艦載機綜合保障技術(shù)實踐及發(fā)展展望

劉東，吳家仁，周一舟，劉振祥，李瑜，王銘澤

1. 航空工業(yè)沈陽飛機設(shè)計研究所，沈陽 110035

2. 中國航空綜合技術(shù)研究所，北京 100028

艦載機是海軍航空兵作戰(zhàn)裝備核心力量，世界海軍強國如美國、法國、英國、俄羅斯等都高度重視艦載航空裝備的發(fā)展，目前仍在役的國外艦載機主要包括美國F/A-18系列、F-35C、E-2系列，法國陣風(fēng)，俄羅斯蘇-33、米格29K等。

美軍航母使用經(jīng)驗豐富，裝備體系不斷發(fā)展，以“福特”級為例，可搭載多種艦載機，且相比上一代“尼米茲”級航母，具備更高的艦載機出動能力，高峰出動架次率目標(biāo)值可達310架次/天[1]。美軍在艦載機研制過程中，高度重視裝備保障設(shè)計，F(xiàn)-35聯(lián)合使用要求文件中規(guī)定了6個決定項目成敗的關(guān)鍵性能指標(biāo)，有3個與保障性有關(guān)，即出動架次率、任務(wù)可靠性和后勤保障規(guī)模[2]。建立統(tǒng)一的研制規(guī)范編制指南，制定了聯(lián)合軍兵種規(guī)范指南(JSSG)，為美軍航空裝備、分系統(tǒng)、設(shè)備或組件要求制定和驗證提供了規(guī)范依據(jù)，為各型艦載機規(guī)范要求提供了標(biāo)準(zhǔn)化的依據(jù)。建立自動化維修環(huán)境(AME)，在海軍原有信息系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立一體化維修與后勤保障系統(tǒng)，利用機上診斷、自動識別技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的先進信息技術(shù)，實現(xiàn)海軍飛機維修和后勤過程的重建和簡化[3]。采用通用化、系列化、組合化技術(shù)，減少設(shè)備、零部件備件的種類和數(shù)量，降低保障規(guī)模。推行兩級維修體制，簡化維修機構(gòu)，提高維修效率。

艦載機因為面臨的作戰(zhàn)使命任務(wù)、使用環(huán)境條件與岸基飛機有較大差異，所以綜合保障工作的主要任務(wù)、技術(shù)方法和要解決的主要問題也有較強的特殊性。

艦載機通常遠(yuǎn)離本土隨航母編隊前出遂行作戰(zhàn)任務(wù)，裝備種類結(jié)構(gòu)上要求自成體系，包含艦載戰(zhàn)斗機、預(yù)警機、直升機及其他特種飛機，以美軍“福特”級航母為例，根據(jù)具體任務(wù)組成航空編隊，可搭載75架以上的飛機，包括F-35戰(zhàn)斗機、F/A-18E/F“超級大黃蜂”戰(zhàn)斗機、EA-18G“咆哮者”電子戰(zhàn)飛機、E-2D“鷹眼”預(yù)警機、MH-60R/S“海鷹”直升機和J-UCAS無人機[4]?；诤侥钙脚_多機種編隊出動執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，具有強烈的體系作戰(zhàn)特征。艦載機機型種類多、保障工作復(fù)雜強度大，受艦上空間及資源條件限制，保障壓力大，如果無法保持戰(zhàn)備完好，將嚴(yán)重影響作戰(zhàn)能力，因此必須開展多機種保障一體化論證[5]，從頂層設(shè)計角度提出一體化要求、開展一體化保障設(shè)計工作。

美國海軍位于帕特森河海軍航空站的美軍航空系統(tǒng)司令部(NAVAIR)通用航空設(shè)備項目辦公室負(fù)責(zé)多型艦載機通用保障設(shè)備研制管理，從2000年開始專門針對航空地面保障設(shè)備的采辦啟動了PMA260項目。PMA260項目團隊以推進各型飛機開展以可靠性為中心的維修(RCM)分析工作為抓手，在推進現(xiàn)有設(shè)備升級的同時，重點解決保障設(shè)備通用化、小型化、綜合化等問題，大幅減少了現(xiàn)有保障設(shè)備數(shù)量，部分成果如圖1所示。

圖1 美國海軍PMA260項目部分成果Fig.1 Partial achievements of US Navy PMA260 project

相對岸基飛機，艦載機數(shù)量受航母搭載能力約束，波次出動飛機數(shù)量總體有限，為達成作戰(zhàn)目標(biāo)，需滿足更高任務(wù)可靠性要求，如美軍F-35C相對F-35A飛機在任務(wù)成功概率方面要求更高[2]。另外，艦載機著艦過程被譽為“刀尖上的舞蹈”，危險性極大，美國剛剛發(fā)展航母時，平均每2天損失1架飛機，犧牲了1 000多名飛行員，彈射著艦過程中武器掉落也有發(fā)生，因此對安全性要求更高。但艦載機質(zhì)量指標(biāo)約束性極強，不能簡單地靠增加系統(tǒng)余度提高安全性和任務(wù)可靠性，需要基于模型開展與系統(tǒng)功能性能一體化的可靠性、安全性設(shè)計分析，優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計。艦載機以航母為平臺載體在全球海域服役作戰(zhàn)，熱帶遠(yuǎn)洋海區(qū)常年處于高溫、高濕、高鹽霧、高紫外線環(huán)境條件下，再加上艦面酸性大氣條件，其面臨的使用環(huán)境非常惡劣，更需要加強腐蝕防護設(shè)計。

艦載機與航母之間存在大量保障接口，需要與航母平臺開展協(xié)同適配設(shè)計，以獲得最優(yōu)保障效率。航母作為海上機動平臺，遇到高海況環(huán)境，在艦體縱搖、橫搖和升沉運動過程中，海上保障作業(yè)困難，任務(wù)交叉協(xié)同難；航行期間吊裝難；飛行密集檢查難；修后調(diào)試驗證難；海上防腐清洗難；條件受限搶修難；遠(yuǎn)離海岸支援難[6]。因此必須在艦載機總體布局設(shè)計、維修性設(shè)計分析、維修作業(yè)分析、保障資源研制過程中加以綜合考慮。

艦載機艦面保障依托航母航空保障系統(tǒng)實施，主要包括指揮管理、任務(wù)規(guī)劃、維修支援、調(diào)運、彈射攔阻偏流板、著艦引導(dǎo)、武器保障、電源供氣和其他輔助系統(tǒng)，上述系統(tǒng)在滿足各型艦載機需求前提下，應(yīng)該盡量通用化。

現(xiàn)代艦載機是高技術(shù)含量的信息化裝備，信息化保障是必然需求。而航母遠(yuǎn)離岸基支援體系實施作戰(zhàn)，更需要在機載故障診斷、故障預(yù)測及健康管理方面具備較強能力，并在岸艦一體化保障信息環(huán)境支撐下實施維修保障活動。

