舰载机计量保障工作思考

樊哲，王胜超，欧佳

舰载机计量保障工作思考

樊哲，王胜超，欧佳

（航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095）

计量保障是舰载机研制的重要技术基础。介绍了舰载机计量保障形势，分析了现阶段面临的计量保障技术问题，例如着舰导引、红外隐身、结构健康监测、质量质心、整机测试、数字化装配和大型结构件数控加工等问题，提出了明确职责、构建体系和加强监督等有针对性的工作建议。

舰载机；计量保障；关键技术；工作建议

舰载机为航空母舰的主要作战力量。随着我军海军装备现代化进程的发展，急需解决和发展舰载机技术。相关单位舰载机的研制、试验工作已经启动，在研制过程和使用过程中会存在许多校准和计量的问题。在这种情形之下，开展舰载机相关的测试、校准、计量保障工作势在必行，解决相关量值的传递和溯源问题，为舰载机在研制工程中提供可靠的质量保证。

1 舰载机关键计量技术分析

欧美发达国家，其航母技术、舰载机技术发展时间较长，已经具备一套全面、完善的技术体系。同时，在舰载机的研制、生产、使用和维护的过程中，也已经形成了一系列比较完整的保障体系，目前这些基本属于技术保密和技术封锁阶段。中国现阶段航母技术以及舰载机技术正在经历从无到有的发展过程。舰载机的检测校准技术、相关量值传递、溯源问题的研究基础薄弱。因此，在其研制、生产、使用以及今后的维护过程中所涉及的检定校准等计量保障工作也需要同步进行。所以，在开展舰载机关键计量技术分析的过程中应重点关注其总体技术性能保障需求与研发工程技术保障要求，进而能在战技指标的保障、生产制造与验证试验能力的保障等方面发挥积极、有力的支撑作用。

1.1 着舰导引计量保障

舰载机着舰导引系统是舰载机的重要设备，可确保舰载机能安全可靠地快速落到航母甲板上。欧美国家采用激光、红外、电视和数据处理技术相结合的着舰导引系统，这包含远程导引系统和近程导引系统。系统中的激光测距、高精度激光跟踪、测角技术需要具有非常高的精度，进而使着舰导引系统具有高导引精度。因此，开展高精度激光跟踪和测角等技术研究，减小大气环境及近海面应用环境对激光跟踪单元影响，对于保证着舰导引系统精度具有十分重要的意义。

1.2 红外隐身特性计量保障

在舰载机研制过程中，其红外隐身特性也必将成为一项重要的性能指标。需要针对飞机蒙皮、发动机尾焰、发动机尾喷管的辐射特性提出验证测试与评价要求。同时，与之密切相关的材料光谱发射率测量、发动机尾焰红外辐射特性计算与仿真、尾焰红外辐射特性测试与校准、定标黑体校准技术研究等技术研究与应用必将发挥重要的基础支撑作用。

1.3 结构预测与健康管理计量保障

舰载机作为一种机动能力强、生存环境严峻的飞机。其结构部位的健康监测对于保证其飞行安全具有重要意义，最突出的特点就是特殊的起降性能。其结构承受的载荷越大，就越容易受损，这也说明结构完好性监控的需求更为迫切。因此，具有感知、预测和决策能力的结构预测与健康管理（Prognostics and Health Management，PHM）技术就成为了一项重要的基础技术。针对PHM系统中关键的机载机体结构应变监测系统，为了保证其应变测量数据的准确性，亟待需要新型的具有更高性能的机载应变传感器件的支撑。因此，光纤应变传感器因其结构灵巧、布线简洁、寿命长和抗电磁干扰等诸多优点性能，将成为PHM系统应变测量的关键器件。因此，在光纤应变传感器的基础之上，研制光纤、光栅结构监测系统将成为后续PHM系统应变测量的重要研究方向。

