。

安全性設計包括內容很廣，涉及飛機設計的各個方面：總體、發動機、結構、系統、電器、電子、控制、人機工程、特殊環境影響、非正常着陸、應急撤離等。圖1所示為A380客機在做應急撤離試驗。適航標準僅僅是最基本的通用要求，一種飛機的設計，必須清楚本飛機安全問題可能存在的地方，確保設計與製造可靠。另一方面，一旦發現安全問題或潛在可能發生的安全問題，立即修訂原來的設計要求和規定。 ^[1] 

安全性設計落實在飛機一個具體的部件或系統的設計方面，主要反映在可靠性上。除了保證安全，可靠性還有質量可靠性、使用可靠性、環境適應性等含義。

所謂可靠性，則是指產品在規定的時間內和給定的條件下，完成規定功能的能力。它不但直接反映產品各組成部件的質量，而且還影響到整個產品系統的質量性能的優劣。可靠性設計則是通過設計實現產品可靠性指標的方法。

可靠性的度量指標一般有可靠度、無故障率、失效率。

可靠性設計是整個產品設計下作中的一個重要組成部分，其主要任務就是通過可靠性預測、分析、試驗和改進等可靠性活動，把可靠性要求通過設計及其製造，成為產品的內在可靠性。

可靠性設計包括產品零部件的可靠性設計和產品系統的可靠性設計。對大型飛機來説，包括結構、推力裝置系統、操縱系統、自動控制系統、起落裝置系統、航電系統、環境控制系統、生命保障系統、服務系統零部件的可靠性設計和飛機整個系統的可靠性設計。

每一類部件又有自己的可靠性設計特殊要求和內容。以飛行器結構可靠性設計為例來説，就包括抗疲勞斷裂設計、安全壽命設計、損傷容限耐久性設計、抗腐蝕設計、抗衝擊和振動設計、抗墜毀設計（主要對直升機）、防氣動彈性發散設計等。

對飛機系統來説，可靠性設計包括：根據功能、成本和時間限制決定飛機系統可靠性要求，確定飛機系統的工作環境條件，制訂飛機系統可靠性規範，確定對飛機使用面可靠性要求，確定飛機系統的維修性及安全性方面的要求等；對飛機本身作為產品系統制造完成方面，還有編制飛機生產製造過程中可靠性控制計劃，飛機部件協調和裝配的可靠性要求，飛機飛行試驗的可靠性要求等。 ^[1] 

飛機維修性的優劣不但關係到航空公司的經濟效益，而且也是飛機安全運行的保障。飛機的維修成本已是用户在是否購買飛機的決定性因素之一。維修性已作為現代飛機在設計時的一個重要指標

維修是一項伴隨着飛機整個生命週期的工作。飛機維修思想經歷了從預防性維修到可靠性維修的轉變過程。可靠性維修思想的核心就是保持飛機固有的安全性、可靠性和經濟性三者的平衡。

維修性設計又叫面向維修的設計（Design For Maintenance，DFM）。它是指在產品設計時，以滿足用户需求為前提，通過分析和研究產品壽命週期中各階段的維修特性、並進行綜合評價和權衡，提高產品的維修性及綜合考慮維修成本的設計原則和技術。

“可靠性為中心”的維修思想逐漸發展成為今天飛機維修的主流。可靠性維修主要是建立在全壽命維修、從航空產品實際出發進行維修、對航空裝備實行全面的可靠性控制和只進行必要的維修工作等維修思想的基礎上。在新的維修思想指導下，有必要對過去的維修體系、維修大綱、維修規程、維修方式和維修手段等方面的設計進行全面革新。

從技術方面改革，現代飛機的維修性設計，應努力通過使用新材料、新設備、新的製造技術、新的狀態監控技術、新的故障診斷手段來提高大型飛機的維修性。

空中客車公司在A400M運輸機的維修性設計思想方面就進行了大膽地改革和創新。空客對A400M運輸機提出15天的免維修使用和150天的部署週期內，飛機不需要做定檢，其維護工作可由受過培訓的人員利用機載的工具和零備件來完成的新維修程序。這是對傳統維修思想的一個重大挑戰，無疑將會顯著降低維修成本。當然這一做法是以先進的維修性設計為支撐的。

為了滿足客户對維修性的要求，空中客車軍機公司從現有的客機項目引用了許多先進的系統和材料。

(1)採用先進的飛機綜合監控和診斷系統（AIMDS），它具備如下功能：

①使得每架飛機都有由中央控制的自檢設備（BITE）。

②提供清晰的英浯故障信息進行故障診斷。

③收集、記錄和提交發動機、APU和關鍵系統的數據進行趨勢分析和維修計劃的制定，確保免維修週期。

④記錄飛機的結構載荷、跟蹤飛機的使用情況和相應的疲勞週期等。

(2)配備便攜式多功能查詢終端（PMAT），還允許地勤人員通過飛機內外插件查詢AIMDS。PMAT適用於更深層的故障查詢，在為排故和改正提供電子文檔查詢的同時，還具備了飛機與地面支援人員之間的實時數據傳遞功能。

(3)為飛機提供地面支援系統（GSS），並與飛機用户一起進行了項目界定。這套系統將在類似的民用系統的基礎上增加軍機的相應功能以滿足要求。除了任務計劃和詳細的分析功能，還包括維修監控、工作分配、維修數據記錄、飛機狀態和發動機狀態監控以及結構監控等功能。

(4)除了新研製的設備之外，儘可能使用目前最先進的的支援系統和設備。此外，空客為A400M運輸機還制訂了一整套服役後的支援方案和發動機零部件支援方案。

將安全、可靠、經濟的維修思想引入飛機設計的目的就是以最低的費用，保持飛機固有的安全性和可靠性水平，併為改進設計提供信息。 ^[1]