本文結(jié)合工程實際闡述了艦載機多機種一體化保障技術(shù)實踐方法，艦載機多機種一體化保障工作以航母作戰(zhàn)使命任務(wù)為牽引，開展“作戰(zhàn)需求-保障能力需求-裝備保障需求”的逐級論證，基于初始保障方案迭代更新裝備需求，多型艦載機考慮艦面約束的條件協(xié)同開展保障方案制定，統(tǒng)一/減少保障需求，實踐基于模型的可靠性/安全性分析、機艦適配的艦載機維修性設(shè)計、面向全壽命周期的艦載機腐蝕防護設(shè)計、艦載機保障系統(tǒng)一體化設(shè)計等設(shè)計方法，將一體化保障工作貫穿至型號的研制流程中，從流程上解決艦載機多機種保障資源通用化程度低的問題，降低艦基保障規(guī)模。綜合對新作戰(zhàn)概念、保障發(fā)展需求的研究，提出后續(xù)艦載航空裝備的新保障模式及技術(shù)特征，希望為艦載航空裝備保障技術(shù)發(fā)展提供一些啟示。

1 艦載機多機種保障一體化論證

1.1 保障指標(biāo)綜合論證

艦載機在航母上的能力需求主要包括戰(zhàn)備完好性需求、出動強度需求和能力保持需求。戰(zhàn)備完好性需求是對艦載機在航母上的戰(zhàn)備保持程度提出要求，一般可以用機群飛機的完好率進行定義。出動強度需求主要是根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)想定，提出不同機型的出動架次率需求。能力保持需求主要是對航母出航期間飛機滿足規(guī)定的完好率時間進行約束。美國海軍將艦載機的出動能力作為衡量航母作戰(zhàn)能力的基本要求之一[7]，是最能體現(xiàn)航母作戰(zhàn)能力的要求，在指標(biāo)論證和要求分解方面，目前國內(nèi)外學(xué)者針對出動架次率的實現(xiàn)進行了廣泛研究，文獻[8-10]針對出動回收提出了仿真方法，文獻[11]提出以最大化艦載機防御態(tài)勢和最小化部署偏差為目標(biāo)，構(gòu)建了航母作戰(zhàn)部署進程中的艦載機出動架次規(guī)劃模型，文獻[12]提出了基于系統(tǒng)動力學(xué)(System Dynamics，SD)的建模法，對艦載機出動回收過程進行建模分析。上述研究主要從艦載機出動回收過程開展研究和探討，對過程中影響出動的因素進行了分析，但是對多型艦載機在出動中的協(xié)調(diào)性未進行深入探討。而航母出航期間艦載機編隊出動能力才是核心能力，只有各型艦載機均達到要求，才能協(xié)同完成航母編隊的作戰(zhàn)目標(biāo)，否則將出現(xiàn)能力“短板”。某一型艦載機出動架次率不足將會影響到整個編隊執(zhí)行任務(wù)的成功率。所以應(yīng)該按照至頂向下的方法，從“作戰(zhàn)需求-能力需求-裝備需求”開展逐級論證和分解，將航母編隊艦載機出動能力需求最終落實到具體裝備的指標(biāo)上[5]，在此過程中促進各型機之間的能力協(xié)調(diào)和匹配，最終使裝備作戰(zhàn)需求得到滿足。

根據(jù)航母艦載機編隊出動能力要求，自上而下分解各艦載機的保障能力需求，各型艦載機需依據(jù)分解的能力開展設(shè)計才能保證一體化保障目標(biāo)的實現(xiàn)。各型機保障特性要求之間具備關(guān)聯(lián)性，其分解的思路需要先將作戰(zhàn)需求轉(zhuǎn)化為保障能力需求，再采用公式解析法依據(jù)構(gòu)建的基準(zhǔn)比較系統(tǒng)或現(xiàn)役型號經(jīng)驗進行分解，最后利用保障建模仿真方法迭代評估，擇優(yōu)選擇可行解集。將公式解析法和仿真方法綜合運用，可以促進分解結(jié)果快速收斂，保證設(shè)計可行性，指標(biāo)要求分解流程如圖2所示。

圖2 指標(biāo)要求分解流程Fig.2 Indicator requirement decomposition process

首先根據(jù)任務(wù)想定確定各型艦載機的保障能力需求。根據(jù)作戰(zhàn)需要一般可分為兩種基本的組織指揮方式[13]：一種是連續(xù)出動方式，另一種是分波出動方式。以分波出動方式為例，以戰(zhàn)斗機、預(yù)警機、電子戰(zhàn)飛機、反潛直升機、勤務(wù)直升機5型飛機組成出動編隊，構(gòu)建編隊波次出動任務(wù)剖面，如圖3所示，可統(tǒng)計得到各型飛機累計出動架次及在編飛機數(shù)量，分別確定出動架次率要求。

圖3 艦載機編隊波次出動剖面Fig.3 Waveform section of carrier-based aircraft formation

根據(jù)出動架次率要求再結(jié)合使用可用度要求，應(yīng)用GJB 1909A—2009中給出的綜合參數(shù)公式，在型號論證、研制各階段可以對各型艦載機保障指標(biāo)從上至下逐層進行分解直至外場可更換單元(LRU)。通過指標(biāo)的分解確保了各型艦載機保障特性指標(biāo)間的匹配。

利用解析法分解的保障特性指標(biāo)存在利用平均值代替隨機過程值的問題，例如維修時間采用的是預(yù)防性維修的平均值，后勤保障延誤時間采用的是外場經(jīng)驗的假設(shè)值。未能詳細(xì)考慮維修隨機過程和過程中的延誤問題等因素。采用基于蒙特卡羅的事件仿真方法，通過對修復(fù)性維修事件、預(yù)防性維修事件、備件等供應(yīng)品的管理延誤，保障信息系統(tǒng)決策的管理延誤進行隨機過程仿真，對解析法分解的保障特性指標(biāo)進行評價優(yōu)化，能夠提升保障特性要求分解的精度。

1.2 保障方案一體化論證

各型艦載機保障方案應(yīng)考慮艦上空間約束，與航母研制過程反復(fù)權(quán)衡論證，使用和維修保障方案也應(yīng)充分考慮多機型之間的協(xié)同，以保證使用和維修規(guī)劃活動的匹配，保障設(shè)施應(yīng)提供滿足各型機出動準(zhǔn)備保障需求的資源數(shù)量和同時保障的需求，且同一站位保障應(yīng)盡量滿足多型飛機的保障需求。維修所用設(shè)施應(yīng)盡可能通用，減少占用空間，油液化驗、任務(wù)支援等設(shè)施應(yīng)盡量集中，減少設(shè)備配備，便于管理。保障設(shè)備/工具應(yīng)盡量實現(xiàn)通用化、小型化、輕量化設(shè)計，以減少艦面空間的占用，部署在同一設(shè)施內(nèi)的保障設(shè)備應(yīng)盡量通用，以縮減空間需求。備件/消耗品應(yīng)盡可能統(tǒng)一規(guī)劃，縮減貯存規(guī)模并應(yīng)盡可能與航母使用的消耗品通用。艦面勤務(wù)人員應(yīng)實現(xiàn)通用化，可保障多型艦載機。具體要求分解框架如圖4所示。

