军用直升机型号规范编写的探讨

恽通世 陈晓东 何 丹

（1.中国航空综合技术研究所，北京 100028； 2.总参陆航部装发办，北京 100012）

GJB 6387–2008《武器装备研制项目专用规范编写规定》是军用直升机编写系统和产品型号规范的依据。它和GJB0.2–2001《军用规范编写规定》的主要区别是：规定了系统规范、研制规范、产品规范、软件规范、材料规范和工艺规范等6类专用的编写规定； 从GJB0.2–2001推荐的25项要求要素补充增加到34项要求要素；为系统规范和研制规范补充了设计验证要求。GJB 6387–2008和GJB 0.2–2001相比，更全面地提出对武器装备研制系统或产品的使用要求，更进一步规定研制系统或产品在研制过程的设计验证。因此，GJB 6387–2008为军用直升机研制项目系统或产品型号规范给出编写依据，促进了编写工作。GJB 6387–2008适用于航天、航空、舰船、核、兵器等5类武器装备使用，主要规定5类武器装备的通用要求。本文重点探讨在军用直升机研制项目中，编写军用直升机系统和产品规范时，如何贯彻GJB 6387–2008的要求，同时有针对性地体现军用直升机的特殊性要求。在分析和总结国外先进国家有关资料和现行有关国军标通用规范的基础上，对军用直升机系统和产品规范中规定以下要求提出一些看法。

1 军用直升机型号规范宜规定的特殊性要求

1.1 生存力

军用直升机要完成作战使命，必须保存自己才能消灭敌人。因此应提出在任务威胁的条件下，如何确保军用直升机生存的使用要求。除了按GJB 6387–2008第6.3.12“隐蔽性”提出“不易被敌方发现、跟踪、识别的能力”的要求，还应提出如何抵抗威胁的具体要求。在规定生存力要求时首先需要明确任务敌对威胁的定义（空中敌对威胁—敌对机型、武器类型等；地面敌对防御威胁—武器类型等），然后规定如何躲避威胁（隐蔽性或易感性）和抵抗威胁（抗损伤或易损性）的能力要求。

GJB 5551–2006《飞机非核生存力通用准则》生存力中规定：第4.5 生存力特性要求 4.5.1 减少可探测性：减少雷达散射截面；红外信号抑制；声响信号抑制；视觉信号抑制；假目标；4.5.2 回避威胁：雷达报警；红外探测。

4.5.3 抑制威胁：电子对抗；杀伤性防御。

4.5.4 对威胁机理的防护：穿甲弹；燃烧弹；高速碎片；爆炸超压。不难看出，主要包括两方面要求，易感性（隐蔽性）和易损性（抗损伤）要求。军用直升机型号系统规范生存力的“易感性”要求可遵循GJB 6387–2008第6.3.12隐蔽性要求；生存力的“易损性”要求主要宜包括威胁识别（雷达报警、红外探测等）、抑制威胁（防御干扰、电子对抗）、地形跟踪和廻避以及抗威胁能力（弹伤生存力、电磁损伤、激光损伤、化学及生物损伤、核武器损伤）和抗坠毁能力。

1.2 任务剖面、任务威胁

军用直升机完成任务的能力，是通过不同任务的飞行剖面（飞行轨迹的平面示意图）来完成的。如运输任务：基地起飞、平飞、到目的地完成一个盘旋空投载荷（或着陆卸下载荷），然后返回基地。主要性能指标为航程和飞行时间。作战寻找和搜救任务：基地起飞、平飞、寻找并俯冲定点悬停、装载生存者（或机组人员下机）、然后返回基地。主要性能指标为作战半径。这里需要根据任务飞行剖面计算剖面中各个飞行状态所消耗的燃油量、飞行距离、飞行时间，最终确定飞行剖面发动机的功率特性和耗油特性等。因此，在军用直升机型号系统规范中应规定预定的任务飞行剖面以及剖面各任务段的燃油消耗量、飞行时间、飞行距离、飞行速度、飞行高度以及发动机状态。另外，需要按任务剖面来确定军用直升机应满足的飞行性能。

军用直升机的任务威胁包括自然环境（气候、地形等）和作战环境（空中武器或地面防御武器攻击）。在军用直升机型号系统规范中应明确预期的威胁（如敌对武器的类型、气候雨量或风力的大小），为确定作战能力（如对敌杀伤力、搜索营救能和生存力等）需要考虑的条件。

