專利名稱：航空器機身用的標準化修理包的設計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及航空器結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域。本發(fā)明更特別地涉及在受碰撞強烈威脅的區(qū)域中的機身的蒙皮及子結(jié)構(gòu)的修理。
背景技術(shù)：
本發(fā)明的背景和提出的問題航空器、例如航空公司經(jīng)營的商業(yè)類型的航空器，在世界上的各種機場平臺之間進行非常多的周轉(zhuǎn)。在航空器運行時，特別地但非限制地在進行與其運營有關(guān)的地面作業(yè)時，機身的外部結(jié)構(gòu)上可能會受到意外損傷。這里特別考慮源自航空器之外物體的機械撞擊類型的損 傷。特別是，這可能是飛行時鳥或冰雹對機身的撞擊、或者與地面機場作業(yè)有關(guān)的車輛撞擊(下機舷梯、貨艙行李回收車、拖車等)所引起的。這些損傷中的一些損傷對航空器的安全是不重要的(不阻礙飛機飛行的“允許損傷”)，而其它損傷則會妨礙飛機立即投入運營。清楚的是，在這種情況下，如果現(xiàn)場上沒有必需的零件可用，對于經(jīng)營飛機的航空公司來說時間損失可能以停飛數(shù)小時、甚至以停飛數(shù)天來計算，由此以符合安全標準的方式進行修理的時間在重新宣布飛機能夠飛行前，甚至導致重大經(jīng)營損失。明白的是，應根據(jù)損傷的部位、其尺寸大小和其重要度采取不同行動。實際上，當前，民用飛機典型驗證要求航空器制造商為客戶公司配備“修理手冊”(用英文術(shù)語也稱為“Structural Repair Manual (結(jié)構(gòu)修理手冊)”即SRM)。該修理手冊包含允許航空公司能重使飛機直接飛行的根據(jù)損傷類型的允許損傷的值、和修理原則。當涉及復雜修理時，在制造商的“備用”部件中備有修理包、即修理特殊區(qū)域所需要的零件可用。實際上，修理手冊包含允許確定限度(稱為“允許損傷限度“Allowable damagelimits”)的列線圖，超過這些限度，損傷幅度(dimension)要求進行修理。提出的標準(type)修理由于其有限尺寸可能不適應于遇到的損傷程度。對于某些結(jié)構(gòu)區(qū)域(稱為專用區(qū)域，用英文術(shù)語即“restricted areas”)同樣如此，在這些區(qū)域內(nèi)，沒有提出任何標準方案，并且在其中，任何損傷都應通過專門的修理計劃進行處理。修理手冊必須覆蓋多種多樣的損傷情況，并且其另外隨時間豐富。實際上，該修理手冊逐漸地納入公司遭遇到的或公司報告的最常見損傷。在新飛機投入運營時，修理手冊覆蓋的損傷主要并且均勻地涉及排除某些“專用區(qū)域”或某些過大的損傷尺寸的常見區(qū)域。對于這些專用區(qū)域(一般是結(jié)構(gòu)復雜的區(qū)域或覆蓋敏感設備的區(qū)域)或尺寸大于給定閾值的這些損傷，修理變成是專門的，因而必須逐個案例地進行分析。在這些所謂修理手冊外(“hors SRM”)的情況下，確定的修理方案的分析和驗證由航空器制造商進行，這要求進行畫圖、計算的活動以及審批-認證程序。不僅對于負責畫圖、計算、審批的制造商，而且還更對于應面對其經(jīng)營中斷(飛機延誤、移除和停飛)的航空公司，這些活動同時既冗長
又昂貴。制造商按照給定型號飛機的壽命持續(xù)地豐富修理手冊。因此，如果在同一準確部位和利用相同尺度的所采用的更換零件以重復的方式應用修理計劃，則“修理手冊外”的修理可以隨時間引入修理手冊中。實際上，修理計劃可能永遠不會被弓I入到修理手冊中，這出于唯一的原因機群過去中遇到的損傷的尺寸或位置稍有變動，而由于區(qū)域復雜和/或呈漸變形狀(例如前端)就更加如此。修理手冊特別地很好適合于對通常區(qū)域以類似的方式和在相同部位系統(tǒng)地發(fā)生的損傷的情況。另外，清楚的是，在該程序中，只有重大損傷被通報給制造商，因此制造商幾乎從不了解小尺寸損傷，這些小尺寸損傷由客戶公司通過修理手冊進行就地處理。了解的是，這種程序?qū)е略S多缺點，尤其是對于專門修理的情況獲得可用經(jīng)批準的修理方案的周期時間方面，而且還有修理手冊的不均等覆蓋的方面。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目標因而是克服上述問題的至少一部分。因此，本發(fā)明的目標之一是減少在修理這些飛機表面上出現(xiàn)的意外損傷時飛機駐地停飛時間。另一目標是制造商應在機群整個壽命過程中實施的(復雜區(qū)域或不復雜區(qū)域)修理計劃的數(shù)量最小化。另一目標是降低維修作業(yè)的成本。本發(fā)明的其它目標是限定機身的最受威脅的區(qū)域，對于這些區(qū)域找到解決辦法，這些解決辦法在于以盡可能反應性的方式使(稱為“標準”的)修理方案可用，其中所述修理方案以修理包的形式是實際可用的。對于具有復合結(jié)構(gòu)的未來飛機，這些材料的成型比涉及鋁板的傳統(tǒng)飛機更令人乏味。配備預制修理包的事實，相對嚴格意義上的修理零件的成型，產(chǎn)生附加的優(yōu)點。