李 娜，劉迎春，楊 輝

（航空工業(yè)陜西飛機工業(yè)（集團）有限公司設(shè)計研究院，陜西 寶雞723000）

軍用飛機開展測試性設(shè)計技術(shù)的分析

李 娜，劉迎春，楊 輝

（航空工業(yè)陜西飛機工業(yè)（集團）有限公司設(shè)計研究院，陜西 寶雞723000）

軍用飛機測試性設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用，可優(yōu)化對軍機性能的檢測，及時發(fā)現(xiàn)其運行故障，擴大中視情維修的范圍，提高維修人員的技術(shù)水平，并延長軍用飛機的使用壽命，減少人力、物力的投入，同時，它也會改變應(yīng)用對象原有的特性，并改進設(shè)計，搜集有關(guān)人員對其的評價。本篇文章簡單介紹了測試性設(shè)計技術(shù)，以及其在軍用飛機的應(yīng)用與應(yīng)用的意義。

測試性設(shè)計技術(shù)；測試性設(shè)計；故障驗證

當下，軍用飛機上已經(jīng)加入機載系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)字化操作，功能更加完善，但這也增加了故障檢測的難度，所以，故障檢測與性能測試已經(jīng)成為軍用飛機維修的重點。測試性設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用，能夠簡化操作的程序，用很短的時間完成檢測，提高了檢測的可靠性。

1 測試性設(shè)計技術(shù)

測試性是，產(chǎn)品快速告知使用者其基本運行狀態(tài)，包括可以繼續(xù)工作，不可以繼續(xù)工作，或整體工作性能下降，同時，阻斷與內(nèi)部故障的連接。要求設(shè)計人員根據(jù)產(chǎn)品特性完成設(shè)計時，應(yīng)優(yōu)先考慮產(chǎn)品測試問題，以確保功能符合使用要求，并可以實時監(jiān)測產(chǎn)品的運行情況，及時發(fā)現(xiàn)故障，對于某些故障可以自動修復(fù)，為產(chǎn)品使用、維修提供保障[1]。

其特點包括：測試性設(shè)計與軍用飛機的設(shè)計同時進行，任意一項設(shè)計結(jié)束，另一項設(shè)計也隨之結(jié)束。即軍用飛機的設(shè)計包括，有確定的指標與方案，根據(jù)方案總系統(tǒng)與子系統(tǒng)，隨后完成設(shè)備與LRU（場外可更換件）設(shè)計，開發(fā)軟件并試驗，每個設(shè)計階段都有對應(yīng)的測試性設(shè)計；它既會對飛機自身的系統(tǒng)測試提出要求，同時也對測試設(shè)備提出要求；總系統(tǒng)與分系統(tǒng)使用的產(chǎn)品，被劃成兩部分，一是LRU，二是SRU（車間可更換件），每部分產(chǎn)品的設(shè)計都需要經(jīng)過測試性設(shè)計進行分析，其設(shè)計分析流程如下：根據(jù)測試性要求制定設(shè)計方案，完成設(shè)計建模，找到分系統(tǒng)、設(shè)備的最佳測試點，采用診斷策略判斷故障類型，提供判斷依據(jù)，接著測試系統(tǒng)的軟件與硬件，對預(yù)計結(jié)果進行驗證；它會影響產(chǎn)品原有的特性；產(chǎn)品最終必須滿足使用要求，并體現(xiàn)測試性要求。

該技術(shù)的操作過程是：根據(jù)設(shè)計方案與固有性的設(shè)計分析，構(gòu)建一個測試性模型，該模型在三個測試點的診斷策略中選擇其中一個，包括分系統(tǒng)/設(shè)備、LRU與SRU，待診斷結(jié)束后，確定產(chǎn)生的容差，并選擇防止預(yù)警的措施，隨后用系統(tǒng)/設(shè)備、LRU與SRU三者之一的測試流程故障判據(jù)判斷故障，接著進行接收測試軟件與硬件的設(shè)計并驗證，根據(jù)結(jié)果直接使用或適當改進。圖1所示。