1.3 安全性

生存力是避免军用直升机系统由于敌对或环境威胁造成直升机损失、人员伤亡，而安全性是避免军用直升机系统本身故障造成直升机损失、人员伤亡事故的发生。军用直升机系统对安全性有其特殊性要求，例如发动机燃油引起的燃烧、爆炸；飞行控制系统故障造成直升机操纵失控；供电系统故障造成直升机系统不能正常工作；主飞行电子显示屏黑屏无法显示等。因此，军用直升机型号系统规范应对安全关键系统和设备规定安全性要求。

参考国外有关资料，军用直升机型号系统规范安全性要求宜包括以下内容。

1.3.1 定性要求

防事故要求：防火、防爆、防毒、防碎片（发动机等旋转部件包容性）、防人为差错、安全告警等；抗事故能力及化解措施：抗弹击、抗坠毁、耐撞击等，逃逸、救生、营救等；余度要求：余度设计、余度管理；软件安全性要求：软件安全性分析、软件安全性验证与评价、软件及其数据授权更改；安全风险评价：确定关键系统、关键部件的危险项目，按危险可能性等级（危险发生概率）和危险严重性等级（灾难、严重、轻度、轻微）确定危险项目的可接受危险风险指数（不可接受、不希望、评审后可接受、不评审可接受），采取措施使得风险指数达到可接受水平。

1.3.2 定量要求

直升机失事概率（军用直升机每飞行小时损失概率）：由于灾难性（“极罕见”）故障导致直升机失事的概率。

1.4 结构完整性

结构完整性是军用直升机系统为了确保机体以及机载设备结构的承载能力以及结构耐用能力应规定的要求要素。因此结构完整性的目的是要解决两个问题，结构的良好性和结构的耐用性。结构的良好性主要是结构具备预期的承载能力，主要规定结构的强度、刚度等要求；结构的耐用性主要是抵抗由于应力造成结构损伤的能力，通常规定结构耐久性（结构寿命、循环寿命等）和损伤容限要求（剩余强度、裂纹尺寸、裂纹扩展）。结构良好性主要是设计要求，通过研制阶段的设计和验证来实现。结构耐用性多半是使用要求，通过研制阶段的设计和验证来实现。结构耐用性的耐久性定量要求主要是结构寿命或循环寿命，大到直升机系统的使用寿命、发动机的循环寿命，小到作动器、阀门的满行程次数。耐用性要求还可以通过量化可检查的损伤容限（裂纹）来规定。

我国结构完整性国家军用标准有GJB 775.1–1989《军用飞机结构完整性大纲 飞机要求》、GJB2876–1997《飞机结构通用规范》、GJB/Z 101–1997《航空发动机结构完整性指南》、GJB/Z 133–2002《航空电子设备完整性手册》。综合国内外相关标准对航空器结构完整性的规定，建议军用直升机型号规范的结构完整性要求主要包括的内容为结构良好性：强度、刚度、疲劳强度、容器耐压、耐撞性、包容性；结构耐用性：结构寿命、耐久性/经济寿命、循环寿命、损伤容限、耐腐蚀、蠕变。

1.5 可靠性

军用直升机型号规范可靠性要求应遵循GJB 450A–2004《装备可靠性工作通用要求》第4.6.2.2“可靠性参数”以及GJB 1909.5–94《装备可靠性维修性参数选择和指标确定要求 军用飞机》的规定：基本可靠性，任务可靠性，耐久性。结合军用直升机系统特殊需求， “基本可靠性参数”，适用的参数主要包括平均故障间隔时间或平均故障间隔飞行小时。“任务可靠性”，军用直升机有其特殊性要求，适用的参数包括平均严重故障间隔时间、任务失败概率、任务成功概率和任务可靠度。其中任务可靠度是针对一次使用的产品，如空–空导弹。其余3项都是由于故障造成任务中止的任务可靠性要求。但要注意，平均严重故障间隔时间是统计的平均数（按置信度统计），不同任务剖面都适用。而任务成功概率或失败概率是在一定任务持续时间内任务是否中止概率可接受的限制值，随不同任务剖面需要给出加权值。任务可靠性适用于对飞行任务起到关键作用的系统规范，一般产品规范不需规定任务可靠性要求，但上层系统对飞行任务的完成起到关键作用时，系统的下层涉及飞行任务的关键的产品也宜规定任务可靠性要求。举例说明：军用直升机系统，平均严重故障间隔时间应大于1 000 h；在任务剖面续航时间内任务成功概率不应小于0.97。航电系统在任务剖面续航时间内任务成功概率不应小于0.99。飞控系统失效（严重故障）造成任务中止的概率不应超过1×10－4（平均严重故障间隔时间大于10 000h），由于驾驶杆失效造成任务中止的概率不应超过1×10－5（平均严重故障间隔时间大于100 000 h）。