最后，可以擴展該原理，將修理約束納入到甚至新飛機的設計(例子門口的加強隔框從它的設計起就包括可以將其拼接的專用區(qū)域)中。本發(fā)明概述為此，本發(fā)明旨在一種用于航空器預定區(qū)域的修理包的設計方法，所述修理包每個包括一些具有預定形狀和預定尺寸的零件，所述零件適于安裝到現(xiàn)有結(jié)構(gòu)內(nèi)，以代替包括意外損傷區(qū)域的對等的形部件(forme)，其能被移除或不被移除，該方法包括產(chǎn)生一系列標準化修理包的步驟400，根據(jù)被研究區(qū)域中最可能的意外損傷的估計來優(yōu)化該標準化修理包系列。本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于預測在尺寸和位置方面相近的損傷的情況，并且以統(tǒng)計方式處理這種情況。因此，用標準修理來替代根據(jù)通報給制造商的損傷或多或少隨機產(chǎn)生的和嚴格地逐個覆蓋這些損傷的修理范圍，所述標準修理不僅稍微更大，而且覆蓋統(tǒng)計上預先確定的一部分的可能在飛機選定區(qū)域(其還可覆蓋子結(jié)構(gòu)更換件框架、桁梁、內(nèi)襯等)中出現(xiàn)的損傷。
可理解的是，因為修理處于特殊區(qū)域(例如雙曲線)，修理不能被移動。訣竅在于通過更大范圍實現(xiàn)覆蓋，有利的對立面在于立即可用修理手冊(SRM)中的方案和儲備中的修理包。因而可以在對公司的經(jīng)營成本方面衡量該設置的有利的經(jīng)濟影響。根據(jù)該方法一有利實施方式，該方法另外包括根據(jù)預定標準選擇與被研究航空器對等的基準航空器的步驟100，其中該標準特別考慮以飛行次數(shù)表達的航空器壽命，其必要時與被研究航空器相類同(confondu)。根據(jù)該方法一有利實施方式，該方法在產(chǎn)生一修理包系列的步驟之前，包括統(tǒng)計在基準航空器上、被研究區(qū)域中以前報告過的代表性的意外 損傷的步驟300。在這種情況下，有利的是，統(tǒng)計意外損傷的步驟包括把損傷記錄表中識別的統(tǒng)計上有意義數(shù)量的損傷轉(zhuǎn)移到被研究航空器區(qū)域的數(shù)字模型上的子步驟310?？衫斫獾氖?，本發(fā)明在于從機群的第一批飛機投入運營起，就在修理手冊中提供標準修理可用，標準修理的輪廓借助以下方式確定大量收集來自飛機運營的數(shù)據(jù)(損傷描述文件)，然后進行允許確定最受威脅區(qū)域的包覆部(enveloppe)的統(tǒng)計分析，最后，在修理手冊中引入所述標準修理。根據(jù)該方法一有利實施方式，統(tǒng)計損傷的步驟300另外包括修形廓子步驟330，在該步驟中，對于每個意外損傷表示出一相關(guān)的“修形廓區(qū)(zone detouree),>,該修形廓區(qū)基本對應于維修作業(yè)時應修理的區(qū)域，根據(jù)形成航空器局部結(jié)構(gòu)的材料類型來選擇該修形廓區(qū)的輪廓形狀(矩形，圓形等)?？衫斫獾氖牵蘩聿⒉灰馕吨欢ㄒ鼡Q損傷區(qū)域，特別是在復合材料的情況下，對于這些復合材料可以進行粘貼修理。在這種情況下，在該方法一有利實施方式中，如果多個意外損傷之間的距離小于預定值，例如不到I個桁梁間距和不到1/2個框架間距，則把同一修形廓區(qū)與多個與同一損傷記錄表有關(guān)的同時發(fā)生的意外損傷相關(guān)聯(lián)。根據(jù)該方法一有利實施方式，統(tǒng)計損傷的步驟300另外包括使每個損傷的可接受原因關(guān)聯(lián)到所報告的意外損傷的至少一部分的子步驟320。在這種情況下，有利地，通過統(tǒng)計處理實現(xiàn)原因與意外損傷區(qū)域的關(guān)聯(lián)。根據(jù)該方法一有利實施方式，統(tǒng)計損傷的步驟300另外包括將基準航空器的意外損傷向新飛機外推的子步驟340。在這種情況下，有利的是，在把意外損傷向被研究航空器外推的步驟340時，通過結(jié)構(gòu)的局部特征和蒙皮材料的相對敏感性的特征校正系數(shù)，使損傷和修形廓區(qū)的輪廓在尺寸上圍繞它們的中心增大或縮小。根據(jù)該方法一有利實施方式，產(chǎn)生標準化修理包系列的步驟400包括以下子步驟410-與轉(zhuǎn)移到被研究的航空器區(qū)域的數(shù)字模型上的意外損傷相關(guān)的修形廓區(qū)的統(tǒng)計分析，從而允許在尺寸分布和修形廓區(qū)位置方面確定損傷的特征；420-根據(jù)一預定標準產(chǎn)生并評價多個修形廓區(qū)覆蓋方案，每個方案與預定的一組修理包尺度相關(guān)；和選擇優(yōu)化該標準的覆蓋方案。根據(jù)一有利實施方式，在這種情況下，統(tǒng)計處理子步驟410的結(jié)果(修形廓區(qū)位置和尺寸大小的平均值和變化率)用于通過根據(jù)至少一預定標準確定預先選擇形狀的修理區(qū)域的最小尺寸和最小疊合，產(chǎn)生第一覆蓋方案。在這種情況下，有利的是，在子步驟420中，對于產(chǎn)生的每個覆蓋方案，通過使修形廓區(qū)的尺寸大小或以成比例的方式或同時只改變其中一個尺度來變化，而進行敏感性研究。本發(fā)明的目的還在于一種新飛機設計方法，該方法包括確定可能損傷區(qū)域的階段和提出結(jié)構(gòu)變化的階段，尤其是以便加固這些區(qū)域，以便于其維修或使敏感設備(如高空探測器)遠離這些區(qū)域。本發(fā)明的目的還在于航空器用的維修手冊，該維修手冊包括通過上述方法得到的標準化修理方案。


