教練機跨代中的保障設備研究

阿西達，巴 洪，王彥曉，沈衛東

（航空工業洪都，江西 南昌，330024）

0 引言

按照《裝備綜合保障通用要求》，保障設備是指使用與維修裝備所需的設備，包括測試設備、維修設備、實驗設備、計量與校準設備、搬運設備、拆裝設備、工具等，是綜合保障要素之一。初級教練機與高級教練機都配備了可滿足飛機全壽命周期內保障工作需求的保障設備，經過外場多年的使用驗證及持續的優化改進，客戶逐漸建立了對多項設備相對固定的操作方法和使用習慣。隨著保障設備的不斷創新和“三化”要求的加強，經客戶反饋，存在早期為初級教練機研發配備的保障設備能滿足使用需求，但其設計理念和加工工藝已不適應現在的需求，并與高級教練機的多項設備銜接度較差的問題。本文對上述兩型飛機配套的典型保障設備進行介紹，結合具體實例展開提高保障設備銜接性的分析，并針對跨代培養模式中保障設備的設計工作提出問題和解決方法。

1 典型保障設備及銜接性分析

1.1 初級教練機典型保障設備

某型初級教練機是我國自行設計和制造的串座式、單發、下單翼初級教練機，可完成第一階段飛行的全部訓練科目。

因其保障需求較小，配備的保障設備數量較少。包括用于防護的各類布套、系留裝置、各類保護罩、輪擋，用于止動活動部件的鎖緊夾和弓形夾，用于牽引的牽引器，用于輔助的加油凳和腳踏板，用于頂起飛機的各千斤頂，及其他針對該機型設計的夾具等隨機設備；專用工具部分配備了拆裝上位鎖應急活門扳手、裝卸前主輪軸之專用扳手等專用工具；通用工具中包括多規格、多類型的扳手、起子等貨架產品。

在保障設備中，部分專用工具及隨機設備具有較強的針對性，如布套依據飛機外形制作，包括空速管布套，左、右外翼布套，座艙布套，垂直、水平尾翼布套，主起落架機輪布套和機身布套，使用時各部分采用粘扣連接，并在連接處用縫在邊緣的布帶綁系牢靠；千斤頂包括頭部千斤頂、中翼千斤頂和機身尾部千斤頂（見圖1～圖3），其升降部分為螺桿結構，支托部分沒有采用典型的頂窩或頂頭結構，而是依據飛機頂起位置的結構進行設計。頭部千斤頂的支托部分為托架形式，中翼千斤頂的支托部分為懸臂伸出的頂頭，機身尾部千斤頂與飛機尾撬配合，可“套”在尾撬支承處；手拖牽引器和配合牽引車使用的牽引器依據輪軸處的結構尺寸做成叉狀連接形式，見圖4；輪擋的主要結構為可與輪胎貼合的弧面及可抓地的錐狀末端；加油凳和工作梯依據使用工況的人機工效要求設計了合適的步長和高度；系留裝置由鋼索和調節板組成，調節板上設有孔洞，可實現鋼索以不同的長度張緊。

圖1 初級教練機頭部千斤頂

圖2 初級教練機中翼千斤頂

圖3 初級教練機機身尾部千斤頂

圖4 初級教練機牽引器

1.2 高級教練機典型保障設備

某型高級教練機為串座、兩側進氣、中等展弦比、前三點式起落架布局，具有多種外掛構型，具有良好的飛行性能和教學基礎。采用三軸、四余度、數字式、全權限電傳飛行控制系統，在整個飛行包線范圍內有良好的飛行品質、優良的機動能力以及和緩的失速特性，起飛和著陸速度低，滑跑距離短，飛行平穩，容易教學。

高級教練機配備的保障設備較多，隨機設備分為機械、航空軍械、特設、綜合航電四類，隨機工具分為機械、軍械、特設、綜合航電和通用工具五類。

在隨機設備中，機械部分包括掛梯（見圖5）、輪擋、各類防護堵蓋和防護罩、活動部件固定夾、系留設備、安裝輔助設備、充氣放氣設備、注油放油設備、測壓裝置和氣密檢測裝置等；軍械部分包括各類托架和吊具、校靶設備、軍械設備的各類保護套等；特設包括便攜式多功能測試設備（見圖6）、氧氣設備試驗器、電氣系統適配箱等；綜合航電包括綜合數據記錄地面站、總線信號監控儀、外場檢查儀、羅差方位儀、平顯校靶儀等。

圖5 掛梯（主梯部分）

圖6 高級教練機便攜式多功能測試設備

在隨機工具中，各工具依據不同專業的需要進行分類，包括機械常用箱、飛控系統油管拆卸工具箱、平尾拆裝工具箱、百分表、黃油槍、多規格和多類型的鉗子、起子、扳手等。工具箱和常用箱通常包含通用工具，部分含有專用工具，專用工具為解決特定需求而設計。

1.3 保障設備銜接性分析

上述初級教練機配套的典型保障設備具有簡單實用的特點，由于該機型服役較早，部分保障設備的設計理念和加工工藝已不符合主流要求。

經客戶反映，該教練機配套的保障設備目前主要存在以下問題：工作梯、接油車車托樣式老舊，易生銹；千斤頂漆面噴涂粗糙易脫落；輪擋、牽引桿過于原始笨重，使用不便；蒙布布面粗糙，易劃傷飛機表面涂層。

結合研發高級教練機保障設備的經驗，對以上問題進行分析，可發現上述設備具有較大的改進空間。同時，高級教練機在飛控系統等方面與初級教練機具有較大區別，在初級教練機直上高級教練機的跨代培養中，保障設備的銜接性必然會影響該模式的培養效率。以保障設備可以完全兼容初級教練機與高級教練機的保障需求作為理想狀況，對兩型飛機保障設備的銜接性進行分析如下：

