胡 濤， 呂瑞強， 王雙川

(空軍勤務學院航空四站系, 江蘇 徐州 221000)

航空地面保障裝備模塊化設計

胡 濤， 呂瑞強， 王雙川

(空軍勤務學院航空四站系, 江蘇 徐州 221000)

針對航空地面保障裝備發(fā)展過程中存在的問題，分析了其模塊化設計的國內外研究現狀，研究了航空地面保障裝備模塊化設計方法，提出了航空地面保障裝備模塊化設計原則、模塊劃分方法、模塊化設計方案和模塊組合方式，探討了模塊化保障裝備的保障模式及其軍事經濟效益，為提高航空地面保障裝備的保障能力和保障效率提供了理論支撐。

航空地面保障裝備；模塊化設計；模塊組合

大規(guī)模機動轉場要求航空地面保障裝備具有體積小、質量小、集成度高、攜行性好、可靠性高、通用性強和標準化程度高等特點，以適應靈活高效、高強度、多機種的保障模式。目前，航空地面保障裝備是按照本場保障模式為主進行研制的，受當時技術條件限制，存在體積大、功能單一、通用性差、機動性差和不便空運等問題，限制了航空地面保障裝備保障效率的進一步提升。裝備的模塊化設計被視為實現裝備多樣化、提升裝備能力的主要途徑，其基本思想是:首先根據裝備的不同功能或相同的功能但性能、規(guī)格不同，將裝備劃分為一系列功能模塊，然后通過模塊的不同組合得到不同功能的裝備。

國外對航空地面保障裝備模塊化設計起步早，如俄軍在綜合化、多功能保障裝備研制方面已取得了很大進展。美軍早在20世紀初就提出了模塊化保障的概念，研制了模塊化航空保障裝備系統(tǒng)(Modular Aircraft Support System，MASS)，并在空軍推廣使用，極大地提高了美空軍的地面保障能力。MASS系統(tǒng)將各航空地面保障裝備按其功能設計成各種功能模塊，另外還有通用的載體和框架，使用時可根據保障需求將各功能模塊配置到載體上，在滿足保障需求的同時，提高了其展開性和可承受性[1]。

我軍航空地面保障裝備模塊化設計工作起步較晚，近年來在積極吸取歐美空軍先進保障理念的基礎上，也開始探索適應我軍體制、編制特點的航空地面裝備模塊化保障模式，大大提高了保障裝備的可靠性、保障性和維修性，取得了良好的軍事經濟效益。但是，在模塊化裝備設計過程中仍然存在諸多問題，如保障裝備在設計過程中各自為政，不同裝備之間的通用性差；保障裝備只是簡單地模塊化、小型化，其保障能力、機動能力等并未有顯著提升，也未考慮裝備之間的電磁兼容性，其綜合能力還相對較差[2]。為了提升航空地面保障裝備的多機種保障能力，急需從系統(tǒng)的角度對航空地面保障裝備的模塊化進行研究。

1 模塊化設計原則和模塊劃分

1.1 模塊化設計原則

模塊化實質上是對產品進行分解、選擇和重組的過程，模塊的劃分不是隨意的，需要根據原始產品的結構、工作原理和需求而定，模塊化設計要力求實現多功能化，但組成單元又盡可能少，并保證功能完整、構造簡單。航空地面保障裝備在模塊化設計時要遵從如下原則[3-4]：

1)保持模塊在功能和結構上有一定的獨立性和完整性；

2)模塊間的接口要便于連接和分離；

3)模塊與模塊之間只具有弱耦合關系，模塊內部各部分之間要具有強耦合關系；

4)分解的粒度要適中；

5)典型部件和通用性原則。

1.2 模塊劃分

航空地面保障裝備模塊劃分主要依據現役航空地面保障裝備的功能和結構特點來進行，保障裝備由汽車底盤和上裝部分組成，其中：底盤為機動平臺；上裝部分為飛機提供保障任務的裝置，包括動力系統(tǒng)和功能系統(tǒng)，是實現保障功能的主要部分。圖1為航空地面電源車的結構，其主要用于飛機電子設備的通電檢查和飛機發(fā)動機的啟動，是使用頻率最高的保障裝備，其上裝部分包括柴油發(fā)動機、直流發(fā)電機、發(fā)電機組控制、電壓轉換裝置和供電控制電路。