1.4 质量质心测试计量保障

全机称重是为了模拟飞机在实际飞行过程中重心的变化规律。飞机重心会随着燃油的不断消耗而发生改变。除此以外，某些机型还存在着承载货物、挂弹等特殊飞行要求，如果在飞行过程中，全机重心无法稳定在一个合理范围内，则会引起机身结构变形、飞机失速等重大安全隐患。因此，有必要定期对飞机进行地面称重。

1.5 整机测试计量保障

舰载机的整机测试计量保障是飞机在研制和生产的不同阶段需要多次对飞机整机外形的几何尺寸进行测量，例如蒙皮阶段、隔热瓦铺设阶段等。使用的检测设备主要是尼康iGPS发射器和传感器、尼康Laser Radar、LAP 3D投影仪等空间坐标测量设备。现阶段存在的问题是只能对仪器设备进行检定校准，而对建模方式没有有效的评价方式。最终，对飞机整机的测试结果没有可靠、有效、全面的评价手段，不能建立溯源链和量值传递体系。

1.6 数字化装配计量保障

数字化装配技术包括水平测量、部件装配测量和整机装配测量等技术。目前，在装配测量网方面已具备一定的校准技术，但是在对整机装配综合布网校准的技术方面还存在一定的差距。iGPS（indoor GPS，室内GPS）和激光雷达技术一出现就在飞机数字化装配测量中得到了直接的应用，其中这些测量设备核心部件的测量不确定性直接关系到飞机的装配质量。因此，需要对iGPS和激光雷达进行校准。

1.7 大型结构件数控加工计量保障

数字化设计与制造技术的发展使得舰载机生产制造过程不断地朝着高精确度、柔性化、实时响应、高效率定制的方向发展。以三维的计算机辅助设计（CAD）为核心，CAE、CAT、CAPP、CAM、PDM等计算机技术已全面融入工程的各个环节，由于数字化设计手段普及应用，整体构件、大型结构件、整体制造工艺等较以往产品有明显的增长。以往对加工对象实施离线测量的工作模式由于重复装夹等因素的局限性而难以实现高效率、高精确度的生产。同时，由于人工操作、环境条件变化等干扰进而出现变形、超差等问题，进而造成巨大的成本损失。因此，以数控机床为支撑的数控加工在保证产品质量和提高生产效率方面起着决定性的作用。针对大型结构件的数控加工生产活动在位检测技术能力与手段是保证产品加工一次性合格率的关键。因此，在位计量检测技术，以加工机床为硬件载体实现加工、测量一体化技术对产品质量和生产效率有着无可替代的支撑作用，这是从根本上保证研制工程顺利实施、保证产品全寿命期质量可靠与经济高效的必然要求。

2 舰载机计量保障工作建议

舰载机计量保障工作是一项复杂的、系统性的工程实践活动，是紧密围绕产品的研制、生产、试验以及后续的使用、维护各个阶段而展开的、面向产品全寿命周期的技术与管理活动。保障工作主要涉及到计量标准量值的传递、作业现场的测试与保障、数据的处理与维护等多个方面，需要突破传统计量工作中单一的、静止的计量标准量值传递概念，实现计量测试向工程实践各个环节的全面融入，从而建立起一个完整的、动态的、全系统的计量保障工作模式。

2.1 明确研制阶段各级单位计量保障职责

上级管理部门应贯彻国家有关装备研制阶段计量保障工作的政策和法规，制订计量保障工作管理办法和相关制度。在研制要求中明确研制阶段计量保障要求，组织规划研制阶段计量保障工作，组建设计师系统领导下的计量师系统，组织重大计量保障问题的协调处理和研究决策，组织对装备研制阶段计量保障工作进行监督。

总体设计单位应统一规划研制、生产计量保障工作，制订计量保障大纲、计量师系统工作制度及其他计量管理文件，召开计量专题工作会议，协调和解决研制过程中的计量测试技术问题，提出关键计量测试技术和校准方法研究项目，并组织落实承担单位及有关保障条件。

