军用飞机维修面临的挑战与发展前景

美国负责采办、技术和后勤的国防部副部长在2002年6月12日的备忘录中通知国防部其他领导,国防部商务创新委员会批准TE08创新项目”用于预测、诊断、测试和培训的嵌入式测试仪器”。嵌入式测试仪器是后勤改革过程的关键工具,保证即时维修和供应的实现;它在系统测试中能更准确确定系统的工作状态,并为人员提供现场培训的机会;最终将提高国防部装备的战备完好性,并降低使用和保障费用。美国国防部要求工业界寻找革新的方法,在复杂系统测试中监控系统性能,改进预测和诊断系统故障的方法,减少诊断时间以及改进对维修人员的培训。特别是现役武器系统使用寿命延长,新系统采购减少,美军迫切需要通过减少使用和保障费用来增加新系统的采购。减少使用和保障费用的一种有效的方法是减少故障检测时间和修理费用,并提高维修人员的技术水平和维修效率。嵌入式测试仪器不仅可以减少维修费用和使维修更容易,而且可以显着降低系统停机时间并与更有效的后勤系统相结合,提高系统的战备完好性和部署机动性。(中国航空信息中心
曾天翔摘自《Journal of RAC》2002.第三季度)

Challenges and Prospects of Military Aircraft Maintenance◎ 曾天翔
张宝珍/航空工业发展研究中心讨论了以美国为代表的军用飞机维修面临的困难与挑战,分析了军用飞机维修的发展前景。采用两级维修和信息技术,飞机隐身涂层材料与工艺的改进和机载状态监控系统的应用,显著地减少飞机维修时间与费用。随着新一代军用飞机的研制,其维修技术正在发生变化。未来的战斗机及其他军用飞机将更加灵巧、更加可靠并且更容易部署和保障。在新一代飞机进入服役的同时,老的飞机至少还要服役20年。因此,老龄化飞机的维修将变得更加复杂和困难。在这种新老交替的时期,防务计划界和维修界增加了不少新的概念,如”预先维修”、”基于性能的后勤”、”灵活持续保障”和”自主式后勤”等。这些概念体现了开展军用维修的新途径,这将使得军用飞机的维修更快、更好和成本更低。军用维修业务日益扩大,据美国后勤管理研究所估计,美军每年在维修上的花费高达200亿美元,其中一部分用于飞机维修,这些费用包括从基层级到基地级各级的维修费用。基地级大修费用为80亿美元,大约一半的基地级维修由私营企业完成,其余由政府机构完成。私营公司很少从事基层级维修,但他们提供基地级修理用的零部件和元器件。军用飞机维修面临的难题与挑战1.
老龄化与备件的挑战老龄化飞机维修最大的难题是腐蚀。据美国政府资助的研究表明,美国国防部每年用于与腐蚀有关的费用为200亿美元,涉及美国国防部的采购、科研和维修费用等各个方面。虽然飞机腐蚀仅占其中的一部分,但它是专家们十分关注的问题。诸如已服役50年的B-52战略轰炸机和服役40年的KC-
135加油机,其老龄化装备需要通过增加维修工作来保持飞机的结构完整性。备件是另一个头痛的难题。许多零部件由于过时淘汰已不再生产了,维修基地必须设法找人制造或者由维修基地自己制造。根据LMI估计,这导致材料费用增加,从占基地维修费用30%增加到目前的40%,而且在基地修理中,不仅需要维修技术,工程技术也变得更为重要。节省维修费用的一条出路是采用先进的诊断和预测系统来预测故障,但需要安装各种传感器。该技术已用于老飞机的改装,但是在实际实施时,故障诊断与预测系统安装的工程难度很大。此外,最好的诊断与预测系统至少要利用3种数据,包括性能数据、维修数据和使用数据。为发动机提供状态监控与规划维修用的信息技术的美国科学监控公司指出了未来的问题:即使可获得所有的数据,但这些数据有不同的格式而且可能存储在不同的地方。为了进行”健壮”分析,性能数据必须与维修数据和使用数据相连接。老龄化飞机需要更多的维修,而且通常很难预计维修量。美国洛克希德·马丁公司飞机后勤中心主任指出:”当飞机进入老龄期时,可能必须更换你从未预料会出现的故障产品。例如,当你尚未预料到机翼疲劳问题时,很可能就要考虑更换机翼。”由于某些飞机已接近其设计寿命,飞机结构故障与更换会经常出现。2.
海军飞机遇到腐蚀的挑战腐蚀是海军飞机维修面临的最大挑战。在LMALC的修理车间中,美国海军陆战队P-3″奥利安”反潜机进行常规的基地级计划维修时,只有打开飞机之后才能知道需要进行哪些维修工作,其严重问题是P-3长期在海水上面低空慢速飞行带来的盐雾腐蚀。P-3飞机已达到70%的使用寿命,美国原来有250架P-3的机队已经减少到150架,但仍然有大量的维修工作要做。波音公司寿命周期客户保障部总经理认为,”不可预测性是基地级维修车间的最大难题。这是一种世界性挑战,无论是承包商维修还是政府部门维修都必须应对这种挑战。”KC-135加油机共有3条维修线,其中两条由波音公司经营,第三条设在美国犹他州的Tinker空军基地。不可预计的腐蚀及裂纹经常使这种老龄化的KC-135长时间地停放在维修基地。由于许多零部件特别是航空电子设备的元器件供应商已找不到了,因此,必须实施过时淘汰管理。例如,在设计时要考虑过时零备件的淘汰替换升级等问题,估计老龄化的KC-135加油机的维修负担将继续增大。3.
