淺析美國飛機武器系統(tǒng)完整性的發(fā)展與作用

李松麗

（中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所，北京 100028）

淺析美國飛機武器系統(tǒng)完整性的發(fā)展與作用

李松麗

（中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所，北京 100028）

介紹了武器系統(tǒng)完整性的歷史和發(fā)展，武器系統(tǒng)完整性對整合系統(tǒng)工程不同完整性過程的意義，以及對武器系統(tǒng)效能的影響。

武器系統(tǒng)；完整性；系統(tǒng)效能

武器系統(tǒng)的完整性是一套綜合流程，能夠在系統(tǒng)層面推動系統(tǒng)壽命的安全保障、適應(yīng)性和有效性。其中包括使系統(tǒng)恢復(fù)到修理和大修之后標(biāo)準(zhǔn)水平性能的能力。

武器系統(tǒng)的完整性是一個完整的過程，該過程實現(xiàn)了操作安全、適應(yīng)性、有效性（Operationl Safety Suitability and Effectiveness，OSS & E）和適航性。

1 武器系統(tǒng)完整性的發(fā)展

研究武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能主要針對其能夠成功地完成特定的作戰(zhàn)任務(wù)，滿足作戰(zhàn)需求。為達到這一目標(biāo)，美國軍方依據(jù)自身特點和需求制定了一系列軍用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。近年來，為了提高軍事裝備的戰(zhàn)斗力，滿足現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的需求，美國加強了武器系統(tǒng)各方面標(biāo)準(zhǔn)的制定和完善，逐步形成了一套適用的完整性體系。

武器系統(tǒng)完整性適用于武器系統(tǒng)各壽命階段的所有要素。不同完整性過程文件對應(yīng)著應(yīng)用設(shè)計和保障過程中相關(guān)完整性的研究計劃。武器系統(tǒng)完整性保障了系統(tǒng)在整個壽命周期中的完整性。

武器系統(tǒng)完整性作為綜合性的過程，可以在系統(tǒng)層面上整合工程實踐，推動和實現(xiàn)系統(tǒng)壽命的安全性、適應(yīng)性、有效性（OSS&E）和適航性。

要了解武器系統(tǒng)完整性，首先要明確武器系統(tǒng)的組成部分，如圖1所示。由圖1可以看出武器系統(tǒng)的復(fù)雜性，發(fā)揮武器系統(tǒng)的作用需要各環(huán)節(jié)的配合，任何系統(tǒng)或設(shè)備出現(xiàn)問題都會影響武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的發(fā)揮。

圖1 飛機武器系統(tǒng)組成

2 武器系統(tǒng)完整性對整合系統(tǒng)工程的不同完整性過程具有重要意義

2.1 整合不同完整性過程的研究計劃

2.1.1 飛機結(jié)構(gòu)完整性大綱（Aircraft Structural Integrity Program，ASIP）

完整性一詞首次出現(xiàn)在1 9 7 2年的M I LSTD-1530《飛機結(jié)構(gòu)完整性大綱（ASIP），飛機要求》中，該標(biāo)準(zhǔn)中并未定義飛機結(jié)構(gòu)完整性，只是將其與飛機結(jié)構(gòu)的強度、剛度、損傷容限以及耐久性聯(lián)系在一起。到1985年的MIL-A-87221《飛機結(jié)構(gòu)總規(guī)范》中將其定義為強度、剛度、損傷容限、耐久性和功能的集合。而事實證明ASIP能夠有效地保障飛機的安全性和經(jīng)濟性，并隨著時間的推移逐漸應(yīng)用到各國的軍用飛機和民用飛機上。此后，美國國防部陸續(xù)頒布了一系列完整性大綱的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其中，2005年的MIL-STD-1530C《軍用飛機結(jié)構(gòu)完整性大綱》是迄今為止內(nèi)容最完善的完整性大綱標(biāo)準(zhǔn)，為構(gòu)建現(xiàn)代飛機結(jié)構(gòu)完整性奠定了堅實的基礎(chǔ)。因為完整性一詞在飛機結(jié)構(gòu)中應(yīng)用效果顯著，進而逐漸應(yīng)用到發(fā)動機結(jié)構(gòu)和航空電子設(shè)備。

2.1.2 發(fā)動機結(jié)構(gòu)完整性大綱（Engine Structural Integrity Program，ENSIP）

1984年美軍頒布了MIL-STD-1783《發(fā)動機結(jié)構(gòu)完整性大綱（ENSIP）》，而最新的版本是2002年頒布的MIL-HDBK-1783B同名標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中給出的ENSIP定義為：燃氣渦輪發(fā)動機的結(jié)構(gòu)設(shè)計、分析、驗證、生產(chǎn)及壽命管理的規(guī)范方法。其目標(biāo)是確保發(fā)動機結(jié)構(gòu)安全性、耐久性、低壽命管理成本，以及高可用性。該標(biāo)準(zhǔn)確立了結(jié)構(gòu)性能、設(shè)計研發(fā)以及驗證指導(dǎo)，從而確保發(fā)動機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完整性。ENSIP的完善過程離不開美國空軍發(fā)動機系統(tǒng)研究中得出的經(jīng)驗。

