基于飛機結構平均搶修時間的軍機搶修性指標分配方法初探

■ 孫法亮 代永朝 郭孝歡/空軍工程大學航空機務士官學校

0 引言

飛機戰(zhàn)傷搶修性（AСR, aircraft combat resilience）也稱為“飛機戰(zhàn)斗恢復力[1]”，是指能夠保證戰(zhàn)傷飛機修理人員在戰(zhàn)爭環(huán)境中，在規(guī)定的時間內將受戰(zhàn)傷的飛機修復到規(guī)定狀態(tài)的一種設計特性。戰(zhàn)傷搶修性是除可靠性、維修性、安全性之外的軍用飛機的另一種新特性，它體現了為戰(zhàn)傷飛機搶修并能夠恢復使用功能的能力大小[2]。

1973年的中東戰(zhàn)爭是飛機戰(zhàn)傷搶修研究的分水嶺。在這次戰(zhàn)爭中，以色列空軍的戰(zhàn)傷搶修發(fā)揮了至關重要的作用，因此，引起了世界各國對飛機戰(zhàn)傷搶修的重視，并相繼開展了大量的研究。我國長期處于和平時期，飛機戰(zhàn)傷搶修研究工作起步相對較晚，但通過努力也取得了一定的成果和進步[3]。提高軍用飛機戰(zhàn)傷搶修能力，從根源上是在飛機設計時，將軍用飛機搶修性與可靠性、維修性、安全性一樣作為飛機的固有特性，實現軍機搶修性的定量設計。前期，已有一些學者已經構建了能夠評價搶修性設計優(yōu)劣的定量參數[4]，但若要將其運用到飛機設計中，還需探索如何將這些定量參數指標分配到軍機各功能層次，從而直接指導飛機設計工作，目前國內的這項工作還基本屬于空白。為此，本文通過對比搶修性和一般維修性的關系，初步探索軍機搶修性分配方法，有利于進一步促進搶修性的工程應用能力開發(fā)。

1 軍機搶修性分配概述

1.1 搶修性與維修性

2005年，我國在對飛機戰(zhàn)斗恢復力的概念及其內涵研究的基礎上，提出了飛機搶修性的概念[4]，即“在預定的戰(zhàn)場條件下和預定的時限內，戰(zhàn)傷飛機經搶修能恢復到執(zhí)行某種任務狀態(tài)的能力”。因此，軍機搶修性實質是針對戰(zhàn)場條件提出的一種特殊的維修性，搶修性與一般維修性既有區(qū)別，又有明顯的聯系，其聯系具體表現如下。

1） 搶修性和維修性都是有關武器裝備維修或搶修的設計特性，都要求維修能迅速、方便、有效。

2） 作為裝備的設計特性，搶修性和維修性都是通過設計賦予裝備容易修理的特性，它們有許多共同的要求，如可達性、互換性、防差錯、標志等，實現這些要求，既有利于一般維修，也便于搶修，二者是一致的。

3） 搶修性和維修性都對裝備保障產生影響，是裝備綜合后勤保障決策的重要考慮因素。

正是有了這些聯系，目前相對比較成熟的維修性理論和工程體系可以在對軍機搶修性分配及其他相關研究時提供較好的參考和借鑒。但在借鑒過程中，更要關注搶修性與一般維修性的區(qū)別。

1） 維修性通常針對的是裝備的自然故障，搶修性則針對的是裝備的戰(zhàn)場損傷。

2） 維修性主要影響裝備的戰(zhàn)備完好性，搶修性則主要影響裝備的戰(zhàn)場損傷再生能力，是裝備持續(xù)戰(zhàn)斗力的重要因素。

3） 維修性研究的一般是平時的標準維修，搶修性更加強調應急搶修措施的運用。

只有把握好維修性與搶修性的聯系和區(qū)別，才能在開展軍機搶修性分配等研究時，借鑒維修性分配的同時做到融會貫通和因地制宜。

1.2 軍機搶修性分配的概念

借鑒維修性分配的概念[5，6]，對軍機搶修性分配的概念定義為：軍機搶修性分配是指，將軍機搶修性指標分配給軍機各個功能層次的各戰(zhàn)傷可搶修單元，為飛機結構設計人員提供搶修性設計指標，以保證飛機結構設計最終符合規(guī)定的搶修性要求。