频繁军事行动及其恶劣环境的挑战频繁的军事行动给军用飞机维修带来了挑战。在沙尘等恶劣环境下长时间剧烈对抗行动,增加了军用飞机的飞行时间而且可能延迟常规的维修工作,使基地修理面临的难题更加严重,负担更重。美国军用战斗机F-14、F-15、F-16、A-10等与KC-135之类支援飞机具有因老龄化而使维修费用增加的相同问题。在海湾战争、科索沃战争、阿富汗战争和伊拉克战争中,这些固定翼作战飞机执行任务的时间一般是在3个月内,但它们的作战飞行小时数相当于平时一年训练的飞行小时数,对飞机结构维修尚未产生重大影响。但是,自1992年”沙漠风暴”之后,这些战斗机的发动机维修问题增加了。此外,军用直升机的维修问题大大增加,因为在过去几次局部战争中,直升机执行任务范围
广、出动强度高,恶劣的沙尘环境不仅增加了直升机维修的工作量,而且增加了其维修难度,有些直升机因维修不善造成故障而坠毁。沙漠恶劣环境是造成美国陆军直升机在阿富汗和伊拉克战争中损坏的主要原因。据透露,美国陆军从阿富汗和伊拉克返回的直升机所遭受的大多数损伤是由这两个国家的恶劣环境条件引起的。至少有90%的性能降级是由风沙引起机身腐蚀和发动机阻塞造成的。美国陆军在2003、2004财年已投资16亿美元,计划到2005年2月,将大约900架直升机恢复到战前状况,以便对从伊拉克和阿富汗返回的下一批飞机及时开始修复工作。目前,陆军正在整修波音的AH-64″阿帕奇”、西科斯基的UH-60″黑鹰”和贝尔直升机公司的OH-58D”基奥瓦勇士”。这些直升机是”伊拉克自由行动”中首轮参战飞机的一部分以及阿富汗第三阶段参战飞机。大部分修理工作正在或者将在10多个陆军基地以及陆军国民卫队所在地展开。那些坠毁的或在战斗中遭受严重损伤的直升机被送往德克萨斯州的Corpus
Christi陆军大修基地进行修复。这些飞机经修理后,仍具有全面执行任务的能力。修复计划具体分四部分:最大的修理活动是检查和修理那些能飞的飞机,将其拆解、清洗、修理、重建后返回部队。在此过程中,美军吸取在阿富汗和伊拉克获得的经验教训,通过发布技术通报的方式来确保采用正确的修理方法和程序。修复计划的第二部分包括坠毁或受到战斗损伤的飞机在远离当地的大修基地进行修理。计划第三部分的关注点放在减轻沙漠对飞机的损伤上,美军为此开发了沙漠工具箱,并正在即将投入战区的飞机上落实该措施。该工具箱包含发动机进气口障碍物过滤器、风挡玻璃罩等工具。过滤器能减轻发动机叶片损伤,降低修理费用。风挡玻璃罩能有效阻挡高吹沙石对风挡玻璃造成的损伤,避免频繁更换大量风挡玻璃。该类工具箱将减少飞机在战场上的停机时间、降低长期费用和增加飞机的战备完好性和固有能力。修复计划的第四部分是改进沙漠环境的维修措施。美军正在逐步建立和落实技术通报。直升机战伤复原办公室也在不断增多,从德国到美国纽约的Drum供应站,再到英国沃什湾正在组建的刘易斯供应站…。
2004年7月,复原飞机陡升至300架左右。这些活动在各战伤复原办公室是同步进行的。当前,美陆军飞机的周转时间从52天到200多天不等。”黑鹰”和”阿帕奇”的平均周转时间约为75~80天,”支奴干”为90天,”基瓦奥勇士”为80天。军用飞机维修的发展前景看好1.
两级维修的出现,减少维修工作量和维修设备新一代军用飞机将设计成更加可靠、更加容易维修和保障,因此将更少被送到车间维修,而且维修时间更短。此外,像F-22、F-35等这些新飞机已从三级维修变成两级维修,即取消中继级维修。采用两级维修后,有故障的产品在外场可以很方便拆卸和更换。在过去10多年中,F-22新一代飞机和F-15E等某些新改型的飞机已取消中继级维修而采用两级维修,证实了两级维修的可行性。飞机机载系统和设备可靠性的提高,以及基于性能的后勤和合同保障等进一步支持向两级维修转变。与两级维修密切相关的技术途径是飞机设计采用了更多综合化的技术数据和综合化系统。来自这些机载综合化系统的数据将有助于培训维修人员、诊断问题、预测故障和当故障发生时辅助查找故障。为了有效实现两级维修,飞机上的测试系统必须减少故障的误指示。现役的老飞机,由于机内测试设备虚警造成的设备误拆率高达40%。如果出现故障误指示,维修人员会把好的部件拆下来并送到后方维修基地进行修理,费时又费钱。但即使有了最好的故障检测技术,仍然必须备有先进的决策支持工具。在拆卸部件之前,维修计划人员必须回答如下问题:部件发生故障的可能性有多大?故障的可能性随着时间延长是如何增加的?故障产生的影响有多大?何时更换部件最佳?2.