參照附圖進行下面僅作為例子給出的對本發(fā)明一實施方式的描述，附圖中
圖I在基準飛機的機身的兩個側(cè)視圖上示出一系列關(guān)于該型號飛機已經(jīng)記錄過的碰撞；圖2示出一實際碰撞的修形廓的方法；圖3在側(cè)視看的飛機機身上示意地示出已識別的圍繞出入門的三個碰撞區(qū)域；圖4同樣示出在給定類型飛機上識別的可能碰撞區(qū)域；圖5示出帶十個矩形修理包的所考慮的第一方案的原理；圖6示出帶二十個矩形修理包的所考慮的第二方案的原理；圖7示出帶十個圓形修理包的所考慮的第一方案的原理；圖8示出根據(jù)所考慮的方案由所述修理包考慮的損傷率；圖9示出用于把損傷外推到新飛機的列線圖；圖IOa和IOb示出把損傷的修形廓區(qū)轉(zhuǎn)移到新飛機的數(shù)字模型上的原理。
具體實施例方式本發(fā)明用于有利地在新航空器的設計階段時使用。但是要注意的是，本發(fā)明也可在設計后由航空操作員以統(tǒng)計上有意義的數(shù)量在投入運營的現(xiàn)有航空器上實施。根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選地可以至少對于某些步驟以軟件方式實現(xiàn)。因而在配有本領(lǐng)域已知的存儲部件、計算部件、以及用戶界面和網(wǎng)絡的標準類型如PC型的計算機上執(zhí)行該類軟件。該計算機還可在航空器制造商研究室處備有傳統(tǒng)軟件工具，如數(shù)據(jù)庫管理軟件、計算機輔助設計(CAO)軟件、統(tǒng)計處理軟件等。該計算機有利地還具備有與一個或多個服務器的網(wǎng)絡接口，定義所考慮航空器的設計的幾何元素駐留在所述服務器上。對于下面的描述，確定與飛機移動軸線基本對應的飛機的縱向參照軸X。同樣，確定與當?shù)卮咕€相對應的垂直軸Z。在本非限定的例子中，將該方法實施用于在制造商處開發(fā)過程中的新飛機。與上面詳細描述的現(xiàn)有技術(shù)的實際情況相反的是，所考慮的方法用于以合理的方式確定與該新飛機相關(guān)聯(lián)的修理包的數(shù)量和輪廓。這里作為例子給出的描述限于所考慮新飛機的一機身區(qū)域即飛機門附近區(qū)的特殊情況，和限于地面車輛在該區(qū)域中產(chǎn)生的損傷。該情況是很有意義的，因為看來在該區(qū)域中記錄有大量小強度損傷，這使所描述的方法特別適合。確定可能的損傷區(qū)域和適當修理包的方法包括下面詳細描述的多個步驟步驟100-確定基準飛機為了對在制造商開發(fā)過程中的新飛機實施該方法，所述方法這樣開始確定至少一架“基準飛機”，其在尺寸大小、通達機場而且特別是用飛行次數(shù)表達的壽命目標和執(zhí)行的任務類型方面是相似的。飛機進行的每日周轉(zhuǎn)數(shù)和日歷壽命(約為20-25年)是選擇基準飛機的關(guān)鍵參數(shù)。例如，為開發(fā)新的遠程飛機，用于回顧經(jīng)驗的基準飛機將是根據(jù)前面的標準(特別地但非限定地包括尺寸大小、通達機場和飛行次數(shù)壽命)盡可能接近的另一上代遠程飛機。對于短程飛機或中程飛機，或者更普遍地對于任何其它飛機，以同樣方式進行基準飛機的選擇。 為簡化獲取飛機經(jīng)營公司的維修數(shù)據(jù)，或者簡化獲取所述基準飛機的設計數(shù)字模型的數(shù)據(jù)，例如但非必需地，在和新飛機有相同制造商的飛機中選擇基準飛機。將包括確定飛機零件的所有的材料和幾何尺寸的飛機的計算機輔助設計文件稱為設計數(shù)字模型。一旦所報告的事件數(shù)變得大于預定閾值，例如在一給定區(qū)域中有數(shù)十次，就可在運營初期的新飛機上實施該方法。考慮到對于每天進行十次周轉(zhuǎn)的運營中的短途型飛機通常將“正?！睋p傷率估計為每年一次事件，則例如一旦二十來架飛機的一機群自超過一年運營起，就可實施該方法。 步驟200-準備簡化數(shù)字模型從基準飛機的數(shù)字模型出發(fā)，所述數(shù)字模型覆蓋與被研究區(qū)域有關(guān)的給定部分，這里是飛機門附近區(qū)，第一任務旨在簡化該數(shù)字模型的文件，以便在簡化數(shù)字模型中只出現(xiàn)用于在尺寸大小和位置方面表征蒙皮上的損傷的數(shù)據(jù)。要保留的數(shù)據(jù)特別包括一外表面；一可見板邊部；一蒙皮與子結(jié)構(gòu)(桁梁接縫、框架、縱向接頭和軌道接頭等)之間的固定線；—艙口邊部、舷窗和門；一定位損傷所需要的任何其它基標高空探測器、天線等；一可以用作參照的任何物質(zhì)要素?？梢愿鶕?jù)所考慮的區(qū)域，對于簡化數(shù)字模型的數(shù)據(jù)，保留或更大或較小的細節(jié)水平。例如，由于下面的描述涉及門附近區(qū)，因而可以根據(jù)需要，在下面步驟300中調(diào)節(jié)簡化數(shù)字模型中保留的數(shù)據(jù)的細節(jié)豐富度。步驟300-對最常受威脅的損傷區(qū)域繪制圖。因而該方法利用經(jīng)營這類基準飛機的一個或幾個機型(exemplaire)的公司在運營基準飛機時所收集的“經(jīng)驗回顧”。這里，經(jīng)驗回顧呈這樣的形式每個公司所產(chǎn)生的損傷記錄表，用于描述飛機上觀察到的損傷，并被儲存在(模擬的或數(shù)字的)適當數(shù)據(jù)庫中。每個損傷在經(jīng)營所述基準飛機的一機型的公司做出的報告中描述，并記錄在數(shù)據(jù)庫中，每個事件以損傷記錄表的方式儲存。如想象的，最常涉及到在修理手冊SRM界限以外的損傷，但是在公司中進行的調(diào)查可以在更有限的時間期間收集完整的數(shù)據(jù)(SRM+SRM以外)。