1.3 軍機搶修性分配流程

在軍機搶修性分配之前，首先要明確分配的搶修性指標，分析軍機搶修性分配相關要素，明確搶修方式與搶修級別，對軍機進行功能層次分析，確定分配算法模型等。結合軍機搶修性分配概念與維修性分配流程，分析搶修性與維修性約束條件的差異，制定軍機搶修性分配流程框圖，如圖1所示。

2 軍機搶修性分配條件確定

2.1 軍機搶修性分配指標的確定

在進行搶修性指標前期論證研究時，已確定的指標包括飛機平均搶修時間Tart、飛機結構平均搶修時間Tsrt、飛機最大搶修時間Tmart等。因為飛機結構搶修工作量占整機搶修的90%以上[4]，所以該搶修性參數是衡量飛機結構設計是否易于搶修的一個重要指標。因此，本文主要選取飛機結構平均搶修時間Tsrt指標，探索其分配方法。

圖1 軍機搶修性分配流程框圖

飛機結構平均搶修時間Tsrt是指“在預定的作戰(zhàn)條件下和預定的作戰(zhàn)時間內，完成可搶修飛機結構損傷的搶修所需實際時間的平均值”。當可搶修飛機有N個可搶修結構件戰(zhàn)傷時，可利用每個結構件在預定的作戰(zhàn)條件下和預定的作戰(zhàn)時間內的戰(zhàn)傷率及其搶修時間計算Tsrt，即

式中，N為軍機可搶修結構件的數量；λgi為第i個結構件的戰(zhàn)傷率；Tgti為第i個結構件的搶修時間。

2.2 軍機搶修性分配要素的確定

軍機搶修性分配要素是指在確定飛機結構平均搶修時間之后，在對搶修性指標分配之前應確定搶修方式、搶修級別及搶修工作流程等。

1） 搶修方式

修復方式不同，修復活動的組成環(huán)節(jié)就大不相同，直接影響參數的分配與預計。對于飛機結構戰(zhàn)傷而言，主要采用應急修復方式，常用的方法為更換修理（包括替代和拼修等）和原件修復。從現役飛機來看，飛機的機體結構可更換的部件較少，即使是可更換的部件，由于受到備件供應的制約，通常也需要對損傷構件進行原位修復。因此，飛機結構戰(zhàn)傷搶修方式主要為原件修復。

2） 搶修級別

依據最新的相關規(guī)定，飛機戰(zhàn)傷采用兩級搶修，即基層級和基地級。搶修級別不同，修理的深度也不同，采用的搶修方法和保障條件差異也很大。根據飛機戰(zhàn)傷搶修規(guī)定，評估后可搶修的戰(zhàn)傷飛機，首先由基層級優(yōu)先搶修。對于基層級無能力修復的損傷，則由基地級支援修復。結構戰(zhàn)傷平均修復時間（SDMТТR）參數的分配與預計應以基層級為對象展開研究。

3）搶修工作流程

搶修工作流程分析的目的是確定從接收戰(zhàn)傷飛機開始到完成飛機結構損傷修復為止的工作環(huán)節(jié)及其相互關系。由于飛機結構材料不同、損傷的部位不同，使相同環(huán)節(jié)的修理用時也不相同，所以修理環(huán)節(jié)及其用時對參數的分配影響很大。基層級搶修工作的一般流程如圖2所示。

2.3 軍機結構功能層次的確定

軍機結構功能層次分析是指在確定飛機結構平均搶修時間指標分配之后，對軍機結構層次進行劃分與分解，目的是找出指標分配的最終落腳點，對于軍機結構的基層級搶修來說，就是應找出戰(zhàn)傷可搶修單元——戰(zhàn)傷可搶修結構件。依據現代飛機的結構設計特點，參考國軍標GJB 368B《裝備維修性工作通用要求》和GJB 3897-99《飛機戰(zhàn)傷評估與修理技術手冊編制要求》的有關規(guī)定，將飛機結構功能層次劃分為四層，最高為結構層，最低為構件層，如圖3所示。在飛機的五類結構件中，只有部分結構件的損傷是可以搶修的，因此必須從部件到艙段確定出基層級可搶修的構件，以及構件的損傷類型和修復措施。