2 基于模型的可靠性、安全性分析

隨著艦載機等裝備系統(tǒng)綜合化程度和復(fù)雜性的提升，傳統(tǒng)可靠性、安全性相關(guān)工作方法逐漸暴露出一定問題，主要包括：

1) 缺乏集成化的可靠性、安全性技術(shù)體系。目前航空裝備的可靠性、安全性工作均有相關(guān)的國軍標(biāo)指導(dǎo)，但基本還是自成體系，缺乏一條有效的技術(shù)思路進行整合和串聯(lián)。

2) 可靠性、安全性需求定義不夠清晰，與設(shè)計關(guān)聯(lián)性不強。目前型號研制提出的定量化概率統(tǒng)計指標(biāo)，如平均故障間隔時間、任務(wù)可靠度等，無法直接與系統(tǒng)的功能設(shè)計、架構(gòu)設(shè)計、物理設(shè)計等關(guān)鍵設(shè)計要素進行關(guān)聯(lián)，難以真正對設(shè)計形成約束力。

3) 可靠性、安全性設(shè)計與系統(tǒng)設(shè)計的協(xié)同性不高。大量的可靠性、安全性設(shè)計工作與模型相關(guān)，且建模工作量相對較大，與系統(tǒng)設(shè)計模型的關(guān)聯(lián)程度不高，無法實現(xiàn)多種模型的轉(zhuǎn)化和追溯關(guān)聯(lián)，給設(shè)計人員帶來極大的工作負(fù)擔(dān)，無法開展同步的設(shè)計權(quán)衡工作。

為更好解決上述問題，在艦載機研制過程中開始逐步引入和應(yīng)用基于模型的系統(tǒng)工程方法論，同時并行開展基于模型的可靠性、安全性分析應(yīng)用技術(shù)研究，并在驗證整項技術(shù)工程適用性的同時形成工程指導(dǎo)文件，為后續(xù)全面開展裝備數(shù)字化研制提供支撐。針對圖5“V”字左側(cè)的方案設(shè)計過程，目前主要策劃并開展的工作包括：

圖5 基于模型的通用質(zhì)量特性設(shè)計分析集成活動Fig.5 Integration of general quality characteristic design and analysis activities based on model

1) 面向任務(wù)場景的整機級可靠性、安全性需求分析

構(gòu)建基于模型的系統(tǒng)工程(MBSE)用例與活動場景模型，以影響裝備飛行安全、任務(wù)執(zhí)行的關(guān)鍵風(fēng)險為目標(biāo)，細(xì)化識別整機級關(guān)鍵功能故障模式、特殊風(fēng)險事件、環(huán)境影響要素等，并進一步開展基于風(fēng)險優(yōu)先因子(RPN)的風(fēng)險控制權(quán)衡決策[14]，明確各風(fēng)險因素的控制措施，形成整機級可靠性、安全性需求，如圖6所示。

圖6 面向功能故障的可靠性/安全性需求分析實施路徑Fig.6 Implementation path for reliability and security requirement analysis of function failure

2) 面向系統(tǒng)架構(gòu)的故障綜合建模與故障樹分析(FTA)

以機載系統(tǒng)MBSE模型為輸入，通過關(guān)鍵模型要素解析與提取、故障模式與傳播路徑綜合建模、模型轉(zhuǎn)換與集成等一系列技術(shù)過程形成典型機載系統(tǒng)故障邏輯模型，并以武器發(fā)射過程為對象開展基于模型的FTA集成分析應(yīng)用，全面識別并定位導(dǎo)致如武器意外掉落、武器無法發(fā)射等典型安全、任務(wù)關(guān)鍵功能失效的故障原因，如圖7所示。

圖7 基于MBSE的FTA集成分析實施路徑Fig.7 Implementation path of FTA integration analysis based on MBSE

3) 基于模型的典型機載系統(tǒng)安全性、任務(wù)可靠性分析評估

針對任務(wù)系統(tǒng)功能優(yōu)先級配置、通用資源調(diào)度等動態(tài)重構(gòu)特性，開展基于AltaRica語言的系統(tǒng)動靜態(tài)集成建模[15]，在有效表征系統(tǒng)動態(tài)重構(gòu)策略的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對故障序列、任務(wù)可靠度的分析與評估；針對機電系統(tǒng)在彈射起飛、著艦過程中出現(xiàn)由于性能降級或環(huán)境影響導(dǎo)致的著艦點偏差等安全性性能要求，開展關(guān)鍵系統(tǒng)性能與故障集成建模，通過性能仿真分析關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)(彈射力、摩擦力、推力、控制參數(shù)、油液壓力等)改變、敏感參數(shù)(傳感器增益等)變化及環(huán)境(甲板運動、風(fēng)速等)變化等對飛機下沉量、姿態(tài)、著艦軌跡、著艦點偏差等性能精度的影響，評估艦載機彈射起飛、著艦安全性?；谛阅苣Ｐ偷陌踩苑治鲈u估實施路徑如圖8所示。

圖8 基于性能模型的安全性分析評估實施路徑Fig.8 Implementation path of security analysis and evaluation based on performance model

通過目前工程實踐，構(gòu)建了以故障控制為主線、以模型為驅(qū)動的功能性能與可靠性/安全性協(xié)同工作流程，突破了基于SysML模型的FTA分析、基于Modelica模型的故障集成建模等關(guān)鍵技術(shù)，打通了裝備正向設(shè)計與可靠性/安全性模型集成應(yīng)用壁壘，形成了可靠性/安全性需求分析、面向功能性能設(shè)計的故障集成建模、基于模型的典型機載系統(tǒng)任務(wù)可靠性/安全性分析等MBSE研制模式下的通用質(zhì)量特性工程應(yīng)用能力、軟件配套工具與指導(dǎo)文件?，F(xiàn)階段的工程實踐成果從技術(shù)完整性與工程可用性角度看仍存在不足：① 在技術(shù)理論層面，需進一步開展測試性、保障性、維修性專業(yè)特性技術(shù)研究，諸如基于MBSE的系統(tǒng)級診斷方案設(shè)計、基于模型的應(yīng)急處置程序分析等，完善整體技術(shù)框架體系。② 在工程應(yīng)用層面，一方面應(yīng)加快基礎(chǔ)應(yīng)用軟件的配套建設(shè)，打通各工具之間的業(yè)務(wù)流與數(shù)據(jù)流；另一方面需進一步完善數(shù)字化管控機制與配套條件建設(shè)，包括模型質(zhì)量審查準(zhǔn)則、模型版本管理、數(shù)字化審簽流程等，形成完備的數(shù)字化工作平臺，滿足裝備全面開展基于MBSE正向研制的數(shù)字化環(huán)境要求。

3 機艦適配的艦載機維修性設(shè)計

3.1 艦載機典型維修性需求特征

與陸基飛機相比，艦載機維修性水平不但要求高，如F/A-18的發(fā)動機更換時間指標(biāo)為21 min(4人)[3]，而且受到艦船維修條件約束，其維修性需求具有明顯的差異化特征，主要包括：

1) 快速出動準(zhǔn)備需求。極高的出動準(zhǔn)備能力來自于艦載飛機的作戰(zhàn)需求，F(xiàn)/A-18在設(shè)計時要求再次出動準(zhǔn)備時間低至15 min。因此艦載機的加油、掛彈等機務(wù)準(zhǔn)備活動需要高效、可靠且能夠避免人為差錯。