1）隨著不銹鋼材料的發展和焊接技術的改進，目前保障設備中越來越多采用不銹鋼作為原材料，避免了長期使用生銹的問題；對布罩等防護性非金屬材料，近年來采用的防水防紫外線且表面柔軟細膩的布料制作的各類蒙布和保護套，可有效避免劃傷飛機表面漆層，且購買渠道通暢，性價比較高；

2）隨著對保障設備的防腐蝕性等性能提出更高的要求，使之可在更嚴酷的工況下進行作業，初級教練機研發時期采用的涂漆工藝已落后，易在長期使用中產生脫漆等問題，烤漆工藝由于具有不易脫落的優勢已得到廣泛應用；底漆和面漆材料近年亦有突破，青島化工研發的底漆和面漆對海洋環境適應性較佳，值得推廣；

3）牽引、頂起等飛機常用作業所需的設備，可結合”三化”要求進行兼容性設計，目前市面上已有可以多機型通用的電動牽引器，使用方便，操作簡單；千斤頂的通用設計也在研發中，標準化牽頭單位已在規劃相關標準，有望明確統一的頂起接口，將不同載荷和頂起高度要求的千斤頂從多項設備統一為一項設備搭配多個接頭的形式；

4）加油凳、工作梯等輔助設備，可將載重和高度較為接近的設備進行統一設計，或采取折疊結構以滿足不同工況要求；在材料方面可采用復合材料如CFRP，可在滿足強度的基礎上顯著減輕重量；

5）初級教練機的系留設備長度調節功能不方便使用，僅能實現幾種固定長度。目前的主流方式是鋼索采用正反螺紋調節器進行調節，非金屬吊裝帶和鏈條可采用專用的調節器，使用安全可靠；

6）高級教練機隨機工具中的貨架產品類型較初級教練機更為豐富，使用方法等不存在較大的特殊性；專用工具由于具有較強的針對性，實現銜接的可能性較小。

與初級教練機相比，高級教練機的隨機設備中包含大量電子產品，其主要由軟件和硬件構成。根據研發高級教練機所配的多功能測試設備的經驗，將多系統的測試維護需求集成在同一硬件內的可操作性較強，在不影響作業效率的前提下能顯著減少保障設備的數量。將這一思路應用于跨代培養中，維護人員的培訓成本會顯著降低。

從以上分析可知，初級教練機目前配備的保障設備從對跨代培養的積極影響方面具備優化改進的價值，尤其是可將高級教練機保障設備應用的成熟技術“反向”運用于初級教練機，不僅可提高跨代培養的效率，還可促進保障設備的迭代發展。

2 跨代培養中保障設備的研發

2.1 確定需求階段存在的問題和解決方法

目前保障設備的研發采取如下模式：

各專業組提出設備需求——需求匯總——合并相似需求——設備研發。在這一過程中，主要存在以下問題：

1）使用時機不夠明確；

2）使用工況不夠明確；

3）不易判斷設備之間的使用時機和使用空間是否沖突。

在跨代培養中，上述問題會更為復雜，僅僅基于經驗進行規劃易產生遺漏。同時，保障設備的研發是不斷迭代優化的過程，當多方需求同時提出，如何科學、高效地對此進行匯總分析具有一定的難度。

目前在這一過程中，由于缺乏主動的迭代過程，只有在研發中碰到具體問題時才會進行二次或多次協調，不利于設備的研制，并容易影響設備的生產周期和試用情況。

解決方法之一是將初期的分析結果反饋給提出需求的設計人員，尤其是使用時機接近或重合、使用工況較為復雜及具備集成可能性的設備需求，需提醒相關人員特別注意，務必進行充分地討論。必要時該過程可重復2～3次，直至需求及相關接口已具備形成落地文件的規模。

解決方法之二是康曉明等人提出的多階段保障設備種類歸并優化方法，該方法基于數學規劃中的動態規劃思想，為解決研制階段復雜裝備的研制主體面向大量保障設備的種類優化問題，提供了理論支撐。相較于以往基于設計人員個人經驗的方式，該方法優化目標明確、計算方法簡單，因此易于應用，但對相關設計人員的水平有較高要求。

2.2 設計階段的創新性

積極引入新材料、新工藝和新技術，是保障設備研發創新的重要手段。

在新材料上，例如將Q235A材料的輪擋改為不銹鋼材料，不僅加強了強度特性，而且提高了防腐蝕性能；掛梯由硬鋁改為密度低、強度高的CFRP，使得掛梯的搬運和使用更為簡便，并且外觀更加美觀；

在新工藝上，千斤頂地腳處與地面接觸的橡膠采用了硫化的方式與地腳金屬件相連，該方式可使橡膠與金屬件緊密結合，不易脫落；

在新技術上，相關單位將傳統的平顯校靶方式改為傳統結合軟件電校的方式，使校靶更為方便和準確。

關于保障設備的創新，石偉等人從技術層面、管理層面進行了原則性分析，并提供了機制體制創新、建模與仿真技術應用、推廣交互式電子手冊和建立激勵制度四條思路，具體的應用方式需要設計部門協同管理部門不斷摸索前進。

3 結語

初級教練機直上高級教練機的跨代培養經過實踐證明行之有效，大大縮短了飛行人才的培養周期，大幅提高了訓練效能，然而其中相關保障設備的研發在各個層面依然有較大的改進空間，對此進行總結、思考和研究對提高該模式的培養效率具有積極意義。