基于飞机结构平均抢修时间的军机抢修性指标分配方法初探

■ 孙法亮 代永朝 郭孝欢/空军工程大学航空机务士官学校

0 引言

飞机战伤抢修性（AСR, aircraft combat resilience）也称为“飞机战斗恢复力[1]”，是指能够保证战伤飞机修理人员在战争环境中，在规定的时间内将受战伤的飞机修复到规定状态的一种设计特性。战伤抢修性是除可靠性、维修性、安全性之外的军用飞机的另一种新特性，它体现了为战伤飞机抢修并能够恢复使用功能的能力大小[2]。

1973年的中东战争是飞机战伤抢修研究的分水岭。在这次战争中，以色列空军的战伤抢修发挥了至关重要的作用，因此，引起了世界各国对飞机战伤抢修的重视，并相继开展了大量的研究。我国长期处于和平时期，飞机战伤抢修研究工作起步相对较晚，但通过努力也取得了一定的成果和进步[3]。提高军用飞机战伤抢修能力，从根源上是在飞机设计时，将军用飞机抢修性与可靠性、维修性、安全性一样作为飞机的固有特性，实现军机抢修性的定量设计。前期，已有一些学者已经构建了能够评价抢修性设计优劣的定量参数[4]，但若要将其运用到飞机设计中，还需探索如何将这些定量参数指标分配到军机各功能层次，从而直接指导飞机设计工作，目前国内的这项工作还基本属于空白。为此，本文通过对比抢修性和一般维修性的关系，初步探索军机抢修性分配方法，有利于进一步促进抢修性的工程应用能力开发。

1 军机抢修性分配概述

1.1 抢修性与维修性

2005年，我国在对飞机战斗恢复力的概念及其内涵研究的基础上，提出了飞机抢修性的概念[4]，即“在预定的战场条件下和预定的时限内，战伤飞机经抢修能恢复到执行某种任务状态的能力”。因此，军机抢修性实质是针对战场条件提出的一种特殊的维修性，抢修性与一般维修性既有区别，又有明显的联系，其联系具体表现如下。

1） 抢修性和维修性都是有关武器装备维修或抢修的设计特性，都要求维修能迅速、方便、有效。

2） 作为装备的设计特性，抢修性和维修性都是通过设计赋予装备容易修理的特性，它们有许多共同的要求，如可达性、互换性、防差错、标志等，实现这些要求，既有利于一般维修，也便于抢修，二者是一致的。

3） 抢修性和维修性都对装备保障产生影响，是装备综合后勤保障决策的重要考虑因素。

正是有了这些联系，目前相对比较成熟的维修性理论和工程体系可以在对军机抢修性分配及其他相关研究时提供较好的参考和借鉴。但在借鉴过程中，更要关注抢修性与一般维修性的区别。

1） 维修性通常针对的是装备的自然故障，抢修性则针对的是装备的战场损伤。

2） 维修性主要影响装备的战备完好性，抢修性则主要影响装备的战场损伤再生能力，是装备持续战斗力的重要因素。

3） 维修性研究的一般是平时的标准维修，抢修性更加强调应急抢修措施的运用。

只有把握好维修性与抢修性的联系和区别，才能在开展军机抢修性分配等研究时，借鉴维修性分配的同时做到融会贯通和因地制宜。

1.2 军机抢修性分配的概念

借鉴维修性分配的概念[5，6]，对军机抢修性分配的概念定义为：军机抢修性分配是指，将军机抢修性指标分配给军机各个功能层次的各战伤可抢修单元，为飞机结构设计人员提供抢修性设计指标，以保证飞机结构设计最终符合规定的抢修性要求。

1.3 军机抢修性分配流程

在军机抢修性分配之前，首先要明确分配的抢修性指标，分析军机抢修性分配相关要素，明确抢修方式与抢修级别，对军机进行功能层次分析，确定分配算法模型等。结合军机抢修性分配概念与维修性分配流程，分析抢修性与维修性约束条件的差异，制定军机抢修性分配流程框图，如图1所示。

2 军机抢修性分配条件确定

2.1 军机抢修性分配指标的确定

在进行抢修性指标前期论证研究时，已确定的指标包括飞机平均抢修时间Tart、飞机结构平均抢修时间Tsrt、飞机最大抢修时间Tmart等。因为飞机结构抢修工作量占整机抢修的90%以上[4]，所以该抢修性参数是衡量飞机结构设计是否易于抢修的一个重要指标。因此，本文主要选取飞机结构平均抢修时间Tsrt指标，探索其分配方法。

图1 军机抢修性分配流程框图

飞机结构平均抢修时间Tsrt是指“在预定的作战条件下和预定的作战时间内，完成可抢修飞机结构损伤的抢修所需实际时间的平均值”。当可抢修飞机有N个可抢修结构件战伤时，可利用每个结构件在预定的作战条件下和预定的作战时间内的战伤率及其抢修时间计算Tsrt，即

式中，N为军机可抢修结构件的数量；λgi为第i个结构件的战伤率；Tgti为第i个结构件的抢修时间。

2.2 军机抢修性分配要素的确定

军机抢修性分配要素是指在确定飞机结构平均抢修时间之后，在对抢修性指标分配之前应确定抢修方式、抢修级别及抢修工作流程等。

1） 抢修方式

修复方式不同，修复活动的组成环节就大不相同，直接影响参数的分配与预计。对于飞机结构战伤而言，主要采用应急修复方式，常用的方法为更换修理（包括替代和拼修等）和原件修复。从现役飞机来看，飞机的机体结构可更换的部件较少，即使是可更换的部件，由于受到备件供应的制约，通常也需要对损伤构件进行原位修复。因此，飞机结构战伤抢修方式主要为原件修复。