应用信息技术,减少维修时间为了实现增加战备完好性和节省费用的目标,要求把非计划维修变成计划维修。据LMI估计,现役军用飞机上大约有60%的维修采用非计划维修,因此,有很大的改进空间。为了把非计划维修变成可预测的和计划的修理,将为维修工作直到供应链的各个环节带来效益。这正是”自主式后勤”要实现的目标。”自主式后勤”是一种有发展前景的技术,F-35新一代战斗机已采用这种设计,它通过飞机内部的传感器检测和报告有关系统的工作循环,预测故障,并将故障信息传输到备件供应点和地面维修站,使飞机上各系统能够及时得到所需的备件并快速进行维修,从而大大地减少地面停机时间和库存备件。据称,F-35将不仅是一架高效的,而且是一架大大减少使用费用和保障费用的飞机,是一架真正重视经济承受性的飞机。便携式维修辅助装置、综合维修信息系统和交互式电子技术手册等信息技术的应用,显著地减少飞机的维修时间,采用先进信息技术的美军F/A-22″猛禽”战斗机受到美空军飞行员和维修人员的青睐。Tinker空军基地的维修人员和飞行员是美空军第一支使用F/A-22进行训练的作战中队。按计划,该中队将于2006年在弗吉尼亚州的兰利空军基地开始使用”猛禽”。他们认为,F/A-22比其他战斗机如F-15更容易使用和维修。维修人员无需进入驾驶舱,仅需将一根电缆从便携式维修辅助装置,(一种膝上型计算机上)联接到飞机左起落架支柱上的一个插孔中,即可接通猛禽的自诊断系统,测试飞机的所有航电系统,甚至站在地面上就能启动辅助动力装置。”猛禽”的自诊断系统比以前的飞机先进得多,能准确确定飞机的哪部分需要修理或更换,从而大大节省维修时间,而现役飞机的自诊断系统通常只能指出大致的故障部位。新研制的战斗机必须降低虚警率和误拆卸率。改进故障检测的一条重要途径是采用信息密集系统和网络中心系统。网络方法意味着分层建立系统,从低层次系统、综合系统到全飞机。改进故障检测的另一个途径是新系统设计、研制和测试的综合化。未来的信息系统应该是模块化的、开放式的和足够灵活的,以便适于不同应用和随经验的积累而不断成熟。3.
改进飞机隐身涂层,减少维修工时早期隐身飞机F-117对机体表面的微小损伤都需要进行大量修理,以便使雷达特征信号反射降低到最小,通常要求高技术水平的专业维修人员进行大量的维修工作,每飞行小时所需的维修工时达150~200工时。F-35通过采用新型隐身材料,使雷达的特征信号大大降低。即使用螺丝刀划破了机身表面,由非专业维修人员仅用几个小时便可有效修复。诺斯罗普·格鲁门公司于2004年4月19日宣布,该公司已首次将一种特殊配方的涂层应用于现役B-2隐身轰炸机,旨在降低B-2的雷达反射信号和飞机的维修时间。这种涂层材料用于替代高频材料,是一种像油漆一样的可喷涂材料,以代替以往的吸波带及吸波腻子,其涂覆工作可以在普通的维修条件下实施。开发这种涂层并不会使飞机的隐身性能发生改变,其主要目的是简化维修,在打开维修口盖时,无需重复吸波带的粘贴、更换等复杂工序。诺斯罗普·格鲁门公司发言人称,B-2轰炸机的隐身特性决定了它对于平滑外表面的严格要求。由于维修的需要,在飞机外表面上维修口盖的周围会有大量的缝隙存在,这些缝隙会产生强烈的雷达波反射进而暴露飞机行踪。为此,需在外表面上的缝隙处覆盖吸波带及吸波腻子以确保飞机的良好隐身性。但是,以往采用吸波带覆盖这些缝隙的效率颇低,耗时费工。新开发的这种喷涂型吸波材料有效地克服了上述缺点,明显减少了维修时间。
B-2翼展为52
.4米,需要约914.4米长的大量的吸波带。取消这些吸波带可将维修时间从数天减至数小时,进而减少停场维修时间。4.
采用机载状态监控系统,降低维修时间和费用F-35战斗机的设计人员集中力量开发性能预测技术来预测故障和剩余寿命,其目的是以预先性维修来替代按要求维修,以便提高战备完好性和降低使用和保障费用。F-35飞机的各个系统都具有故障诊断与预测能力,并且与中央状态管理系统交联,以便诊断各系统的工作状态。F-35的设计人员利用中央状态管理系统把来自不同分系统的数据建立相关性以便解决各种数据的不一致性,同时,也可以减少故障诊断所需的传感器数量。通过故障预测、诊断、检测和隔离,可以对故障的任务影响作出评估。通过评估,可以使系统从故障中恢复,重新建立所需的连接(如采用替代的数据路径),或者在性能下降的情况下工作。对于不能在机上完成的故障隔离,或者在进行维修工作决策前需要机下做的工作,可以由PMA在地面完成。PMA可以通过飞机上的维修接口面板或通过无线的方法与飞机上的故障预测和状态管理软件实现交联。PHM系统通过联合分布式信息系统将信息综合后传给地面的后勤保障系统,据此来判定飞机的安全情况,安排飞机的飞行任务,进行技术状态管理,更新飞机的状态纪录,调整使用计划,生成维修工作项目,分析整个机群的状况。F-35的转包商,如诺斯罗普·格鲁门公司、BAE系统公司等分别负责各种诊断装置的开发。在进行飞机机体初步设计时,F-35的设计人员便把这些诊断装置嵌入到机体内,并且进行迭代设计分析,确保这些诊断装置具有所要求的可靠性。F-35机载状态监控系统在大多数情况下应指出正确的修理信息,在其他情况下将数据传输到地面站进行更详细分析,然后该监控系统自动地提供后勤保障信息。自主式后勤系统在地面准备好保障设备、事先准备好的备件的信息,并向地面维修人员提供他们快速修理所需的信息。机载状态监控系统和自主式后勤系统产生的效果,将大大提高飞机的能执行任务率,并通过降低供应链的压力、减少地面维修人员的技能等级和数量以及减少所需地面设备的数量来降低使用和保障费用。装备先进机载状态监控系统和自主式保障系统的F-35计划于2008年首批交付美国海军陆战队,并在2010年形成初始作战能力。