2) 維修作業(yè)空間約束。航母寶貴的空間資源優(yōu)先用于飛機的艦上排布，因此，無論是在停機位還是維修區(qū)，其面積和高度都是飛機維修性設(shè)計的約束。而傳統(tǒng)的維修工效設(shè)計主要關(guān)注維護點的局部空間需求，艦載機維修性設(shè)計則應(yīng)將空間約束擴展到與艦船的幾何適配范圍上。

3) 保障接口布局約束。主要是與艦面設(shè)施對接的硬件接口，艦載機在保障接口布局時不但要考慮艦上固定設(shè)施位置等一般約束，還要考慮出動準(zhǔn)備效率、并行工作交叉干涉、飛機突出舷外停放等問題，限制條件多且布局優(yōu)化空間受限。

4) 艦船運動條件約束。海況條件除了對飛行產(chǎn)生影響，也影響著艦載機維修作業(yè)工作的開展[6]，表1[16]為福萊斯特級航母的甲板運動參數(shù)，在這種運動條件下開展飛機復(fù)雜維修作業(yè)不但效率極低，而且存在嚴(yán)重安全隱患。艦載機設(shè)計時應(yīng)與艦船在保障適配方面確定限制維修的運動條件，同時需在維修性設(shè)計上采取相應(yīng)措施滿足維修時間與維修安全要求。

表1 福萊斯特級航母(78 000 kg)的甲板運動參數(shù)[16]

5) 腐蝕防護控制需求。復(fù)雜的海洋環(huán)境對艦載機的“三防”要求極高，同時要求鋁合金等易腐蝕金屬構(gòu)件具有最佳的易檢性與可達性，盡量避免飛機上存在非完全密閉區(qū)域，無法實現(xiàn)時，則應(yīng)慎重在這種區(qū)域內(nèi)布局易腐蝕的金屬構(gòu)件。

3.2 艦載機維修性設(shè)計措施

基于上述需求特征，艦載機維修性設(shè)計可以考慮以下設(shè)計約束或措施：

1) 在快速出動準(zhǔn)備方面應(yīng)考慮對每一項作業(yè)開展優(yōu)化設(shè)計?？焖俚菣C能夠有效提升維護人員、飛行員進入座艙速度，在飛機作戰(zhàn)等級轉(zhuǎn)進時作用尤為明顯，可以考慮采用輕便、穩(wěn)定、快速對接的登機梯，或設(shè)計機載登機梯；或采用飛機上的自儲能剎車，無牽引桿式調(diào)運接口設(shè)計能夠提高調(diào)運效率；快速系留設(shè)計需要減少系留鋼索數(shù)量，并配以快速連接的系留接口和輕便的系留裝置；快速掛彈設(shè)計可采用輔助吊索、自動舉升、減少保險程序設(shè)計等方式；其他方面還包括發(fā)動機開車狀態(tài)下熱加油/熱掛彈設(shè)計、使用維護活動接口集中布局設(shè)計、機翼快速折疊/展開設(shè)計等多種措施實現(xiàn)快速出動準(zhǔn)備。同時，還應(yīng)采取綜合設(shè)計措施盡量減少外觀檢查、維護保養(yǎng)、飛機和發(fā)動機清洗、發(fā)動機暖/冷機等使用維護需求。

2) 在維修作業(yè)空間約束方面應(yīng)考慮采用維護空間盒設(shè)計理念?；谂灤季忠?guī)劃，以停機位面積和機庫維修區(qū)最小高度作為飛機最大可用維修空間，如圖9所示。對于大型飛機，可考慮在執(zhí)行空間需求較大的維修作業(yè)時挪移其他艦載裝備以擴大維修空間。

圖9 飛機維護空間盒Fig.9 Aircraft maintenance box

將空間約束通過計算機輔助設(shè)計(Computer Aided Design，CAD)軟件設(shè)計成為維修空間盒，作為飛機、系統(tǒng)維修保障規(guī)劃和維修性設(shè)計的規(guī)范約束要求。應(yīng)結(jié)合維修任務(wù)分析，遍歷艦上規(guī)劃維修項目以捕獲空間需求高的維修作業(yè)，該類作業(yè)一般包括有桿牽引、座艙蓋及座椅拆裝、垂直尾翼拆裝、折疊翼拆裝、發(fā)動機拆裝、雷達及雷達罩拆裝、校靶/校準(zhǔn)等。

3) 在接口布局約束方面一般應(yīng)綜合考慮航母、飛機設(shè)計需求并針對性地采取設(shè)計措施。部分接口存在固有的布局位置需求，如燃油的放沉淀活門應(yīng)布置在油箱最低點；航母在方案設(shè)計時對飛機提出的上艦一般需求也需要重點考慮，如艦面系留點布局規(guī)劃；多型艦載機存在接口的通用化與繼承性需求，應(yīng)盡量在機上相似區(qū)域布局。

另外，還有一些隱蔽的接口布局影響因素需要同時考慮，典型的包括安全影響因素，如補氧接口與燃油加注接口不應(yīng)布置在同一區(qū)域；保障活動干涉影響因素，如掛彈區(qū)域避免布置系留鋼索等。

4) 在艦船運動條件約束方面首先需要采取的措施是盡量減少艦上預(yù)防性、修復(fù)性維修項目，在確定必須實施的維修作業(yè)后，應(yīng)結(jié)合艦船運動學(xué)模型、維修場景采取人員防跌落、維修狀態(tài)下系留固定、設(shè)備拆裝間隙優(yōu)化、運動條件下的水平測量及校靶/校準(zhǔn)等設(shè)計措施。

5) 考慮環(huán)境損傷的維修性設(shè)計。在考慮易腐蝕部位易檢性與可達性時，應(yīng)結(jié)合以可靠性為中心的維修分析(RCMA)中的結(jié)構(gòu)環(huán)境損傷評級、腐蝕防護控制設(shè)計工作，同步開展全機結(jié)構(gòu)件、安裝架、螺釘、鉚釘?shù)染o固件的維修性設(shè)計。不完全密閉或可達性差的區(qū)域應(yīng)采用開設(shè)檢查孔、可拆卸壁板的設(shè)計措施滿足易檢性與可達性需求，如圖10所示。

圖10 不完全密閉區(qū)域的腐蝕檢查孔與可拆卸壁板設(shè)計Fig.10 Design of corrosion check hole and removable wall plate in incomplete enclosed area

4 面向全壽命周期的艦載機腐蝕防護設(shè)計

艦載機壽命期環(huán)境剖面分析作為艦載機環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計的前提和基礎(chǔ)[17]，主要從作戰(zhàn)海域氣候環(huán)境分析出發(fā)，將飛機壽命期劃分為艦面貯存、艦基使用和拆解運輸?shù)鹊湫褪录?，結(jié)合飛機作戰(zhàn)海域、使命以及飛行包線、典型任務(wù)剖面分析獲得對飛機產(chǎn)生影響的各類環(huán)境要素。根據(jù)飛機典型任務(wù)剖面使用比例和具體海域任務(wù)規(guī)劃時間，形成艦載機在海域環(huán)境、陸基環(huán)境和空中環(huán)境下的年任務(wù)布置時間比例。