2.1.3 機械設(shè)備和子系統(tǒng)完整性大綱（Mechanical Equipment and System Integrity Program，MECSIP）

1988年美國空軍頒布了MIL-STD-1798A《機械設(shè)備和子系統(tǒng)完整性大綱（MECSIP）》，后續(xù)又頒布了1997年的MIL-HDBK-1798A《機械設(shè)備和子系統(tǒng)完整性大綱》，目前最新的版本是2013年頒布的MIL-STD-1798C（取代了MIL-STD-1798B），該標(biāo)準(zhǔn)確定了機載、保障及訓(xùn)練系統(tǒng)機械零件的研發(fā)、采辦、改進、操作和保障；記錄了飛機系統(tǒng)機械零件完成及維持的物理和操作完整性；目標(biāo)是在武器系統(tǒng)壽命周期內(nèi)以最小的成本實現(xiàn)理想水平的安全性和可用性。MIL-STD-1798C適用于基本功能與機械相關(guān)的所有系統(tǒng)、設(shè)備和零件。例如：MILSTD-1530并未涉及的制動裝置和起落架，換句話講，如果起落架出現(xiàn)故障，則無法支撐地面工作時的飛機重量。另外也可用于MECSIP設(shè)備維修所需的地面保障設(shè)備。

MECSIP涉及一系列嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋Ｕ闲源胧?，在參照MIL-STD-1798C《機械設(shè)備和子系統(tǒng)完整性大綱（MECSIP）》的情況下，可以確保武器系統(tǒng)壽命各個階段中機械系統(tǒng)的操作安全性、適合性和效力。

2.1.4 航空電子設(shè)備完整性大綱（Avionics/ Electronics Integrity Process，AVIP）

1986年美軍頒布了MIL-STD-1796《航空電子設(shè)備完整性大綱（AVIP）》，1987年頒布了MILA-87244A《航空電子設(shè)備完整性大綱要求》。AVIP作為一種系統(tǒng)工程方法，可以鑒定和消除較低的航空電子設(shè)備完整性，目標(biāo)是平衡成本、性能和完整性之間的關(guān)系；可以全面性地提高航電系統(tǒng)的質(zhì)量與可靠性；航空電子設(shè)備完整性可以使航空電子設(shè)備在固定的壽命期和使用條件下，以最低的全壽命周期費用完成其預(yù)定功能；應(yīng)用AVIP可以消除航空電子設(shè)備大部分的潛在缺陷。

將完整性分別應(yīng)用于結(jié)構(gòu)、發(fā)動機或航電很容易，而一旦出現(xiàn)與完整性學(xué)科交叉的系統(tǒng)時，如飛行控制系統(tǒng)、子系統(tǒng)或駕駛艙，則需要以一種綜合性的方式運用多重完整性過程。例如，當(dāng)將完整性應(yīng)用于飛行控制系統(tǒng)時， MECSIP必須應(yīng)用于機械零件，在將此方案擴展到飛機層面時，美軍2002年頒布的MIL-HDBK-515《武器系統(tǒng)完整性指南（WSIG）》則將ASIP、ENSIP、MECSIP和AVIP綜合為一體化的過程，為飛機層面的完整性過程制定了總體指導(dǎo)方案，并制定了所需的指導(dǎo)方針和流程，將完整性方案應(yīng)用于飛機所有合適的部件。完整性的具體過程隨著特定應(yīng)用而改變；也就是說，使航電設(shè)備升級到現(xiàn)有平臺所適用的過程肯定與新的啟動程序有所不同。無論程序是否處于研發(fā)、修改或保障階段，武器系統(tǒng)完整性都有助于確保應(yīng)用合適的完整性過程。

任何軍事力量的效能都依賴于自身武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能和戰(zhàn)備狀態(tài)，而影響任務(wù)可靠性的一個關(guān)鍵因素就是各個系統(tǒng)和裝備的完整性（其中包括耐久性、安全性、可靠性以及保障性）。

2.2 整合與其他系統(tǒng)工程學(xué)科研究計劃相關(guān)的特定完整性過程研究計劃/任務(wù)

每個完整性過程都有其自身獨特的系統(tǒng)重點。很多系統(tǒng)都具備多于一個完整性過程的要素。然后問題就變成：應(yīng)該應(yīng)用哪一個完整性過程？實際上所有的完整性過程都可以應(yīng)用。承制方評估了合適的完整性過程，根據(jù)研發(fā)或使用的產(chǎn)品特點來確定合適的任務(wù)、方法或工具，以及選擇系統(tǒng)時最有助于滿足計劃使用壽命期間的規(guī)范性能。

完整性過程適用于所有航空器及其組成部分/部件、地面設(shè)備、COTS以及現(xiàn)有設(shè)備/系統(tǒng)使用和維修，該過程無一例外，僅僅是掌握的信息總量和需求量之間的差異。