圖1 測試性的操作流程

2 軍用飛機測試性設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用及意義

2.1 應(yīng)用

2.1.1 測試性設(shè)計及管理

軍用飛機的測試性設(shè)計是由主要設(shè)計單位根據(jù)相關(guān)要求，確定飛機測試性大綱的內(nèi)容。大綱內(nèi)容包括測試性設(shè)計提出的要求，普通要求、詳細要求，以及記錄測試工作進度的表格。而工作中有多個工作項目，包括制定工作計劃，收集數(shù)據(jù)并分析計劃的可行性，判斷方案與要求，隨后展開初步設(shè)計與詳細設(shè)計，最終完成驗證，且這幾個工作有各自適用的范圍。其中，制定工作計劃是方案論證化與工程研發(fā)必需的工作內(nèi)容，而收集數(shù)據(jù)、分析計劃的可信性主要用于工程研制與生產(chǎn)，但它不可以在技術(shù)論證階段應(yīng)用。同時，每項工作也互為相關(guān)，即會診斷方案與測試性能，將逐級影響初步與詳細設(shè)計與分析，最終影響驗證，而系統(tǒng)測試性工作包括三部分，分別是初步設(shè)計和分析、詳細設(shè)計與分析、驗證，而這三部分也將作用于測試性評審[2]。

此外，測試性工作計劃的制定，需配合維修性與保障性工作計劃，三者相互統(tǒng)一，而即便是一個小系統(tǒng)、運行設(shè)備，也能夠和維修性計劃配合，變成一個整體。

2.1.2 確定測試性、BIT的要求

明確這兩點要求，可增強系統(tǒng)的測試性，讓其較強的診斷能力，確保軍用飛機滿足基本的使用，并提升系統(tǒng)的可行性，有良好的穩(wěn)定性。而測試性、BIT要求的明確，是按照系統(tǒng)可用性提出的要求，決定系統(tǒng)的數(shù)量，選擇系統(tǒng)出現(xiàn)故障后簡單的檢測方式，并實現(xiàn)對故障的隔離。同時，技術(shù)人員也從不同方面收集數(shù)據(jù)，驗證自己的設(shè)計，評估系統(tǒng)運行情況，以符合測試性和BIT的要求。

測試性驗證分為兩部分，其一是注入故障驗證，其二是在虛擬操作急性的驗證。前者是以某個產(chǎn)品為樣本，由人工注入故障，用于驗證預(yù)設(shè)，檢驗FDR、FIR、FAR等指標，并嘗試用其他指標完成驗證，其首要考慮的因素是，在產(chǎn)品加入故障，會給設(shè)備帶來哪些不利影響，增加了哪些危險性，而設(shè)計人員也要選擇最佳的注入途徑，消除注入的局限性，這主要在設(shè)計前提應(yīng)用，驗證產(chǎn)品的局部能力。后者是利用虛擬演示技術(shù)，設(shè)定測試的數(shù)值，構(gòu)建產(chǎn)品模型，檢測故障對產(chǎn)品的影響，即技術(shù)人員將根據(jù)實際故障的數(shù)值，整理數(shù)據(jù)，用模型模擬產(chǎn)品出現(xiàn)故障后的運行情況，以分析FDR、FIR、FAR等指標。

2.1.3 具體應(yīng)用

該技術(shù)在軍用飛機測試性技術(shù)中的應(yīng)用，需要一套具有可行性的操作方案，即需在應(yīng)用前制定一項工作計劃，選擇測試性評審的模塊，隨后搜集需要分析的數(shù)據(jù)，放到對應(yīng)的系統(tǒng)/設(shè)備、LRU與SRU的診斷策略或故障判據(jù)模塊中，并基于分析結(jié)果進行設(shè)計與驗證。其中，其需要解決的難點是，方案中各項工作有所屬的測試范圍，在實際操作前，必須明確它在技術(shù)環(huán)境中是否適用，而應(yīng)用中所需的技術(shù)支撐是PHM技術(shù)與傳感器。即以美國F/A-18飛機為例，其會用系統(tǒng)/設(shè)備、LRU與SRU三方面的診斷，展開分析，其與原使用的機型相比，保證的費用減少了將近20億美金，而對F/A–18、F–14等不同的飛機測試后，得到的結(jié)果是維修費變?yōu)樵械?0%，但若是直接在設(shè)計階段控制，費用還可以減少10%或20%.