由于艦載機特殊的部署位置，其停放、起飛和降落過程中經(jīng)受的環(huán)境條件與陸基飛機有很大的不同。特殊的高溫、高濕和高鹽霧及機械誘發(fā)環(huán)境耦合作用進一步加速了艦載機及機載設(shè)備的腐蝕[18-19]。因此為滿足飛機長期艦上服役、高出勤率和高出動強度的需求，掌握全壽命周期腐蝕防護與控制技術(shù)成為艦載機海洋環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計的關(guān)鍵。

1) 艦載機壽命期腐蝕環(huán)境分析

針對艦載機部署海域環(huán)境數(shù)據(jù)，通過全壽命周期典型使用環(huán)境比例加權(quán)分析研究，建立全壽命周期環(huán)境總譜?；陲w機分區(qū)的局部環(huán)境特征，通過試驗、分析、計算及實測等方法建立艦載機環(huán)境總譜與局部環(huán)境的對應(yīng)關(guān)系。

2) 艦載機抗腐蝕能力技術(shù)指標(biāo)建立

基于艦載機隱身性能要求及海洋環(huán)境抗腐蝕性能要求，開展新材料、新工藝技術(shù)研究。通過新材料研制、材料性能及穩(wěn)定性研究、工藝適應(yīng)性研究、耐環(huán)境性能試驗以及典型連接件加速腐蝕考核等手段，建立飛機腐蝕防護與控制指標(biāo)要求，明確飛機不同區(qū)域防護體系構(gòu)成及厚度優(yōu)化，形成隱身/防腐協(xié)同防護設(shè)計方法。

3) 艦載機腐蝕防護與控制綜合設(shè)計

從通風(fēng)、排水、密封、選材、防護體系設(shè)計和可維護性設(shè)計等方面統(tǒng)籌規(guī)劃腐蝕防護與控制設(shè)計技術(shù)[20]，綜合分析飛機結(jié)構(gòu)特點，劃分腐蝕局部環(huán)境區(qū)域并重點加強如起落架艙、進氣道等外露開敞環(huán)境下的機體抗腐蝕設(shè)計。機載設(shè)備抗腐蝕設(shè)計按照腐蝕環(huán)境技術(shù)指標(biāo)要求進行，并提前開展成品及附件腐蝕環(huán)境摸底試驗，降低研制風(fēng)險。

4) 艦載機抗腐蝕能力驗證與評估技術(shù)

在艦載機環(huán)境總譜及局部環(huán)境分析基礎(chǔ)上，結(jié)合飛機使用特征，采用類比分析及試驗方法制定飛機局部環(huán)境加速腐蝕試驗驗證方法。根據(jù)機載成品及附件安裝區(qū)域環(huán)境，通過對比分析及理論計算方法形成GJB 150A—2009“三防”環(huán)境試驗條件與自然腐蝕環(huán)境試驗的對應(yīng)關(guān)系，并開展元件級、典型件和基于腐蝕防護設(shè)計特征的典型艙段級的“層級式”加速腐蝕試驗驗證，形成驗證評估體系。

5) 艦載機外場腐蝕維護與控制策略

通過對外場服役飛機腐蝕情況調(diào)研和加速腐蝕試驗確定艦載機防護涂層體系腐蝕失效形態(tài)及表征方法，采用模糊綜合評判方法進行量化評級，確定合理視情維護時機。通過緩蝕、清洗、原位修理技術(shù)等研究，形成部隊級腐蝕維護與修理手冊；基于飛機腐蝕損傷評估技術(shù)和監(jiān)控結(jié)果，制定基地級腐蝕維護與控制技術(shù)要求。

6) 艦載機表面清洗技術(shù)要求

在清洗艦載機前，綜合考慮污染類型、清洗部位、表面材料和連接工藝等因素，選擇合適的清洗劑和清洗方式[21-22]。這不僅關(guān)系到清洗效率，還會對飛機表面防護涂層的性能造成直接影響?？紤]到上述情況以及軍機清洗的安全性和高效性，艦載機清洗主要采用整體機械沖洗和局部手工擦洗的清洗方式。對于全機防雨口蓋、起落架艙、進排氣口和外露天線等機上特殊部位，要特別明確其防護方法及清洗要求。

5 艦載機保障系統(tǒng)一體化設(shè)計

5.1 艦載機保障系統(tǒng)需求一體化開發(fā)

航母編隊各型艦載機技術(shù)特征、維護需求均有較大差異，即使有類似維護需求，但如果不采取一體化論證、設(shè)計或統(tǒng)籌規(guī)劃，仍將導(dǎo)致航母上保障設(shè)備等資源種類繁多，這與航母上有限的空間形成了鮮明的矛盾。

軍機隨機保障設(shè)備一般隨型號下達研制任務(wù)且自成體系，標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程度不足，尚未全面且系統(tǒng)性地開展各型軍用飛機保障設(shè)備的系列化、通用化設(shè)計，各型號間信息共享工作雖在推進但程度有限。因此需要頂層策劃、統(tǒng)一部署，拉通各機型研制體系，創(chuàng)新技術(shù)、管理理念和工作流程。

保障系統(tǒng)一體化設(shè)計首先應(yīng)實施岸艦一體化設(shè)計，并遵循“以艦為主、岸艦通用”的原則，否則將嚴(yán)重影響上艦機務(wù)人員工作技能學(xué)習(xí)和保持成本，并帶來工作隱患。另外，更應(yīng)該開展艦載機多機種一體化保障設(shè)計，既在多型艦載機和航母研制過程中，通過艦-機、機-機協(xié)同規(guī)劃、設(shè)計和協(xié)調(diào)工作，使多型艦載機具備相互協(xié)調(diào)的保障特性，與航空母艦和航空兵基地保障體系形成相互協(xié)調(diào)、相互配合、相互合作的裝備體系，在岸基基地和航母配置合理的保障資源，以滿足艦載機保障需求，同時通過高效率的資源調(diào)配解決在有限空間內(nèi)的資源供給問題。目前國內(nèi)外已有一些針對航空保障流程分析和保障資源調(diào)度模型的研究：文獻[23]根據(jù)航母艦載機機群航空保障流程特有的串行、并行、柔性特點以及艦載機的起飛順序，基于整數(shù)線性規(guī)劃方法建立了航空保障資源優(yōu)化調(diào)度的混合整數(shù)線性規(guī)劃模型；文獻[13]根據(jù)不同出動方式下艦載機所需航空保障組織實施方式的區(qū)別，建立了艦載機的航空保障資源調(diào)度模型；文獻[24-25]開展了艦載機保障人員配置的優(yōu)化研究。雖然上述研究依托艦載機作業(yè)活動對資源的配置、優(yōu)化和調(diào)度進行了探討，但是對于多型機保障資源如何統(tǒng)籌開展優(yōu)化設(shè)計方面尚未開展深入討論，而保障資源的產(chǎn)生是后續(xù)配置和優(yōu)化、調(diào)配的基礎(chǔ)，應(yīng)作為重點問題進行分析。