军用直升机对耐久性也有特殊性要求，适用的参数主要包括总寿命、使用寿命、使用期限、工作寿命、循环寿命、储存寿命和首翻期。使用寿命定义为“产品使用到无论从技术上还是经济上考虑都不宜再使用，而必须大修或报废时的寿命单位数”。军用直升机系统，“技术上”主要指可靠性、维修性、测试性、环境适应性等不再满足适用性要求；“经济上”主要指修理费用不宜再承受。使用寿命是军用直升机系统、分系统或产品常用的耐久性参数。军用直升机系统内不可修复产品，一般规定使用期限耐久性参数。结构承受反复应力的产品，大到发动机，小至伺服作动器，均应规定循环寿命耐久性参数。首翻（大修）期更是军用直升机系统必须规定的耐久性参数，低层次机电产品（如航空地平仪）也可规定首翻期要求。

1.6 维修性

军用直升机型号规范维修性要求应遵循GJB 368A–1994《装备维修性通用大纲》第4.4“维修性定量要求”和第4.5“维修性定性要求”。在遵循GJB 368A–1994规定的原则下，参考国外有关资料以及结合军用直升机的特殊需求，经剪裁后适用的维修性参数主要包括：定性要求—可达性、可更换性、可拆卸性、可检查/测试、防差错、维修安全性、降低维修技能和战斗损伤修复能力。定量要求—平均修复时间（MTTR）、最大修复时间、平均更换时间、维修工时和维修人力。

1.7 保障性

军用直升机型号系统规范保障性要求应遵循GJB 3872-1999《装备综合保障通用要求》第4.3“保障性定量和定性要求”和附录A2“保障性要求”。在GJB 1909.5-1994《装备可靠性维修性参数选择和指标确定要求 军用飞机》中可靠性和维修性综合参数“可用度”，包括使用可用度、固有可用度、出动架次率、再次出动准备时间等，均为保障性（战备完好性）的定量要求。保障性是一种能力，如战备完好性和战时利用率，它们是由设计和保障资源共同形成的。消化分析有关国外军用航空器系统规范对保障性的规定，建议军用直升机型号系统规范保障性要求宜包括：定量要求：作战可用度、固有可用度、执行任务率、出动架次率、战斗再次出动准备时间等；定性要求：根据系统的维修级别确定保障系统及资源（备件、地面标准设备、训练、资料和人力）的需求，以及特殊保障要求（如海上、沙漠条件执行任务）等。

保障性定量要求和可靠性、维修性指标密切相关，三者之间需要权衡优化。以战备完好性的固有可用度为例，可用度的定义是“产品在任一时刻需要和开始执行任务时，处于可工作或可使用状态的概率”。固有可用度仅与故障间隔时间和修复时间有关，可用下式表示： 固有可用度A＝ MTBF/ （MTBF ＋ MTTR）。该公式表明，如果MTTR（平均修复时间）非常小，或MTBF（平均故障间隔时间）远大于MTTR，可用度接近1（100%）。因此，规定平均故障间隔时间MTBF时和平均修复时间MTTR时，一定要综合权衡考虑，以高效费比来支持军用直升机系统的战备完好性。

1.8 测试性

军用直升机型号规范测试性要求应遵循GJB 2547–1995《装备测试性大纲》第4.4 “测试性定量要求”和第4.5 “测试性定性要求”。结合军用直升机系统特殊需求，经适当剪裁适用的测试性参数主要包括：定性要求（测试方式）：机内自检测—飞行前、飞行中、飞行后；自动测试设备测试—包括专用自动测试设备、预测与健康管理地面保障测试设备；预测与健康管理—包括检测、报告、记录、监控。定量要求：故障检测率、故障隔离率、虚警率。

军用直升机系统是否规定预测与健康管理要求，这里作简单的探讨。军用直升机系统包括复杂的发动机以及机载设备，以往的测试性要求是检测产品（系统、分系统、设备）的工作是否正常、性能是否下降至不可接受状态。而“预测与健康管理”除了继承上述功能外，增加了功能/性能预测以及和地面保障系统协作配套功能。预测功能包括监控产品功能/性能下降趋势和限寿产品的使用期限。通过测试和监控信息的传输和地面保障系统保持交联关系。随着目前数字技术的飞快发展，“预测与健康管理”是军用直升机测试性要求的发展趋势。

1.9 军用直升机的诱发环境

军用直升机机载设备应能够在军用直升机平台特殊的诱发环境条件下正常工作。典型的军用直升机平台诱发环境有：旋翼高速转动引起的正弦振动和砂尘、起飞/着陆导致的冲击、机动飞行引起的加速度/温度/气压等的急剧变化、投放武器和炮击引起的短时振动/冲击和污染气体、不同部位的热辐射和热传导（如直升机蒙皮附近、发热设备密集部位等）。这些特殊诱发环境在编写军用直升机型号系统和产品规范时应给予考虑，特别是安装在军用直升机不同部位的设备和产品。