如果認為與基準飛機有關(guān)的(從這些損傷記錄表提取的)損傷數(shù)據(jù)在數(shù)量上是不足夠的(例如小于幾百件)，則可以用在根據(jù)步驟100中提到的選擇標準在稍微更遠離新飛機的另一基準飛機上收集的損傷數(shù)據(jù)補充所述損傷數(shù)據(jù)。310-觀察到的損傷的轉(zhuǎn)移在第二步驟300，任務在第一子步驟310中在于將損傷數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到基準飛機的簡化數(shù)字模型上。轉(zhuǎn)移到數(shù)字模型上是指這樣的事實以與飛機比例一致的方式，按照簡化數(shù)字模型的軸線標示公司所報告的損傷數(shù)據(jù)；并將它們儲存在該簡化數(shù)字模型中。如已經(jīng)指出的，這里，所述描述集中在位于門周圍的損傷上(圖I);其它損傷只是進行記錄并通過簡單的點表示在基準飛機的簡化數(shù)字模型中，以保證沒有其它的損傷集中，它們特別適于實施本方法。圖I更詳細地表示從兩個側(cè)面看的飛機機身前部I。這里涉及短途乘客運輸型飛機。圖I表明在基準飛機的簡化數(shù)字模型中所考慮的一部分要素。其中看到這里編號為 FRO到FR35的框架(用英文術(shù)語為“frames”)、擋風玻璃輪廓2、用于乘客的側(cè)門3g、3d、貨艙門4、舷窗5。這里用位于碰撞部位的小方塊6表不在機群的所有飛機上報告過的損傷。充填方塊的灰色調(diào)表示不同類型的損傷。發(fā)現(xiàn)的是，這些損傷位置很集中在貨艙門4的周圍、右乘客門3d的基部，和更進一步地在左乘客門3g附近。對于左乘客門，非常多的損傷記錄在門的基部、在它的左下邊緣和右下邊緣、門的上方和向駕駛艙延伸的門檻的水平延長部分中。在初次分析中，其它損傷看來更隨機地分布。這些損傷集中區(qū)域中的一些看來是可預見的，相反地，其它的損傷集中區(qū)域是更出乎意料的。該方法的特性是以統(tǒng)計方式表明最經(jīng)常的碰撞區(qū)域、以及這些區(qū)域中的碰撞強度。320-分析損傷的可接受原因基于損傷定位對觀察到的損傷的可接受原因的分析，在如在本非限定例子中描述的確定可能損傷區(qū)域和適當修理包的方法的范圍之外。但是清楚的是,例如,在乘客門基部的碰撞最可能歸結(jié)于乘客用舷梯(〃 jetways")的就位。同樣，如已經(jīng)觀察到的，在這些舷梯上方可展開的軟蓬的金屬支撐結(jié)構(gòu)可能是造成在左側(cè)門上方處的碰撞的原因，這是由于它們在展開時迎風和在夜間集冰。因此，在該方法的一實施變型中，在轉(zhuǎn)移到簡化數(shù)字模型上的階段的子步驟320中對于編列的損傷的一部分，可將它們歸結(jié)為已知原因，這些已知原因例如屬于預定的原因列表。這種歸因可以自動地實現(xiàn)，例如使用一種分析算法，其利用數(shù)據(jù)庫以主要分量的方式分析主要由損傷在飛機參考系中的位置(例如與乘客門角度有關(guān)的參考系)、它們的尺寸、它們的形狀類型和它們的強度為特征的損傷。該類算法在同一片點云中將可能歸結(jié)于同一原因的相同的形狀、能量和位置的損傷予以突出，并將可能在飛機上的同一區(qū)域中、但強度或形狀(或這些因素的任何組合)不同的損傷擱置在一邊。在這種情況下，對原因的認識可以確定在基準飛機與新飛機之間外推碰撞位置的模式。
實際上，作為解釋性例子，尺寸固定的機場車輛相對于目標接觸點(例如乘客門或貨艙)的相對定位，以統(tǒng)計方式根據(jù)概率規(guī)律引起遠離該接觸點的損傷，其參數(shù)(例如平均值和標準偏差)與機場車輛的尺寸有關(guān)，但是其在新飛機上的位置相對目標接觸點保持是相同的(例如門的角度)。換句話說，對歸因于機場車輛或機場裝置的損傷，這些損傷的位置則看來與機場車輛或機場裝置的尺寸有關(guān)，這些機場車輛和機場裝置大部分與它們服務的飛機的大小無關(guān)。相反，其它損傷直接相關(guān)于飛機的大小、和典型地飛機發(fā)動機的體積尺寸，其迫使車輛的通過線路遠離發(fā)動機和機翼。另外，由識別出的原因?qū)е碌呐鲎驳膹姸纫蚨强深A見的，盡管該強度具有一定的變化性。