保障系統(tǒng)的需求來源于艦載機的使用和維修過程，按照系統(tǒng)工程方法首先面向各型艦載機使用維護活動進行保障系統(tǒng)功能分析，主要活動事件包括飛機調(diào)運、等級轉(zhuǎn)進、飛行前準(zhǔn)備、再次出動準(zhǔn)備、執(zhí)行任務(wù)、飛行后檢查、修復(fù)性維修、周期性維護、基于狀態(tài)維修、整機停放、起吊、失事救援、能力提升、戰(zhàn)傷搶修等。對保障活動所需功能面向飛機和保障系統(tǒng)進行分配分解，艦載機典型活動系統(tǒng)工程模型如圖11所示。

圖11 艦載機典型活動Fig.11 Typical motion of carrier-based aircraft

先歸納保障系統(tǒng)的功能需求形成保障系統(tǒng)功能清單，并分配分解至岸基保障系統(tǒng)和艦基保障系統(tǒng)，再進一步分解至設(shè)備層級，開展保障設(shè)備、自主保障信息系統(tǒng)、供應(yīng)保障、人員人力等相應(yīng)資源的規(guī)劃設(shè)計，艦基保障系統(tǒng)功能分配模型如圖12 所示。重點針對保障設(shè)備、保障信息系統(tǒng)研制進一步論述。

圖12 艦基保障系統(tǒng)功能分配模型Fig.12 Function assignment model of base support system

5.2 艦載機保障設(shè)備一體化研制

在5.1節(jié)工作基礎(chǔ)上開展保障設(shè)備需求分析，對功能、工作介質(zhì)、使用方式等相似的保障設(shè)備需求，進一步分析各項性能參數(shù)、測試邏輯和使用頻率等要素，從現(xiàn)役型號或在研型號保障設(shè)備中進行遴選，或進行新研、改進保障設(shè)備通用化/綜合化可行性分析，在不影響并行維護任務(wù)開展、不降低維護操作便利性、不顯著增加設(shè)備體積質(zhì)量前提下，實現(xiàn)通用化、綜合化設(shè)計。具體流程如圖13所示。

圖13 艦基保障設(shè)備通用化設(shè)計工作流程Fig.13 Generalized design workflow of base support equipment

經(jīng)工程實踐，較易于實現(xiàn)通用化設(shè)計的設(shè)備主要包括：

1) 頂支設(shè)備，如飛機千斤頂、機輪千斤頂。分析頂起載荷、飛機最小高度、最大高度等相關(guān)參數(shù)是否相同或相似。

2) 牽引設(shè)備，如牽引車。分析牽引接口、牽引載荷等參數(shù)否相同或相似。

3) 拆裝設(shè)備，如機輪拆裝設(shè)備、輪胎拆裝設(shè)備。分析安裝方式、拆裝流程、設(shè)備尺寸、接口等參數(shù)否相同或相似。

4) 加注充填/排放設(shè)備，如多種液體加注設(shè)備、充氣設(shè)備、氣密檢查設(shè)備。分析加注口位置、尺寸和形式等參數(shù)否相同或相似。

5) 油液分析類設(shè)備，如含水量檢查儀、污染度檢查儀。分析檢測油液的種類及各項指標(biāo)否相同或相似。

6) 測試設(shè)備，如射頻檢測設(shè)備、壓力檢查裝置。分析其檢測的參數(shù)、指標(biāo)及檢測接口是否相同或相似。

7) 通用儀器等。

當(dāng)然，在實際型號研制過程中，因為各型號研制任務(wù)起始節(jié)點不同，不可能嚴(yán)格按照上述流程同步開展工作，需要項目管理部門和型號研制單位積極應(yīng)對、靈活安排。更需要進一步構(gòu)建艦載機通用系統(tǒng)規(guī)范，盡快形成標(biāo)準(zhǔn)，以約束后續(xù)機型研制，從源頭上解決艦載機保障一體化設(shè)計問題。

另外，由于海洋環(huán)境以及航母內(nèi)空間、設(shè)施的制約和影響，艦基保障設(shè)備研制還需關(guān)注航母上復(fù)雜的電磁環(huán)境，應(yīng)具有更高的防爆性能，并采用電磁兼容設(shè)計，射頻類設(shè)備應(yīng)符合艦上的電磁兼容性要求。應(yīng)具有更好的防鹽霧、防酸性、防顛振、防傾斜搖擺的設(shè)計特性。維護類設(shè)備應(yīng)滿足小型化設(shè)計要求，考慮折疊、收縮等存放方式或采用可掛裝的方式存放，以節(jié)省空間。

5.3 艦載機自主保障信息系統(tǒng)一體化構(gòu)建

自主保障運行集成網(wǎng)絡(luò)由機載故障預(yù)測與健康管理系統(tǒng)(PHM)和地面自動化保障信息基礎(chǔ)設(shè)施(GASII)構(gòu)成，PHM負(fù)責(zé)艦載故障檢測和隔離，生成保障需求；GASII負(fù)責(zé)根據(jù)需求啟動保障流程、輔助開展決策和實施作業(yè)支持，自主保障運行集成網(wǎng)絡(luò)是驅(qū)動和支持保障系統(tǒng)運行的核心部分。該概念是將自主保障信息系統(tǒng)的核心組成故障預(yù)測與健康管理系統(tǒng)和自主保障信息系統(tǒng)(ALIS)整合后提出，更加突出兩者無縫銜接的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并且有利于統(tǒng)一設(shè)計，自主保障運行集成網(wǎng)絡(luò)運行場景如圖14所示。

圖14 自主保障運行集成網(wǎng)絡(luò)運行場景Fig.14 Integrated network operation scenario of autonomous support operation

為理清自主保障集成運行網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜的功能、接口以及運行邏輯，應(yīng)采用系統(tǒng)工程方法開展建模，對自主保障集成運行網(wǎng)絡(luò)的功能/運行、接口、組織架構(gòu)、資源等進行完整描述，基于模型進行開發(fā)，將有效降低需求的不完整性，減少開發(fā)過程中的迭代。應(yīng)用美國國防部體系結(jié)構(gòu)框架(DODAF)架構(gòu)構(gòu)建保障信息系統(tǒng)頂層作戰(zhàn)概念圖(OV-1)、作戰(zhàn)資源流表述模型(OV-2)、作戰(zhàn)資源流矩陣(OV-3)、組織關(guān)系圖(OV-4)、作戰(zhàn)活動模型(OV-5b)等視圖。頂層作戰(zhàn)概念圖從用戶視角完整描述保障信息系統(tǒng)的運行過程；作戰(zhàn)資源流表述模型用于描述保障信息系統(tǒng)的運行架構(gòu)、其他系統(tǒng)與保障信息系統(tǒng)之間的運行接口；作戰(zhàn)資源流矩陣以矩陣的形式描述保障信息系統(tǒng)外部接口的信息流；組織關(guān)系圖用于說明保障系統(tǒng)相關(guān)組織機構(gòu)之間的關(guān)系；作戰(zhàn)活動模型是對保障信息系統(tǒng)運行活動的完整描述，按場景對保障信息系統(tǒng)的功能運行進行說明，如圖15所示。

