飞机设计与ADC效能分析 周得敏周得敏飞机总体设计流程飞机总体设计流程1.1 ADC概念在飞机设计中的提出l 飞机系统性能和复杂程度不断提高，费用集聚上涨；l 解决经费不足和费用上涨的尖锐矛盾，美国从60年代将费用作为与性能和研制进度同等重要的因素看待，提出效能和寿命周期费用的概念；l 我国在80年代开始重视，1992年7月，原国防科工委发布国军标装备费用效能分析； 1.1 ADC概念在飞机设计中的提出l 重视性能到重视效能的重大突破；l 重视采购费到重视寿命周期费用的重大突破；l 使效能和周期费用着眼于二者统一；l 1965年开始酝酿的F-16研制计划，共权衡397次，使寿命周期费用节省约42亿美元。 效效能能1.2 ADC模型与相关概念可靠性可靠性维修性维修性保障性保障性任务可靠性任务可靠性生存力生存力可用性可用性可信性可信性能力能力有效性有效性E= A*D*C全寿命周期费用全寿命周期费用LCC费效分析费效分析E/LCC Availability Dependability Capability2. ADC模型-Availabilityl可用性(Availability)：指系统在任一随机时刻需要和开始执行任务时，处于可工作或可使用状态的程度，即当需要的时候，系统是否可用l度量：可靠性、维修性、保障性； 2.1 ADC模型-可靠性l 可靠性：系统在规定的条件下和规定的时间内无故障完成规定功能的能力，主要考虑平时的自然环境可能出现的所有故障的影响； 产品可靠性定义包括下列四要素： (1) 规定的时间； (2) 规定的环境和使用条件； (3) 规定的任务和功能； (4) 具体的可靠性指标值。2.1 ADC模型-可靠性l浴盆曲线Bathtub curve ：如果取产品的失效率作为产品的可靠性特征值，它是以使用时间为横坐标，以失效率为纵坐标的一条曲线。因该曲线两头高，中间低，有些像浴盆，所以称为“浴盆曲线”。失效率随使用时间变化分为三个阶段：早期失效期Infant Mortality、偶然失效期Random Failures和耗损失效期Wearout。 2.2 ADC模型-维修性l维修性：系统在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序方法进行维修时，保持或恢复其功能状态的能力；例如：若以平均修复时间衡量，F15A和F18A设计时的目标值分别为1.95/1.98小时。2.2 ADC模型-维修性lPHM（Prognostics and Health Management）：故障预测与健康管理 世界上大部分装备的维护多以定期检查、事后维修为主，不仅耗费大量的人力和物力，而且效率低下；lPHM技术是综合利用现代信息技术、人工智能技术，能够提前预知将要发生故障的时间和位置，预测整个系统的剩余使用寿命（Remain Useful Life），同时，记录分析系统的健康数据，像管理人体健康一样，对系统进行健康管理。 2.2 ADC模型-维修性l将维修方式从事后维修、定期维修转变为视情维修、预防性维修的问题，降低维修保障费用，缩短维修时间，提高战备完好率和任务成功率，加快武器装备维修方式向基于状态维修转变的进程。 2.3 ADC模型-保障性l 保障性：系统设计特性和计划保障资源满足平/战时使用要求的能力； 设计特性：使飞机便于操作、检测、维修、装卸、运输、消耗品补给等的设计特性； 保障资源：非设计特性，指人力和物力；例如：人员数量与技术等级、保障设备和工具类型、备件种类与数量、定货和运输时间、补给时间等。l 度量指标：再次出动准备时间，是指在预定的使用及维修保障条件下,连续执行任务的飞机，从结束上次任务返回到再次出动执行下一次任务所需要的准备时间；2.3 ADC模型-保障性l设计特性影响：飞机再次出动准备工作项目涉及飞机外观检查、武器弹药的装挂、油料气体的充填以及各种检查工作.在装备的设计时考虑如何快捷地进行这些工作,就可以在使用中缩短再次出动准备时间. 战机的设计特性影响再次出动准备工作流程,如为了保证安全工作,武器装挂必须在一系列检查工作完成之后才能进行。 例如： F/A22 机身底部离地面只有0.9m,几乎所有的部件或系统都在肩膀高的高度范围之内,便于地面检查人员不需要借助其它工具就能进行大部分的外观检查；飞机上有能为飞行员供氧的机载制氧系统,因此不需要地面液氧设备；还拥有1个辅助动力装置,因此不需要地面电瓶车。这些设计措施都能够大大缩短飞机的再次出动准备时间.3. ADC模型-Dependabilityl可信性(Dependability)：在任务开始时可用度给定的情况下,在规定的任务剖面的任一时刻,系统可工作并能够完成其规定功能的度量。l度量：任务可靠性、生存力 3.1 ADC模型-任务可靠性l任务可靠性定义为：产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力。 基本可靠性模型是一个全串联模型。 任务可靠性是一种用来描述产品在执行任务过程中完成其规定功能的能力的模型，复杂产品的任务可靠性模型往往是一个由串联、并联及旁联构成的复杂结构。3.1 ADC模型-任务可靠性lF/A-18A飞机的基本可靠性框图3.1 ADC模型-任务可靠性lF/A-18A飞机的任务可靠性框图液压泵1液压泵2l 生存力: 飞机躲避或者承受人为敌对威胁环境的能力。 主要分为两部分： 敏感性：威胁探测、发射、跟踪、引爆、命中等； 易损性：飞机被威胁命中后的反应 3.2 ADC模型-生存力3.2 ADC模型-生存力3.2 ADC模型-生存力 F-22 Raptor：First look, first shot, first killWithout StealthWith Stealth3.2 ADC模型-生存力3.2 ADC模型-生存力l战伤抢修与平时维修的区别 抢修时间 战伤修理时间一般要求在24小时（或48小时）以内，甚至6小时以内。修理条件引起维修的原因修理技术标准 平时装备修理是为了恢复其固有可靠性和安全性而制定的。修理后的装备要能恢复其全面性能，维持其使用寿命，并一直使用到下次规定的维修期限。而战伤修理必须尽快完成，用最短时间恢复装备的基本使用功能，以便迅速投入战斗。3.2 ADC模型-生存力l 战伤抢修3.2 ADC模型-生存力 例如：F/A18战斗机 美国70年代中期研制。在这种飞机研制前，美国海军刚刚颁布了海军飞机生存性大纲，要求在研或新研的美海军飞机必须在设计时考虑飞机生存性问题，最后提出了飞机生存性方案。n主结构采用余度以阻止结构损伤；n采用两台发动机提供动力；n配备两套电传操纵系统；n配备机械式备份操纵系统；n发动机远离油箱以避免发生火灾；n油箱填充泡沫材料；n主油箱和燃油管路采用自密封n阻燃液压油。3.2 ADC模型-生存力UH-60A直升机 3.2 ADC模型-生存力4. ADC模型-Capabilityl能力(Capability):是指飞机在自然使用环境及敌对环境下均正常连续工作时，飞行器能否完成任务(如摧毁目标)。 给出的是理想任务状态下可能的结果，代表系统纯粹的作战能力。它受系统的机动性、武器的精度、作用距离、杀伤力及其他设备的性能影响。 国内外研究较多的作战效能实质是飞机的能力（空战格斗能力、攻击能力）。 总结l飞行器的可用性，可信性及能力是在作战任务的不同环境及不同时期中起作用的，三者是互相依托的。如若可用性不高，则在任务初期就只有很低的出动架次率，那么成功完成任务的可能性显然就很小。可用性高但可信性不高或者可用性、可信性均高而能力不高等都会对任务的完成有很大的影响。 谢谢！