因此，解釋至少一部分所述損傷的原因的階段可以允許提高對新飛機上的損傷的預測。但是，在本實施例中，本說明主要關(guān)注于損傷位置的統(tǒng)計分布和它們的特征，例如尺寸和強度。因此，每個損傷的強度也轉(zhuǎn)移到基準飛機的簡化數(shù)字模型上。例如，該強度用于允許從金屬飛機向復合機身飛機外推。330-損傷的修形廓在子步驟330中，對于公司在損傷記錄表中報告的每個損傷，首先描繪出(圖2)它所報告的實際輪廓，然后描繪出它的呈橢圓形的近似輪廓、和相關(guān)的“修形廓區(qū)”?？衫斫獾氖牵扌卫獏^(qū)基本對應于在對損傷進行相應修理作業(yè)時應更換的區(qū)。修形廓區(qū)構(gòu)成損傷區(qū)域的初次處理。在本例中，修形廓區(qū)的輪廓與相鄰的子結(jié)構(gòu)零件(例如桁梁和框架)平行。但是，修形廓區(qū)可以選擇成圓形狀(這對使用“CFRP”復合蒙皮的飛機的情況是希望的，以便進行粘接修理)，或者選擇成是可被判定為適于修理的其它任何形狀。根據(jù)一簡單標準，一修形廓區(qū)可以囊括多個與同一文件有關(guān)的、即與同一碰撞事件相關(guān)聯(lián)的損傷，所述簡單標準即例如這些損傷相互間隔不到一個桁梁間距和不到1/2個框架間距(或任何其它預先選擇的距離閾值)。優(yōu)選地，在損傷轉(zhuǎn)移步驟300中應處理總數(shù)為幾百份的基本損傷記錄表。這些數(shù)量被判定為足以保證這樣產(chǎn)生的取樣是有意義的，因此允許綜合步驟400中必需的統(tǒng)計處理。340-將損傷區(qū)域外推到新飛機上繼而，在把基準飛機上觀察到的作為新飛機上的可接受損傷的損傷外推時，把在步驟300時產(chǎn)生的損傷數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到新飛機的數(shù)字模型上。要注意的是，因此優(yōu)選地，用與基準飛機的數(shù)字模型相同的數(shù)字繪圖軟件開發(fā)新飛機的數(shù)字模型。清楚的是，所述外推在于把基準飛機上編列的損傷移到新飛機的簡化數(shù)字模型上?？紤]損傷的位置和強度(特別是對從金屬蒙皮飛機外推到復合蒙皮飛機是相關(guān)的)、蒙皮和子結(jié)構(gòu)的局部幾何特征、和損傷的原因一如果該原因是在觀察到的損傷的轉(zhuǎn)移階段中已被識別的。
因此，在門附近的損傷的情況下，損傷的定位相對門檻和門的前框架保持恒定，因而它們作為對于兩個數(shù)字模型的固定的基點。該設置可以將例如在機場平臺上的地面作業(yè)時負責將車輛靠近飛機的操作員通常使用的目標作為基標。最后，可以利用預定的系數(shù)，使相關(guān)修形廓區(qū)和損傷的輪廓在尺寸大小方面圍繞它們的中心放大，該系數(shù)例如對應新飛機與基準飛機之間的蒙皮材料的差異，但也可對應被碰撞結(jié)構(gòu)的其它局部特征、例如幾何特征(厚度、到框架的距離等)?；谕ㄟ^對代表性試樣的試驗再校準的模型，建立校正列線圖。在該設置中，使用第一技術(shù)在基準飛機上檢測到的損傷(通過其尺寸確定)的特征在于它的碰撞強度。然后，利用預先產(chǎn)生的尺寸校正列線圖，將參考結(jié)構(gòu)的新的和局部的特征用作輸入數(shù)據(jù)，這允許確定修形廓區(qū)的尺寸校正系數(shù)，以便以基本不變的強度把損傷外 推到另一結(jié)構(gòu)上。繼而，對于在第二技術(shù)中設計的新飛機，得到新的損傷范圍。這樣的列線圖能以本領(lǐng)域已知的方式產(chǎn)生。在圖9作為示意給出列線圖的一個例子。對于材料厚度的不同變化以及從第一類材料到第二類材料的轉(zhuǎn)換(用記為A->C和A->B的曲線束表示)，該列線圖在橫坐標給出碰撞點相對子結(jié)構(gòu)的距離，和在縱坐標給出應用于損傷尺寸的系數(shù)。因此，該設置允許考慮蒙皮材料(例如碳纖維增強塑料即CFRP，其表示英文術(shù)語的“Carbon Fiber Reinforced Plastic”)的更大的敏感性。在一變型中，可以在外推階段時忽略在基準飛機上觀察到的、已經(jīng)在損傷記錄表上判定為“允許損傷”的損傷?；蛘?，將損傷全部都轉(zhuǎn)移到新飛機的數(shù)字模型上，并通過了解所述損傷的強度和局部子結(jié)構(gòu)的性質(zhì)(厚度、距框架的距離、材料、加固件)在該模型上計算哪些損傷是可允許的。則可以從標準修理的確定中排除這些在新飛機上允許的損傷。可理解的是，剛描述的原理對把門附近的損傷從基準飛機外推到新飛機是有效的。清楚的是，對飛機的其它區(qū)域(機翼、發(fā)動機艙等)也可用相似的方式確定外推原理。圖IOa和IOb示出到新飛機的數(shù)字模型上的實際轉(zhuǎn)移。在圖IOa (基準飛機)上看到航空器乘客門的輪廓11、服務車輛?？磕繕?2、基準飛機的外表面13、與損傷對應的修形廓區(qū)14 (通過其相對目標12的位置和其尺寸大小)、車輛移動方向15、和沿車輛移動方向15從修形廓區(qū)起產(chǎn)生的“擠壓”體積16。圖IOb同樣地、但對新飛機示出與基準飛機的相同門對應的航空器乘客門的輪廓