1.10 增长性

研制项目军用直升机型号系统规范应事先考虑以后的性能升级或功用改型的增长能力，以免在军用直升机定型交付使用后，需要性能升级或改型时作重大的设计改动。增长性主要参数指标宜为：“增加的功能、空间、功率等增长值和需要具备的条件”。以军用直升机系统规范为例，军用战斗直升机型号研制项目为了给以后可能改型为侦察机或其他机型，就应在军用战斗直升机型号系统规范中提出增长性要求：增加的功能—侦察功能；空间—侦察设备预留空间增长值；功率—侦察设备预留供电功率值； 条件—外部设置侦察瞄准吊舱。再以电子设备为例，军用直升机航电系统和飞控系统核心处理机应规定增长能力要求：内存预留增长容量；处理器预留运算速度和精度余量； 电子模块预留增长能力—接口和插板空间等。

1.11 开放性

军用直升机型号系统规范开放性要求是以功能为基础的开放系统构架，硬件和软件需求是灵活的。好处是可以实施补救性更改、采纳新技术/新产品、软件升级。军用直升机电子设备型号规范，由于数字技术更新换代的飞快发展，非常有必要规定相应的开放性（或技术性插入）要求，根据附加的功能、性能的改进或新技术选择更合适的功能模块来替换现有功能模块。典型技术要求为： 开放接口——物理和电气接口应能被替换模块接受； 开放功能模块——开放系统构架按功能划分，功能模块可以扩展或升级。开放性，也可适用于军用直升机机载设备，如军用直升机惯性导航装置型号规范规定了F3互换性要求（FUNCTION—功能、FORM—外形、FIT—接口），型号军用直升机可以装备各种渠道提供满足F3互换性要求的惯性导航装置。

1.12 信息记录

任务信息的收集和恢复以及失事记录是军用直升机系统应具备的两项特殊功能。任务信息的收集包括飞行数据、影像和声音，和平时期可以用于飞行教学、战时可用于战斗总结。失事记录相当于民用飞机的黑盒子，飞机失事后能够保存完整，在一定时间内发射搜寻信号。这是GJB 6387–2008没有规定的要求要素。

1.13 接口

军用直升机系统是复杂的军事装备，系统包括各种类型的系统（如发动机、航电系统、飞行控制和管理系统等）和子系统（燃油、供电、液压等子系统），具有特殊的物理接口和机械接口。参考国内外有关资料， 各系统之间以及系统内部之间的接口建议为：物理接口：安装（武器悬挂物安装、发动机机上安装、设备安装，包括安装间隙和安装空间等）；连接（电气连接、机械连接）；传输（力矩、力、位移、引气、冷却）；装载（人员运输、货物装载/系留）。电气接口：信息（数字数据传输、通信传输、视频数据、模拟电气信号）；供电（电源）。

1.14 递增验证

军用直升机是复杂的武器装备。新型号研制项目的系统规范的设计验证就更为重要，关系到可承担的研制风险。国外有关资料提出航空器系统规范递增验证的概念和要求，即按研制里程碑（系统需求评审SRR、系统功能评审SFR、初步设计评审PDR、详细设计评审CDR、首次飞行评审FFR、系统验证评审SVR。）进展确定验证事件，通过验证事件使得设计不断完善，也随验证置信度不断提高，使得研制结束时性能满足要求。借鉴国外经验，军用直升机研制项目型号系统规范的设计验证应贯穿在整个研制阶段中（主要考虑方案论证阶段和工程研制阶段），随着研制阶段的进展通过适当的试验方法验证实际达到的要求和规定要求的差异，采取改进措施使得差异不断减小，确保在研制结束时军用直升机研制项目系统的性能符合规定的要求。 设计验证是在研制阶段关键技术节点通过不同的试验方法或综合来实现，主要适用的方法有以下几种。

检查：检查技术文件、图样、产品等；

分析：数据分析、设计方案分析、专项分析等；

演示：实体演示等；

模拟：数学建模仿真、物理建模仿真、半物理建模仿真试验等；

试验：试验室试验、地面试验、飞行试验、特殊试验等。

2 结束语

以上要求要素以及验证要求，是在国外有关航空系统规范编写指南和国内航空产品规范的相关要求基础上进行探讨，具有一定的先进性和可操作性。因此，可在编写新型军用直升机型号规范中参考使用，使得型号规范更能体现军用直升机研制项目的特殊需求。