圖2 基層級搶修工作流程圖

圖3 飛機機體層次劃分示意圖

3 軍機搶修性分配模型

3.1 基于戰(zhàn)傷率的分配模型

基于戰(zhàn)傷率的分配思路為：構成機體結構的可搶修構件數量越多、面積越大，越容易被擊傷，戰(zhàn)傷率越高。因此，在確定飛機結構平均搶修時間Tsrt分配值之后，相應構件分配的可搶修構件平均搶修時間TGti值越少；反之，戰(zhàn)傷率越低，分配的TGti值越多。此種分配方法既考慮了飛機可搶修結構件的數量，又考慮了結構件的戰(zhàn)傷概率，適用于飛機結構方案設計和工程研制階段飛機結構平均搶修時間Tsrt的指標分配。可搶修結構件平均搶修時間TGti計算公式為：

式中，TGti為第i個構件的平均搶修時間；Tsrt為已知的飛機結構修時間分配值；nG為可搶修構件的種類數；QGi為第i個可搶修構件的數量；λGi為第i個可搶修構件的戰(zhàn)傷率。

3.2 基于戰(zhàn)傷率和飛機結構設計特征的加權分配模型

基于戰(zhàn)傷率和飛機結構設計特征的加權分配法的基本思路是：在將飛機結構平均搶修時間Tsrt指標分配至可搶修構件時，除了考慮飛機構件的戰(zhàn)傷率以外，還要考慮原位修理的難易程度，并將飛機結構設計特征對修理產生的影響因素轉換為搶修性加權因子，然后按照設計特性的加權因子進行分配。

表1 可搶修構件的搶修性加權因子參考值

可搶修構件平均搶修時間TGti值的分配與構件的戰(zhàn)傷率、構件的種類數、每個構件的數量、搶修性加權因子以及飛機結構平均搶修時間參數的分配值有關，各可搶修構件平均搶修時間TGti值計算公式為：

式中，TGti為第i個可搶修構件的平均搶修時間；Tsrt為已知的飛機結構平均搶修時間分配值；KGi為第i個構件的搶修性加權因子；nG為可搶修構件的種類數；QGi為第i個構件的數量；λGi為第i個構件的戰(zhàn)傷率。

經分析，對于構件的可修理損傷通常采用原位補強的方法修理，初步確立影響構件補強修理的因素主要有構件的材料、結構形式、結構類型和修理的可達性等，初步建立的可搶修構件的搶修性加權因子參考值見表1。

第i個構件的搶修性加權因子KGi的計算方式為：

式中，KGi為第i個構件的搶修性加權因子；Kij為第i個構件的第j個因子項的加權因子值；mG為構件加權因子項數。

4 結束語

軍用飛機搶修性屬于飛機的一種固有設計特性，在前期構建搶修性定量指標之后，只有將這些搶修性指標分配給軍機各功能層次，才能有效指導軍機搶修性設計，實現搶修性的工程應用價值。本文通過分析搶修性與一般維修性的聯系與區(qū)別，借鑒一般維修性分配理論和工程體系，對搶修性定量指標分配方法進行研究和探索，并選取飛機結構平均搶修時間作為定量指標，初步提出了分配概念和流程，確定了分配條件，構建了分配算法模型。對軍機搶修性定量指標分配工作有一定的借鑒意義，對軍機搶修性設計和深化研究起到了一定的促進作用。但在分配方法確定以后，如何開展驗證，以及后續(xù)的搶修性指標預計工作，本文未加研究，有待進一步探討。

[1]Stalcup B J.Тhe need for combat resilience[J]. Processing Annual R& M Symposium, 1986∶489-493.

[2]Hess D H. Modeling aircraft combat damage repair[J].Aerospace America,1992∶5-9.

[3]侯滿義，李曙林.一種軍用飛機戰(zhàn)傷搶修性評價體系[J].航空維修與工程，2006（2）：27-29.

[4]張建華.飛機結構戰(zhàn)傷搶修[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[5]國防科學技術工業(yè)委員會.GJB 451A-2005.可靠性維修性保障性術語[S].

[6]呂川.維修性設計分析與驗證[M].北京：國防工業(yè)出版社，2012.