圖1 航空地面電源車的結構

由圖1可以看出：動力系統(tǒng)由柴油發(fā)動機和發(fā)電機組成，可將其設計為通用的動力模塊，為了與汽車底盤的動力系統(tǒng)相區(qū)別，稱之為通用模塊；功能系統(tǒng)是該保障裝備完成保障任務的主要部分，通過相關連接裝置與動力系統(tǒng)和飛機連接，實現能量流、物資流和信息流的傳遞，因此可將其設計為專業(yè)功能模塊，簡稱功能模塊；汽車底盤既可作為模塊的機動平臺使用，也可作為牽引飛機的平臺，在進行模塊化設計時，可統(tǒng)一結構型號并形成系列，一般根據搭載模塊的數量和質量來選擇相應的底盤[5-6]。

當進行多機種保障時，可將不同的功能模塊組合在一起，共同使用一個動力源，因此，通用模塊功率的大小應滿足其他多個功能模塊的功率需求。模塊化多功能保障裝備的重組結構如圖2所示。

圖2 模塊化多功能保障裝備重組結構

2 模塊化設計方案和模塊組合使用方式

2.1 模塊化設計方案

根據模塊劃分情況，模塊化航空地面保障裝備由底盤、通用模塊和功能模塊組成。其中：通用模塊和功能模塊為方艙結構，包括柴油機組(通用)、電源、空調、液壓、充氮和冷氣6個模塊，如圖3所示。除此之外，還有電源輸入電纜、輸出電纜(或通風管道、充氣管道及液體管道等)、控制系統(tǒng)等輔助裝置。

圖3 模塊結構示意圖

圖4 模塊化裝備分離與組合示意圖

底盤采用短距離自行拖車結構，可放置3個模塊，并可實現底盤與模塊的快速分離和組裝，如圖4所示。各模塊可根據飛機的保障需求進行組合，并由控制系統(tǒng)控制模塊的工作情況。底盤采用統(tǒng)一尺寸的拖車底盤，前后均有150 mm寬的凹槽，用于放置電源輸入電纜、輸出電纜、通風軟管、油管和氣管等；采用標準角件和底鎖方式固定功能模塊；可由蓄電池與電機組合驅動，可以5 km/h的速度行進，并具有緩沖、減震、吊裝和系留等裝置，便于使用和運輸。模塊外部有操作界面、電源輸入接口和輸出接口；底部有2道凹槽，與底盤對應；頂部有吊裝裝置。

當在本場保障時，可由牽引車一次將2～4個拖車裝備牽引到外場，拖車式模塊化裝備組合如圖5所示。

圖5 拖車式模塊化裝備組合示意圖

當進行伴隨機動保障時，可將3個功能模塊根據使用要求直接放置于自行式底盤上，形成自行式保障裝備，自行式模塊化保障裝備中各功能模塊可根據保障需求自由組合，如圖6所示。

圖6 自行式模塊化裝備組合示意圖

2.2 模塊組合使用方式

根據輸入電源的來源可將模塊組合使用方式分為采用系統(tǒng)柴油機組和采用機場電源或民用機組2種，其示意圖如圖7所示。當采用系統(tǒng)柴油機組時，1個拖車底盤可裝載2個功能模塊和1個機組模塊，如圖7(a)所示，該組合方式不受市電的限制，機動靈活，適合進行機動性強的保障；當采用機場電源或民用機組時，1個拖車底盤可裝載3個功能模塊，如圖7(b)所示，該組合方式保障功能多，綜合保障能力強，功率不受海拔影響，持續(xù)保障時間長，更適合高原保障和多機種大強度的飛行保障[7]。

圖7 模塊組合使用方式示意圖

柴油機組(通用)、電源、空調、液壓、充氮和冷氣6個模塊為基本型裝備，模塊與模塊之間、模塊內部組件之間可進行組合：1)根據任務需求組合不同類模塊，如組合成空調電源車、液壓電源車等；2)通過加裝內部模塊組件或將同類模塊進行組合，可滿足不同的或更高的作戰(zhàn)使用性能要求，擴展為系列化、通用化和標準化的裝備，如組合2個空調模塊，可滿足特種飛機的保障需求。

3 航空地面模塊化保障裝備保障模式

3.1 飛行保障

在本場保障時，保障機型基本固定，保障強度在可預計范圍內。應根據飛行保障預案有針對性地進行模塊組合和裁剪，同時，可根據保障強度提前將不同模塊組合在拖車底盤上，且對保障強度高的模塊可多裝載，對保障強度低的模塊少裝載。如：保障特種飛機用電時，可組合2個電源模塊和1個動力模塊形成雙電源拖車；保障飛機液壓系統(tǒng)時，可組合1個電源、1個液壓和1個動力模塊形成電源液壓拖車；保障運輸機時，可將2個空調模塊并聯，也可將多個空調模塊并聯，以滿足特種飛機的流量需求；在機棚內保障時，可用市電為各模塊提供動力，無需配備機組模塊，以降低噪聲、避免發(fā)動機尾氣污染。