圖15 OV-5b作戰(zhàn)活動模型Fig.15 OV-5b operational activity model

自主保障集成運行網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用DODAF的架構(gòu)時，應(yīng)注重說明岸艦一體化的設(shè)計思路、多型機保障可共用功能和信息標(biāo)準(zhǔn)、組織機構(gòu)相互關(guān)系以及自主保障集成運行網(wǎng)絡(luò)與母艦本身信息系統(tǒng)之間的接口關(guān)系，通過梳理構(gòu)建多型機功能通用、與軍方信息系統(tǒng)融合、與航母信息系統(tǒng)密切對接且岸艦基本一致的自主保障集成運行網(wǎng)絡(luò)，可有效支撐航母編隊對艦載機信息的充分使用。

6 艦載航空裝備保障發(fā)展展望

裝備保障發(fā)展的目標(biāo)始終是以合理的壽命周期費用實現(xiàn)更高的作戰(zhàn)任務(wù)執(zhí)行能力要求。發(fā)展思路始終需要從需求牽引、技術(shù)支撐、裝備特點、設(shè)計賦予、診斷測試等關(guān)鍵發(fā)展要素入手。

近年來公開發(fā)表的對未來作戰(zhàn)模式的研究包括分布式作戰(zhàn)、多域戰(zhàn)、馬賽克戰(zhàn)、穿透性制空(PCA)等新概念。隨著全球范圍內(nèi)四代機的普遍裝備，跨代戰(zhàn)斗機即將出現(xiàn)，有分析認(rèn)為是未來分布式空中作戰(zhàn)體系中具有遠(yuǎn)程、穿透、強感知、強火力和快速決策能力的強有力骨干節(jié)點平臺[26]。也有報導(dǎo)認(rèn)為“有人+無人”成為分布式作戰(zhàn)的新模式，美國海軍計劃建設(shè)“戰(zhàn)斗機+無人機模塊+廉價巡航導(dǎo)彈”的新型戰(zhàn)斗機編組，使少量戰(zhàn)斗機也能形成具有高威脅能力的空中作戰(zhàn)力量。美國海軍下一代艦載戰(zhàn)斗機項目被稱為“下一代空中優(yōu)勢”計劃(The Next Generation Air Dominance，NGAD)，根據(jù)公開信息顯示，將包含的主要特征有：① 采用全新的六代機設(shè)計方案。很可能為可選有人駕駛(即有人駕駛與無人駕駛的組合)，純有人駕駛的可能性很低。② 速度快、航程遠(yuǎn)。有人艦載機將既要具備F-35C戰(zhàn)斗機的多種能力，又要采用新技術(shù)增大航程。其作戰(zhàn)半徑將約為F-35C戰(zhàn)斗機作戰(zhàn)半徑的兩倍，達到約1 852 km(1 000海里)。③ 配有先進C4ISR設(shè)備。具備隱身性，但是將可能采取折衷方案。下一代艦載機一個值得關(guān)注的研制方向就是其不再強調(diào)極致的隱身性能，在武器有效載荷方面亦有所讓步，轉(zhuǎn)而追求足夠遠(yuǎn)的作戰(zhàn)半徑、較快的飛行速度和C4ISR系統(tǒng)的先進性。④ 可掛載各種機載武器，也可發(fā)射無人機，具有較強的突防能力。

不同作戰(zhàn)概念對裝備保障提出了新需求。歸納起來主要包括要求實時感知裝備和保障資源狀態(tài)，強調(diào)資源網(wǎng)絡(luò)化調(diào)度的靈活性和自適應(yīng)性，供應(yīng)鏈不再是簡單的線性活動；維修保障決策聚焦作戰(zhàn)任務(wù)，有針對性地提高裝備任務(wù)執(zhí)行能力，以體系作戰(zhàn)效能為出發(fā)點進行維修決策并規(guī)劃保障任務(wù)。未來作戰(zhàn)平臺保障需求包括快速戰(zhàn)損評估能力、精準(zhǔn)迅速的維修決策能力、彈性敏捷的保障能力等[27]。

綜上所述，未來空海作戰(zhàn)概念和裝備形態(tài)特征仍在討論和動態(tài)發(fā)展過程中，裝備保障必須同步思考論證，既要面向作戰(zhàn)概念牽引出的保障需求，也要面向裝備保障的本質(zhì)特征和根本目標(biāo)，牽引新技術(shù)研發(fā)或者在新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動下規(guī)劃發(fā)展路徑。

裝備保障核心目標(biāo)就是減少或消除故障或潛在、隱蔽故障對裝備執(zhí)行任務(wù)能力的影響。在技術(shù)可行性、經(jīng)濟可承受性、戰(zhàn)場使用環(huán)境等約束下，裝備保障研制要在滿足作戰(zhàn)效能需求的同時不斷提高故障診斷、資源獲取與經(jīng)濟性間協(xié)調(diào)的水平，各類裝備、各時期裝備保障工作區(qū)別只是在于被保障對象的作戰(zhàn)需求、平臺特點及期望應(yīng)用的新技術(shù)成熟度不同而已。

艦載航空裝備主要運用于海上作戰(zhàn)，因時空阻隔原因艦隊遠(yuǎn)海支援困難，通信渠道更無法實時保障，應(yīng)在滿足可接受飛行安全要求前提下，將保持較高能執(zhí)行任務(wù)率(MCR)作為裝備保障設(shè)計根本出發(fā)點，應(yīng)將平均維修間隔時間(MTBM)作為重要牽引性指標(biāo)要求。艦載機系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)將高健壯性設(shè)計作為重要考慮因素，實現(xiàn)柔性系統(tǒng)軟、硬件資源動態(tài)配置，故障功能模塊可替代，系統(tǒng)功能恢復(fù)或部分恢復(fù)；應(yīng)用電力線載波通信、5G機內(nèi)通信技術(shù)簡化機載線束互聯(lián)系統(tǒng)設(shè)計；整合機載任務(wù)、管理、控制等計算需求，采取機內(nèi)邊緣云、戰(zhàn)區(qū)云計算等設(shè)計措施，進一步提高載機及作戰(zhàn)編隊任務(wù)可靠性；隨著機載大功率能源生成及電力作動器技術(shù)的發(fā)展，它們將替代傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)，實現(xiàn)電傳、電作動一體化飛行控制，進而達成飛機系統(tǒng)簡化設(shè)計等?？傊?，進行飛機及各系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)在滿足作戰(zhàn)性能要求同時，綜合權(quán)衡飛機、系統(tǒng)“故障后可不修”的程度，實現(xiàn)維修間隔時間的大幅提高。

“故障后可不修”的技術(shù)底氣在于消滅隱蔽故障、掌控潛在故障，因此未來故障預(yù)測與健康管理技術(shù)的發(fā)展主要應(yīng)從以下幾個方面進一步推進：① 應(yīng)用對象范圍擴展，盡量全面覆蓋涉及飛行安全、任務(wù)成功的功能，產(chǎn)品范圍屬性從機電、結(jié)構(gòu)進一步拓展到電子產(chǎn)品；② 故障/壽命預(yù)測精度及置信度進一步提高到可實用水平；③ 健康管理更加自主、智能。未來PHM系統(tǒng)如果實現(xiàn)高精度、置信度的故障預(yù)測且具備高自主、智能的健康管理能力，可極大地降低故障引發(fā)的風(fēng)險，并最大限度發(fā)揮飛機能執(zhí)行任務(wù)能力，為艦載航空裝備使用帶來更高自由度。