11、新的服務車輛?？磕繕?8、新飛機的外表面17、和設定相同的車輛移動方向15。則轉(zhuǎn)移在于重新計算對于新飛機的外表面17預先校正過的“擠壓”形損傷19的痕跡的截痕。上面已看到，通過使用一列線圖上總結(jié)的系數(shù)進行該校正，這些系數(shù)用于考慮結(jié)構(gòu)的不同的局部特征和材料的變化。“擠壓”形損傷19的軸線與產(chǎn)生損傷的車輛的移動矢量15平行。從中推導出在相對停靠目標的相同位置上所述損傷在新飛機上的新的修形廓區(qū)20。可理解的是，可以基于數(shù)據(jù)庫自動地實現(xiàn)該步驟。在損傷轉(zhuǎn)移步驟300結(jié)束時，得到在選擇的基準飛機上觀察到的損傷的圖，并通過外推得到在新飛機的簡化數(shù)字模型上的最可接受的損傷區(qū)域的圖。步驟400-在新飛機上的綜合在新飛機的數(shù)字模型上的數(shù)據(jù)綜合步驟包括三個子步驟
410-對“修形廓區(qū)”的統(tǒng)計處理；(圖3示意表示的)統(tǒng)計處理410首先允許在尺寸大小分布和修形廓區(qū)位置的方面表征可接受損傷，使得其被外推到新飛機的數(shù)字模型上(在前面的步驟300中進行的外推后)。在圖3中，看到從左邊看的飛機機身I以及擋風玻璃2和乘客側(cè)門3g。這里，集中在門周圍的損傷用它們的修形廓區(qū)7表示。既對于門的下部分(曲線8)，又對于垂直的(曲線9)和縱向的(曲線10)位置的輪廓，圖中示出了沿垂直方向和縱向方向的統(tǒng)計分布規(guī)律輪廓。420-選擇標準修理的分布得到的結(jié)果(平均值、變化率)導向第二子步驟420，確定修理區(qū)域的最小尺寸和最小疊合。如圖4所示，確定典型區(qū)域，表征包含給定百分比的可接受損傷的包覆部，其中所 述圖4示出分別包含在被研究的新飛機的門附近的可能損傷的90%、95%和99%的區(qū)域11、
12、13。還確定每個區(qū)域的內(nèi)容的特征。該特征在于首先保證區(qū)域的統(tǒng)計同質(zhì)性，和保證不僅損傷的位置和尺寸大小而且碰撞強度的變化率、以及損傷性質(zhì)和原因的變化率。在進行綜合的第二子步驟420時，實施多個修理分配方案(修理在這里是指必要時包括子結(jié)構(gòu)的一部分的飛機蒙皮一區(qū)域的更換零件)。在該非限定例子中，考慮兩個方案(圖5和6)。第一方案(圖5)表不小修理的密集分布,第二方案(圖6)表不少量的大修理。實際上，通過采用一組大修理，降低了不能覆蓋大面積損傷的危險性，但對立面是在多數(shù)情況下，修理尺寸與損傷尺寸之間不成比例。在大量的小的標準修理的相反情況下，則存在不能覆蓋幾種特別大范圍的損傷的情況的危險性，但是典型修理尺寸保持更接近損傷的平均尺寸。為了解決這個矛盾，確定損傷的平均尺寸和它的變化率的特征是很重要的，研究兩種極端情況，并在分析結(jié)束時，評價兩種選擇中的每個選擇的適合性(例如成本方面)。如圖7中看到的，在該研究階段還研究了對于粘貼修理的圓形狀的修理(例如對應復合蒙皮材料的情況)。對于兩個方案中的每一個，通過或以成比例的方式或只同時改變其尺寸之一來改變修形廓區(qū)的大小，而進行敏感性研究(圖8)。該研究可以根據(jù)修理的平均尺寸，確定多少比例的損失可以用一組十個標準修理或者用一組二十個標準修理進行修理。可理解的是，該敏感性研究是傳統(tǒng)類型的，通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)進行。在該階段需要考慮研究過程中的新航空器在門周圍的子結(jié)構(gòu)(加強隔框)的特殊性、以及修理之間的覆蓋約束。實際上，標準修理的尺寸和覆蓋應該在總體最佳成本的意義上給出覆蓋最常遇見情況的最佳機會。提出的每個修理的特征在于該修理所覆蓋的外推可接受損傷的比例，因此這涉及通過考慮所有的成本分量(檢查、實施、材料、移除、延遲、停飛)優(yōu)化矛盾因素“與未覆蓋情況的比例的附加成本相比較的大尺寸修理的附加成本”。430-修理原理繪圖最后，一旦相對預定標準確定最佳修理，例如在需要的標準修理的數(shù)量上，則在子步驟430中實現(xiàn)修理原理繪圖。由于門檻和加強隔框在約束方面對蒙皮修理的影響，在該繪圖的子步驟430時考慮門檻和加強隔框，但是它們本身的修理超出本發(fā)明的范圍。本發(fā)明優(yōu)點本發(fā)明的一主要優(yōu)點從現(xiàn)有技術(shù)與根據(jù)本發(fā)明的方法的對比中體現(xiàn)出來。實際上，現(xiàn)有技術(shù)中使用的方法的不足在于統(tǒng)計上高度顯露的區(qū)域，使得(乘客、服務、貨艙)門附近的區(qū)域覆蓋不夠，這就對公司和保險公司產(chǎn)生很大經(jīng)濟影響。
近來對這個問題進行的經(jīng)濟分析可以估算對(每天進行多次周轉(zhuǎn)的)短途飛機的機身前區(qū)部在使用壽命上進行修理的成本達幾百萬美元。該費用的一大部分花費于修理手冊沒有覆蓋的修理和來自于飛機停飛。相反，可以在所考慮的飛機機群(短程飛機)上評價根據(jù)本發(fā)明的方法在縮短平均停飛時間和降低與此相關(guān)的成本方面產(chǎn)生的效益。交付可用的修理包(從修理手冊中提取)目前需要12小時(快遞小包裹)到72小時(但進入小型廂式貨車的大包)之間。另外，對于修理手冊沒有覆蓋的特殊修理，要求一完整周期(確定、計算、審批和零件制造)的大修需要一到兩個月的期限，但是臨時修理則就對損傷區(qū)域就地進行，使得在這兩個月期間飛機不停飛。這些臨時修理要求為一周的一周期。因此，在停飛上的差別為大約每次修理五天，但是相當經(jīng)常地在門角的情況下，修理如此復雜，使得一下子就將其列入大修類別中。知曉的是在飛機壽命中，在門角的強受威脅區(qū)域中的平均修理數(shù)估計為20-25次(短程飛機每天周轉(zhuǎn)十次)，即大約每年修理一次，從而在五天中妨礙飛機運營，在飛機的壽命期間，公司在每架飛機上實現(xiàn)的節(jié)約可能超過一百萬歐元。還應將制造商實現(xiàn)的總額相當?shù)墓?jié)約加在該節(jié)約上。實際上，通過進行全覆蓋修