行业计量技术机构应协助构建计量保障体系，参与制订计量管理顶层文件和计量保障工作规划，指导研制、生产过程计量保障工作，指导并参与计量保障技术攻关工作，组织仲裁因量值不统一发生的计量测试纠纷。

参研单位应贯彻计量保障大纲要求，制订本单位计量保障大纲和计量保障工作计划，参加本单位承制产品的阶段性评审、试验开工评审、产品交付评审等工作，编制《装备检测需求明细表》《检测设备推荐表》《校准设备推荐表》《装备检测和校准需求汇总表》，开展计量保障技术和校准方法研究并编制专用测试设备校准规范，实施测量设备校准和测量标准溯源。

2.2 构建计量保障管理技术体系

舰载机研制阶段计量保障涉及参研单位众多，如果是大型装备往往涉及上百家单位。因此，研制阶段计量保障工作是一项系统工程，应明确规定建立计量师系统，建立计量工作的管理平台，系统规划和推进研制阶段的计量保障。与此同时，结合整机测试、数字化装配、红外隐身特性、结构健康监测、质量质心测量和着舰导引等计量保障要求，开展关键计量技术研究。结合GJB 5109要求，开展检测与校准需求分析工作，梳理研制过程中参数数据链。同时以检测与校准需求分析结果为依据，开展研制过程专用测试设备校准规范验证，分析关键性能试验系统的测量参数。针对耦合量、动态量、极值量的现场原位综合校准开展技术研究，建立从试验系统量值到国防最高计量标准的溯源关系，确保测量设备量值能有效溯源到国家计量基准。

2.3 加强计量性设计

可计量性是装备性能的重要技术特性指标之一，随着装备信息化水平的不断提高，应当加强可计量性理论研究，探索装备可计量性设计方法和技术，建立装备可计量性指标体系，使得影响机载设备主要功能、性能的参数能够直接校准或通过检测设备间接校准。同时，提供成熟的检测方法和校准方法及相应设备。在具体工作开展中，应首先制订可计量性工作计划，对承研单位提出明确的可计量性要求及监控措施。结合GJB 5109要求开展可计量性需求分析，形成机载设备的可计量性设计要求。通过可计量性设计和试验来验证机载设备是否满足规定的可计量性要求。最后，根据结果分析，形成用户使用阶段机载设备计量保障建议。

2.4 强化客户在研制过程计量保障的参与和监督职能

舰载机研制质量直接关系着使用效能和安全性。使用方熟悉装备维修使用过程的计量要求，介入装备研制阶段的计量审查和技术评审，这样做的好处是：①可以提前发现在装备后续计量保障中可能存在的问题，确保装备在研制阶段解决相关计量技术问题。②可以根据装备计量保障要求，同步进行装备计量保障的能力建设，确保交付后的计量覆盖率和受检率。同时定期开展研制过程计量监督，组织对部分设备定型试验前的计量审查，确保试验结果的准确性和可靠性。

3 结束语

围绕新一代舰载机提出的例如红外隐身测试校准、健康管理系统的地面校准、数字化柔性制造参数的校准、新材料特性参数溯源、产品综合试验设施的校准、地面检测设备的校准等方面的技术攻关研究需求，已经成为计量保障工作的重点内容。这对其计量保障技术和管理工作及其共性关键计量测试技术的研究和应用都带来了挑战。

因此，需进一步强化计量师系统职责。从总体设计与试验、总体制造、飞行验证试验、系统研制集成、配套产品研制与生产等环节入手，通过梳理因产品性能要求、新技术应用而带来的计量保障技术需求，确定急需研究解决的计量保障关键技术问题，并进行分析归类、协调论证，将计量保障共性关键技术的研究应用融入研制全过程，为舰载机研制提供有效的计量保障技术支撑。

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2095－6835（2020）06－0094－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2020.06.035

樊哲（1989—），男，硕士研究生，工程师，主要研究方向为型号计量保障管理及技术研究。

〔编辑：辛霞〕