裝備保障一般流程為“預(yù)測或發(fā)現(xiàn)故障—隔離故障—維修決策—排除故障”，將這4個要素抽象為觀察、判斷、決策及行動4個環(huán)節(jié)，就形成了一個完整的OODA環(huán)[28]，如圖16所示。

圖16 保障OODA環(huán)Fig.16 Guarantee OODA circle

未來作戰(zhàn)模式制勝領(lǐng)域超越傳統(tǒng)的物質(zhì)域和信息域，依靠決策優(yōu)勢占據(jù)作戰(zhàn)優(yōu)勢，認(rèn)知域成為制勝領(lǐng)域。面對未來智能化戰(zhàn)爭，傳統(tǒng)以人工決策為中心的保障難以滿足要求，在保障的感知、決策、調(diào)度、執(zhí)行等環(huán)節(jié)都需要人工智能和自主系統(tǒng)發(fā)揮支撐作用，形成可感知、自主決策并執(zhí)行的智能化裝備保障。在艦載機保障執(zhí)行方面，實現(xiàn)自主化使用保障如自動插電、自動加油、自動掛彈，為艦面“一站式保障”[29]騰出更多作業(yè)空間。應(yīng)用智能機器人維修檢測，例如美軍研究利用蛇形機械臂機器人開展無損檢測，特別適用于艦載機腐蝕檢測和防護工作。適應(yīng)航母平臺特性的增材制造系統(tǒng)更將大幅提高艦載機機體結(jié)構(gòu)及部附件可修水平，提高搶修能力。其他如基于云計算的分布式自主保障技術(shù)、智能健康管理與作戰(zhàn)能力評估、智能人-機協(xié)同維修決策、精確維修控制管理、智能檢測與機器輔助維修、增強現(xiàn)實的維修輔助技術(shù)等[27]，已有相關(guān)論述不再展開?？傊?，未來應(yīng)面向機械化、信息化、智能化“三化”發(fā)展方向，結(jié)合工程實際逐步提高保障系統(tǒng)自主化水平，降低保障系統(tǒng)對維修人員的依賴，使之成為一個真正的“系統(tǒng)”。

在艦載機維修間隔時間(能執(zhí)行任務(wù))和保障OODA環(huán)效率不斷提高的支撐下，艦載機部隊可以獲得充分的“維修期權(quán)”或“等待期權(quán)”(嘗試找到最佳時間來進行維護，使系統(tǒng)在剩余使用壽命(RUL)內(nèi)產(chǎn)生的收益與可被避免的非計劃性故障開銷二者的合并效果最大化)[30]，保障模式可以在自主保障模式基礎(chǔ)上再次發(fā)生“躍升”。在維修期權(quán)的賦權(quán)下，未來實現(xiàn)無維修間隔期的作戰(zhàn)使用將是可能的，姑且命名為自由保障。裝備自由保障模式具體是指在一段時間周期內(nèi)，通過必要的使用保障，航空裝備無因系統(tǒng)故障或者性能降級導(dǎo)致的對用戶的使用限制，能夠完成所預(yù)期的作戰(zhàn)任務(wù)，該周期結(jié)束后通過集中快速的維修保障，航空裝備能夠迅速恢復(fù)至可執(zhí)行任務(wù)狀態(tài)。在航母戰(zhàn)斗群出航期間，艦載機具備不低于若干飛行小時的無維修使用期，期間艦載機具備執(zhí)行任務(wù)能力但不一定是完好的，具有很強的執(zhí)行任務(wù)靈活度。艦面保障主要利用最小攜行規(guī)模的備件、智能化/自動化維修設(shè)備，完成少量的使用保障和維修保障。自由保障模式應(yīng)實現(xiàn)作訓(xùn)期間N天無維修使用，作戰(zhàn)間隙“1”刻實施多個故障的集中維修，即“N+1”自由保障模式，使裝備作戰(zhàn)效能最大化。艦載航空裝備技術(shù)特征表現(xiàn)如下：

1) 智能化飛機：極高任務(wù)可靠與安全裕度，易于機器施加維修，高覆蓋、高精度、高置信PHM，自保障能力。

2) 智慧保障指揮控制系統(tǒng)：保障態(tài)勢全面感知、智能決策、指揮控制，云部署、分布式、自優(yōu)化、自演進。

3) 無人化維修：可指令驅(qū)動、閉環(huán)控制的先進智能化維修系統(tǒng)、設(shè)備。

面向未來作戰(zhàn)環(huán)境的艦載機論證過程中，可以考慮應(yīng)用“N+1”自由保障模式構(gòu)建保障運行概念，優(yōu)化保障指標(biāo)體系，開展保障指標(biāo)分解分配，牽引各方面技術(shù)發(fā)展，支撐該保障模式逐步實現(xiàn)。

7 結(jié)束語

未來戰(zhàn)場，艦載航空兵力仍將是海上作戰(zhàn)體系的核心力量，傳統(tǒng)海軍強國已著手開展未來作戰(zhàn)模式和作戰(zhàn)平臺概念研究，體系化、協(xié)同化、分布式、智能化發(fā)展趨勢日益明顯，多域戰(zhàn)、馬賽克戰(zhàn)等作戰(zhàn)概念不斷進入人們視野，下一代艦載機技術(shù)特征也將逐步明朗。

在構(gòu)建海上作戰(zhàn)概念的同時，加強相匹配的保障概念研究，強化對相關(guān)應(yīng)用技術(shù)的牽引。航母裝備包括艦載機編隊作為一個有機整體，可進一步理清協(xié)同論證機制，避免“鞋腳”紛爭，應(yīng)共邁大步。通用質(zhì)量特性與功能性能一體化設(shè)計分析工作仍在工程實踐探索的路上，要結(jié)合裝備MBSE技術(shù)工程應(yīng)用，繼續(xù)積極實踐、及時總結(jié)，實現(xiàn)技術(shù)體系升級，提高“費效比”。艦載機多機種一體化保障設(shè)計涉及單位范圍廣、協(xié)同接口多、實施難度大，應(yīng)結(jié)合工程實踐盡快開展標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范預(yù)研工作，形成面向艦載機一體化保障的標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)，凝聚各方力量共同參與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范編制，形成適應(yīng)中國科研體系的艦載機標(biāo)準(zhǔn)。

綜合保障領(lǐng)域涉及專業(yè)范圍廣，工作項目類型繁多龐雜，不斷發(fā)展出現(xiàn)事后修理、定時維修、以可靠性為中心的維修、基于狀態(tài)維修等各類概念，但究其根本始終是面向“故障失效”這個“隱形戰(zhàn)場”發(fā)起的一代又一代抗?fàn)帯Ｒ虼?，面向下一代艦載航空裝備研制工作，要在研究論證過程中提前識別換代裝備系統(tǒng)新的故障機理和模式，研究抑制、控制、診斷、預(yù)測和維修保障相關(guān)技術(shù)，利用裝備保障在軍民融合方面的先天優(yōu)勢，引入各類先進技術(shù)方法，圍繞作戰(zhàn)需求形成適配的、理念先進的保障方案，從“保障戰(zhàn)斗力”跨越到“釋放戰(zhàn)斗力”。