理(r6paration enveloppe)的相同原理-其中每種修理覆蓋整個機群規(guī)模上的大量情
況，則可以減少應進行設計畫圖、計算和審批的修理的總數(shù)。能以相同的比例減少負責修理繪圖和與公司接觸的部門的工作負荷。所述方法的另一優(yōu)點是，例如在門周圍的損傷的情況下，經(jīng)營飛機的公司不再必須求助于制造商。因此，飛機避免經(jīng)過郵件交換(以確定、然后確認損傷范圍)、計劃制定、修理計算和最后修理審批的漫長過程，因為修理手冊中則存在有修理方案。還使得修理包是可用的，這些修理包可以覆蓋在飛機壽命中遇到的情況的一確定部分。整體上說，通常估計飛機上出現(xiàn)的損傷的大約80%被包括在修理手冊(SRM)中。但是，由于飛機在長時間中的停飛，因而20%的損傷所產(chǎn)生的成本仍顯得比其它80%損傷的成本明顯要高。因此希望把盡可能大的數(shù)量的損傷發(fā)生都包括到修理手冊中，這些修理則由經(jīng)營公司負責。本發(fā)明的實施還避免雙重修理(可以使飛機重新投入運營直到規(guī)定的停飛例如重大檢查的臨時修理，然后是大修)。如果在飛機壽命過程中相同區(qū)域多次被撞擊，則可以多次更新修理(過渡到更大的固定件直徑和/或修理尺寸)。因而必要時使用相互包含的“嵌套式(gigognes)”修理。最后，按照通過考慮在相同碰撞條件下的材料性能差異即材料對損傷尺寸和損傷性質(zhì)的影響來實現(xiàn)損傷的外推，對具有相似運營條件(每個壽命的周轉(zhuǎn)數(shù))、但具有金屬蒙皮的基準飛機進行的分析和數(shù)據(jù)可以用于復合材料機身飛機(或反過來)。標準修理可以顯著地比損傷范圍更寬大，因而它的實施稍長(例如一小時或兩小時)，但是相對于飛機不必比現(xiàn)有技術(shù)(幾天，甚至一周)停飛那么長的事實，該附加時間仍是次要的。本發(fā)明的變型本發(fā)明的范圍并不局限于上面作為例子考慮的實施方式的細節(jié)，而是相反地，其延伸到本領(lǐng)域技術(shù)人員能力范圍內(nèi)的改變。如已經(jīng)提到過的，在開發(fā)中的新飛機的情況下提出的、根據(jù)本發(fā)明的方法意味著的合理預測方法還可用于已經(jīng)運營中的飛機的支持階段。在這種情況下，不需要子步驟340中提到的外推階段。
所描述的過程可以通到多種策略I)選擇有許多覆蓋的小修理；2)選擇有中等覆蓋的大修理；3)結(jié)合這兩種情況。實際上，這是對損傷尺寸的統(tǒng)計學上的深入認識、以及因而決定更好策略的子結(jié)構(gòu)所強加的約束及其局部更換。如果統(tǒng)計分析顯示損傷尺寸具有很強的變化性，則還可以用兩組修理尺寸以雙重規(guī)模工作。在本發(fā)明的一實施變型中，損傷轉(zhuǎn)移階段300還包括對在基準飛機上識別的并轉(zhuǎn)移到其簡化數(shù)字模型上的損傷的區(qū)域進行統(tǒng)計分析的子步驟。該類分析的目的是把損傷自動地歸結(jié)于預定的原因。例如，本領(lǐng)域已知類型的這種統(tǒng)計分析可以明確一些相距大約登機舷梯寬度的損傷區(qū)域。在這種情況下，外推的損傷區(qū)域在新飛機上仍保持隔離開，與新飛機本身的尺寸無關(guān)。相反，與乘客門本身的開口有關(guān)的損傷具有大小與門在新飛機上的尺寸成比例的可能區(qū)域。在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實施變型中，所述方法包括在飛機處于開發(fā)階段時提出飛機結(jié)構(gòu)變化的步驟500。在確定可能損傷區(qū)域的方法納入新飛機設計方法中的情況下，該變型是可考慮的。則從實施確定可能損傷區(qū)域的方法中推出飛機結(jié)構(gòu)的變化，尤其是以便加強這些區(qū)域；方便其維修，例如保證可以將修理給入小尺寸的區(qū)域中；或者，使敏感設備遠離受威脅區(qū)域。換句話說，因此，從飛機設計起，在非?？赡苁芘鲎驳牟课患訌婏w機，和在這些部位使其是可容易修理的。則該設置可以通過結(jié)構(gòu)的局部強化，將可能發(fā)生的損傷減小成允許損傷。通過在允許損傷存在時結(jié)構(gòu)具有仍可接受的殘余強度(認證要求)的事實，來確定所述允許損傷。當然，碰撞強度越大，則在給定的結(jié)構(gòu)點超過可接受的限度并應現(xiàn)場修理的可能性就越大。這次，這涉及提高結(jié)構(gòu)的牢固性，使得在其尺寸確定階段所述損傷仍保持在可容許的限度內(nèi)對于給定強度，可以在某些點加強出現(xiàn)損傷的結(jié)構(gòu)的強度，以使得損傷仍保持在可容許的限度內(nèi)，即如果任由損傷保持狀態(tài)，所述損傷能夠耐受設定的負荷水平。已經(jīng)針對飛機蒙皮的修理描述了本方法的實施方式。但是，仍清楚的是，可以更普遍地對于飛機結(jié)構(gòu)中深度進行的修理實施類似的方法，甚至還預測腐蝕 損傷。