【据美国防务采办大学网站2015年1月15日消息】,今年1月7日美国国防部负责采办、技术与后勤副部长签署一份备忘录,发布了新版DoDI5000.02采办文件,同时取消了2013年11月25日开始实施的过渡性版本。该新版本落实了国防部发布的三个版本“更佳购买力”倡议中的许多政策和实践。美国国防采办大学后勤与持续保障中心主任Bill
Kobren强调指出:该文件不仅提供了国防采办政策指南,也是供采办专业人员和与之共同工作的使用、计划和情报专业人员用来交付满足作战部队需求以及向美国纳税人交付价值的一种工具。该文件非常重要,所有国防采办专业人员都需要熟悉其内容。从寿命周期后勤和产品保障主任的视角出发,Bill
Kobren鼓励大家密切关注附件6“寿命周期持续保障”的内容。并指出了2013年11月26日颁布的DODI5000..02过渡版与2015年1月7日颁布的该最终版之间的一些更新,附件6中的主要变化有:

在正式版的附件6的2a内容中补充了产品保障经理对项目经理的支持责任;

在2.a.6.增加了软件保障的内容;

对2.a.段内容中有关PBL的内容作了适当修改;

增加了2.a.的相关要求;

增加了2.a.非军事化和报废处置规划的内容;

增加了2.a.相关内容;