2.3 注重壽命周期的保障部分

要延長一項產(chǎn)品的壽命需要額外考慮完整性過程。一個適用于所有壽命有限產(chǎn)品的明顯問題是：使用壽命還有多久？隨后，由于現(xiàn)在部件要承受較高等級的累積應(yīng)力，必須對壽命管理和完整性分析進行評估，以確定是否通過延長使用壽命來提高壽命有限的產(chǎn)品，如果有，系統(tǒng)工程就要確定除了完整性過程之外，處理這些新的有限壽命產(chǎn)品。延長使用壽命可以產(chǎn)生但不限于以下情況：

a. 大修要求和過程的變化；

b. 減少的載荷限制（簡化的使用環(huán)境）；

c. 壽命有限產(chǎn)品的移除和替換（壽命末期不可用）；

d. 提高失效率，增強檢查，附加的定期維修等都與較低級可用性及增加的成本有關(guān)；

e. 定時替換頻率的變化；

f. 評定剩余壽命的附加檢查。

武器系統(tǒng)的完整性為飛機層面的完整性過程制定了總的指導(dǎo)方案。該指導(dǎo)方案不會取代現(xiàn)有的完整性過程，但表明了與特定應(yīng)用程序相關(guān)的具體措施。

3 武器系統(tǒng)完整性的作用

武器系統(tǒng)完整性的作用主要體現(xiàn)在對武器系統(tǒng)效能的影響，武器系統(tǒng)效能比較權(quán)威的概念是美國工業(yè)界武器系統(tǒng)效能咨詢委員會（WSEIAC）提出的定義：“系統(tǒng)效能是預(yù)期一個系統(tǒng)能滿足一組特定任務(wù)程度的度量，是系統(tǒng)有效性、可信賴性和能力的函數(shù)?！?/p>

武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能是武器裝備真正價值的體現(xiàn)，反映了武器系統(tǒng)完成特定作戰(zhàn)任務(wù)的能力；飛機武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的基本指標(biāo)體現(xiàn)在可用度、可信度以及固有能力上。

隨著武器系統(tǒng)完整性技術(shù)的發(fā)展，逐漸形成一套完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，對武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的影響也越來越大，武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能隨外界因素的發(fā)展而發(fā)生變化，對武器作戰(zhàn)效能的研究重點是武器系統(tǒng)自身的性能以及相關(guān)裝備效能對武器系統(tǒng)性能發(fā)揮的影響，另外還要考慮周邊作戰(zhàn)環(huán)境等因素的影響；將武器系統(tǒng)完整性技術(shù)應(yīng)用到武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能，以MIL-HDBK-515為指導(dǎo)，全面貫徹實施ASIP、ENSIP、MECSIP、AVIP等標(biāo)準(zhǔn)，在量化分析武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的同時，能夠為飛機設(shè)計方面提供相關(guān)的設(shè)計依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，比如材料選擇、部件檢驗等。從而大大提高飛機的安全性、可靠性、耐久性和可用性。

4 結(jié)束語

隨著國際軍事競爭的激烈化，許多國家都越來越重視武器系統(tǒng)完整性相關(guān)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，美國等一些軍事強國已經(jīng)建立了完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，并且將該技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用到飛機設(shè)計和研發(fā)中；我國在1989年發(fā)布了GJB 775.1-1989《軍用飛機結(jié)構(gòu)完整性大綱——飛機要求》，規(guī)定了飛機結(jié)構(gòu)完整性的要求；以及GJB 776-1989《軍用飛機損傷容限要求》，規(guī)定了飛行部分結(jié)構(gòu)的損傷容限要求。這兩部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計。另外，我國在借鑒美國MIL-A-87244A《航空電子設(shè)備完整性大綱要求》的情況下，根據(jù)本國國情制定了HB 7089-1994《航空電子設(shè)備完整性大綱要求》，這些都反映出我國在完整性方面的進展，但目前尚未形成完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，我們應(yīng)結(jié)合本國的技術(shù)現(xiàn)狀，總結(jié)我國武器系統(tǒng)完整性技術(shù)發(fā)展的成果，根據(jù)航空技術(shù)的發(fā)展要求，繼續(xù)開展長期的研究工作，廣泛進行國際協(xié)作，不斷補充和完善本國的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進而為攻克型號的技術(shù)難關(guān)提供相關(guān)保障和依據(jù)。

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[2] 王立群.航空裝備的完整性[J].航空學(xué)報，1988.10.

[3] 焦志強. 武器系統(tǒng)完整性技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展及影響[J].航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2012.10.

[4] 陳遵銀，葛銀茂.航空武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能分析[J].航空計算技術(shù)，2001.12.

（編輯：勞邊）

V271.4

C

1003–6660（2014）06–0052–03

10.13237/j.cnki.asq.2014.06.014

[收修訂稿日期] 2014-10-08