以保障12架飛機的飛行為例，當采用柴油機組作為動力源時，需要6臺電源空調拖車、1臺充氮拖車和1臺雙液壓拖車共8臺拖車進行飛行保障，如圖8所示?，F役保障裝備與模塊化保障裝備進行飛行保障時，其裝備數量和展開面積對比情況如表1所示。

由表1可以看出：采用了模塊化保障裝備所需的保障裝備數減小了42.9%，裝備展開面積減小了62.5%，因此采用模塊化保障裝備進行飛行保障時，可有效地減少保障裝備數量和減小裝備展開面積，提高保障裝備利用率和保障效率。

圖8 柴油機組供電的飛行保障示意圖

表1 現役與模塊化保障裝備的數量和展開面積對比

保障模式裝備數/臺展開面積/m2現役保障裝備14203．7模塊化保障裝備876．4

3.2 機動轉場保障

模塊化保障裝備采用了模塊化、通用化和系列化的設計方法，可實現底盤與模塊的快速分離和組裝。當進行轉場保障時，無需將整套保障裝備隨機運輸，只需將需要的模塊進行組合。模塊與底盤可分離實施空運，也可將整個拖車空運。

模塊化保障裝備還適合于直升機野外保障，采用自行式結構，各個模塊可放置在通用型汽車底盤上，實現自行保障，也可通過直升機吊裝等方式將必備的功能模塊運輸至山林、濕地等特殊地帶[8]。

3.3 維護檢查保障

對于修理廠的檢修保障，需要的保障裝備少，用2臺模塊化拖車即可滿足所有保障要求，節(jié)省了物力和人力，提高了保障效率。

4 結論

模塊化航空地面保障裝備易運輸、易組合，保障模式更加靈活多樣，保障效能高，能較好地適應多樣化軍事任務的需要；各模塊相對獨立，底盤與模塊可分開采購，即依據不同機場的需要因地制宜地制定采購方案，且裝備的零部件之間互換性強，出現故障可直接更換，部隊使用方便，降低了裝備全壽命周期費用，具有較高的軍事經濟價值。

[1] 祈明亮，陳濤，胡興宇.國外航空地面保障裝備研發(fā)動向[J].大觀周刊,2012,580(20):121-122.

[2] 朱建濤，姚學榮，王朋飛.航空保障裝備建設體系發(fā)展思路[J].硅谷，2015(1):238-242.

[3] 董春蘭，趙娜. 基于產品平臺的機械產品模塊化設計方法[J]．機械設計,2012,29(6):1-6.

[4] 肖聰，李彥，李文強，等. 基于功能流的復雜產品模塊劃分方法研究[J]．機械設計與制造，2009(12):249-251.

[5] 劉輝.工藝模塊化設計系統(tǒng)構建與實現 [J].航空制造技術,2013(11): 96-97.

[6] 韓學平，韓江林，于麗.航衛(wèi)保障方艙的研究與設計[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2013(8):10-16.

[7] 范海文,李建偉,王世堯.信息化武器裝備系統(tǒng)綜合集成研究[J].火力與指揮控制,2014,39(S1): 218-221.

[8] 張大偉.航空四站保障裝備綜合集成研究與設計[D].徐州:空軍勤務學院，2011.

(責任編輯: 王生鳳)

Modular Design of Aviation Ground Support Material

HU Tao, Lü Rui-qiang, WANG Shuang-chuan

(Department of Aviation Four Stations, Air Force Logistics College, Xuzhou 221000, China)

Aiming at the problems existing in the development of aviation ground support equipment, this paper puts forward a solution to the modular design of aviation ground support equipment by analyzing the current situation of the research on the modular design of aviation ground support equipment at home and abroad. The principle and method of modular design, the modular design scheme and module combination mode are established, and the support model of modular equipment and its economic and military benefit are discussed, which provides the theoretical support for improving the capability and the support efficiency of aviation ground support equipment

aviation ground support equipment modular design; module combination

1672-1497(2016)05-0036-04

2016-07-07

胡 濤(1991-)，男，碩士研究生。

E92

DOI：10.3969/j.issn.1672-1497.2016.05.007