2） 抢修级别

依据最新的相关规定，飞机战伤采用两级抢修，即基层级和基地级。抢修级别不同，修理的深度也不同，采用的抢修方法和保障条件差异也很大。根据飞机战伤抢修规定，评估后可抢修的战伤飞机，首先由基层级优先抢修。对于基层级无能力修复的损伤，则由基地级支援修复。结构战伤平均修复时间（SDMТТR）参数的分配与预计应以基层级为对象展开研究。

3）抢修工作流程

抢修工作流程分析的目的是确定从接收战伤飞机开始到完成飞机结构损伤修复为止的工作环节及其相互关系。由于飞机结构材料不同、损伤的部位不同，使相同环节的修理用时也不相同，所以修理环节及其用时对参数的分配影响很大。基层级抢修工作的一般流程如图2所示。

2.3 军机结构功能层次的确定

军机结构功能层次分析是指在确定飞机结构平均抢修时间指标分配之后，对军机结构层次进行划分与分解，目的是找出指标分配的最终落脚点，对于军机结构的基层级抢修来说，就是应找出战伤可抢修单元——战伤可抢修结构件。依据现代飞机的结构设计特点，参考国军标GJB 368B《装备维修性工作通用要求》和GJB 3897-99《飞机战伤评估与修理技术手册编制要求》的有关规定，将飞机结构功能层次划分为四层，最高为结构层，最低为构件层，如图3所示。在飞机的五类结构件中，只有部分结构件的损伤是可以抢修的，因此必须从部件到舱段确定出基层级可抢修的构件，以及构件的损伤类型和修复措施。

图2 基层级抢修工作流程图

图3 飞机机体层次划分示意图

3 军机抢修性分配模型

3.1 基于战伤率的分配模型

基于战伤率的分配思路为：构成机体结构的可抢修构件数量越多、面积越大，越容易被击伤，战伤率越高。因此，在确定飞机结构平均抢修时间Tsrt分配值之后，相应构件分配的可抢修构件平均抢修时间TGti值越少；反之，战伤率越低，分配的TGti值越多。此种分配方法既考虑了飞机可抢修结构件的数量，又考虑了结构件的战伤概率，适用于飞机结构方案设计和工程研制阶段飞机结构平均抢修时间Tsrt的指标分配。可抢修结构件平均抢修时间TGti计算公式为：

式中，TGti为第i个构件的平均抢修时间；Tsrt为已知的飞机结构修时间分配值；nG为可抢修构件的种类数；QGi为第i个可抢修构件的数量；λGi为第i个可抢修构件的战伤率。

3.2 基于战伤率和飞机结构设计特征的加权分配模型

基于战伤率和飞机结构设计特征的加权分配法的基本思路是：在将飞机结构平均抢修时间Tsrt指标分配至可抢修构件时，除了考虑飞机构件的战伤率以外，还要考虑原位修理的难易程度，并将飞机结构设计特征对修理产生的影响因素转换为抢修性加权因子，然后按照设计特性的加权因子进行分配。

表1 可抢修构件的抢修性加权因子参考值

可抢修构件平均抢修时间TGti值的分配与构件的战伤率、构件的种类数、每个构件的数量、抢修性加权因子以及飞机结构平均抢修时间参数的分配值有关，各可抢修构件平均抢修时间TGti值计算公式为：

式中，TGti为第i个可抢修构件的平均抢修时间；Tsrt为已知的飞机结构平均抢修时间分配值；KGi为第i个构件的抢修性加权因子；nG为可抢修构件的种类数；QGi为第i个构件的数量；λGi为第i个构件的战伤率。

经分析，对于构件的可修理损伤通常采用原位补强的方法修理，初步确立影响构件补强修理的因素主要有构件的材料、结构形式、结构类型和修理的可达性等，初步建立的可抢修构件的抢修性加权因子参考值见表1。

第i个构件的抢修性加权因子KGi的计算方式为：

式中，KGi为第i个构件的抢修性加权因子；Kij为第i个构件的第j个因子项的加权因子值；mG为构件加权因子项数。

4 结束语

军用飞机抢修性属于飞机的一种固有设计特性，在前期构建抢修性定量指标之后，只有将这些抢修性指标分配给军机各功能层次，才能有效指导军机抢修性设计，实现抢修性的工程应用价值。本文通过分析抢修性与一般维修性的联系与区别，借鉴一般维修性分配理论和工程体系，对抢修性定量指标分配方法进行研究和探索，并选取飞机结构平均抢修时间作为定量指标，初步提出了分配概念和流程，确定了分配条件，构建了分配算法模型。对军机抢修性定量指标分配工作有一定的借鉴意义，对军机抢修性设计和深化研究起到了一定的促进作用。但在分配方法确定以后，如何开展验证，以及后续的抢修性指标预计工作，本文未加研究，有待进一步探讨。

[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]侯满义，李曙林.一种军用飞机战伤抢修性评价体系[J].航空维修与工程，2006（2）：27-29.

[4]张建华.飞机结构战伤抢修[M].北京：国防工业出版社，2007.

[5]国防科学技术工业委员会.GJB 451A-2005.可靠性维修性保障性术语[S].

[6]吕川.维修性设计分析与验证[M].北京：国防工业出版社，2012.