權(quán)利要求
1.用于被研究航空器的預定區(qū)域的修理包的設計方法，所述修理包每個都包括具有預定形狀和預定尺寸的零件，所述零件適于安裝到現(xiàn)有結(jié)構(gòu)內(nèi)，以代替包括意外損傷區(qū)域的對等的形部件，其能被移除或不被移除， 其特征在于，所述設計方法包括 一根據(jù)預定標準選擇與所述被研究航空器對等的基準航空器的步驟100，其中所述預定標準特別考慮以飛行次數(shù)或小時數(shù)表達的航空器壽命，所述基準航空器必要時與所述被研究航空器類同； 一統(tǒng)計在所述基準航空器上、在被研究區(qū)域中以前報告過的代表性的意外損傷的步驟300 ； 一產(chǎn)生一系列標準化修理包的步驟400，根據(jù)對在所述被研究區(qū)域中最可能的意外損傷的估計來優(yōu)化所述一系列標準化修理包。
2.如權(quán)利要求I所述的設計方法，其特征在于，統(tǒng)計意外損傷的步驟包括這樣的子步驟310 :將損傷記錄表中識別的統(tǒng)計上有意義數(shù)量的損傷轉(zhuǎn)移到被研究航空器區(qū)域的數(shù)字模型上。
3.如權(quán)利要求2所述的設計方法，其特征在于，所述設計方法另外包括修形廓子步驟330，在所述修形廓子步驟中，對于每個意外損傷，表示出一相關(guān)聯(lián)的“修形廓區(qū)”，所述修形廓區(qū)基本對應維修作業(yè)時應修理的區(qū)域，根據(jù)形成航空器局部結(jié)構(gòu)的材料類型，選擇所述修形廓區(qū)的輪廓形狀矩形、圓形、三角形等。
4.如權(quán)利要求3所述的設計方法，其特征在于，如果與同一損傷記錄表相關(guān)的多個意外損傷之間的距離小于預定值，例如不到I個桁梁間距和不到1/2個框架間距，則把同一修形廓區(qū)關(guān)聯(lián)到與同一損傷記錄表相關(guān)的所述多個意外損傷。
5.如權(quán)利要求2至4中任一項所述的設計方法，其特征在于，所述設計方法另外包括這樣的子步驟320 :把每個所述意外損傷的可接受原因關(guān)聯(lián)到所報告的意外損傷的至少一部分。
6.如權(quán)利要求5所述的設計方法，其特征在于，在子步驟320中，通過統(tǒng)計處理進行將原因與意外損傷區(qū)的關(guān)聯(lián)。
7.如權(quán)利要求2至6中任一項所述的設計方法，其特征在于，所述設計方法另外包括這樣的子步驟340 :把所述基準航空器的意外損傷向新航空器外推。
8.如權(quán)利要求7所述的設計方法，其特征在于，在將意外損傷向被研究航空器外推的子步驟340時，利用蒙皮材料的相對敏感性的特征校正系數(shù)，使所述修形廓區(qū)和所述損傷的輪廓在尺寸上圍繞它們的中心增大。
9.如權(quán)利要求3至8中任一項所述的設計方法，其特征在于，產(chǎn)生所述一系列標準化修理包的步驟400包括以下子步驟 410-對與轉(zhuǎn)移到被研究航空器區(qū)域的數(shù)字模型上的意外損傷相關(guān)聯(lián)的修形廓區(qū)進行統(tǒng)計分析，從而允許在修形廓區(qū)位置、尺寸分布方面確定所述意外損傷的特征； 420-根據(jù)一預定標準產(chǎn)生和評價多個修形廓區(qū)覆蓋方案，每個覆蓋方案與預定的一組修理包尺寸相關(guān)聯(lián)；和選擇優(yōu)化所述預定標準的覆蓋方案。
10.如權(quán)利要求9所述的設計方法，其特征在于，統(tǒng)計處理的子步驟410的結(jié)果(修形廓區(qū)位置和尺寸的平均值和變化率)用于通過根據(jù)至少一預定標準確定具有預先選擇的形狀的修理區(qū)域的最小尺寸和最小疊合，產(chǎn)生第一覆蓋方案。
11.如權(quán)利要求10所述的設計方法，其特征在于，在子步驟420中，對于每個所產(chǎn)生的覆蓋方案，通過或以成比例的方式或同時只使其一個尺寸改變來改變修形廓區(qū)大小，而實施敏感性研究。
全文摘要
用于航空器的外部/內(nèi)部結(jié)構(gòu)的預定區(qū)域的修理包的設計方法，每個修理包包括預定尺寸和形狀的零件，所述零件適于位于現(xiàn)有外部/內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)，以代替包括損傷區(qū)域的對等的形部件，其能被移除或不被移除，該方法包括產(chǎn)生一系列標準化修理包的步驟，所述標準化修理包系列根據(jù)對在所述被研究區(qū)域中最可能的意外損傷的估計進行優(yōu)化。
文檔編號G06F17/50GK102741846SQ201080062809
公開日2012年10月17日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者A·加利奧, G·塔杜 申請人:空中客車公司, 空中客車運營簡化股份公司