2.2 意義

2.2.1 增加中視情維修的適用范圍

對現(xiàn)役飛機的定期維修，多是因為該軍用飛機在研發(fā)階段并未使用測試性技術(shù)，以及故障預(yù)測技術(shù)，維修人員只能根據(jù)以往的經(jīng)驗，以固定的時間為間隔，檢查飛機的系統(tǒng)與零部件，組織維修活動。而軍用飛機上的很多零部件都有自己的使用期限，而使用壽命的計算是大量收集數(shù)據(jù)，統(tǒng)一整理后，再計算出平均值，但這一方式很難保證平均值的準確，同時，為避免因為零件故障導(dǎo)致飛機操作發(fā)生故障，技術(shù)人員會根據(jù)自己的觀察，更換飛機上的零部件，出現(xiàn)零件的過度浪費，增加了維修成本。

針對這一情況，可以以測試性設(shè)計技術(shù)為基礎(chǔ)，加入故障預(yù)測與健康管理，并在系統(tǒng)中使用傳感器，實時監(jiān)測軍用飛機整體的運行狀態(tài)，也就是說，技術(shù)人員會利用個傳感器搜集各個設(shè)備與系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，用故障檢測技術(shù)檢測。這一方式可以保證設(shè)備與零部件使用壽命的準確，減少過度維修出現(xiàn)的次數(shù)，且其也會根據(jù)具體的操作故障，采取相應(yīng)的預(yù)防措施，降低了故障發(fā)生的頻率，并增強了飛機的可用性。

2.2.2 減小飛機外場保障規(guī)模

測試性設(shè)計技術(shù)的使用，是在飛機運行系統(tǒng)中加入智能操作系統(tǒng)，并擴大了BIT的檢測面積，減少了飛機對地面保護也就是外場保障的依賴。機體中內(nèi)埋傳感器的使用，實現(xiàn)了對系統(tǒng)荷載的實時監(jiān)測，地面探傷的應(yīng)用次數(shù)變少。此外，全全機監(jiān)控功能可以在飛機飛行過程中完成故障檢測，并診斷系統(tǒng)與設(shè)備的運行狀態(tài)是否正常，為外場維護人員的維護提供便利，其無需進行故障檢測，只要根據(jù)系統(tǒng)的顯示修復(fù)故障即可。這種方式可減少飛機對外部設(shè)備的依賴，實現(xiàn)檢測、維修的一體化操作[3]。

2.2.3 減少軍用飛機全壽命周期費用的使用

測試性設(shè)計技術(shù)的操作與完善，能夠有效減少軍用飛機投入的費用，以及維修、保障資金的使用，并提高了維修人員的操作技術(shù)，減少人力的投入。同時，它也縮短了飛機維修花費的時間。當軍用飛機全面應(yīng)用測試性設(shè)計后，可讓外部測試操作進一步簡化，縮短了作戰(zhàn)花費的時間，且其使用的維修工時也在縮短，此外，其也用信息技術(shù)建立一個總系統(tǒng)，由總系統(tǒng)控制分系統(tǒng)，優(yōu)化了對設(shè)備的控制與操作，而技術(shù)人員也可以攜帶這個系統(tǒng)移動，真正縮短了停機的時間，提高維修效果。

3 結(jié)束語

總而言之，對軍用飛機開展測試性設(shè)計技術(shù)的分析，是從測試性設(shè)計及管理與確定測試性、BIT的要求兩方面闡述了該技術(shù)的應(yīng)用，即設(shè)計與管理工作中有多個工作項目，在不同的階段應(yīng)用，并通過對故障的預(yù)演，制定預(yù)防方案。而這項技術(shù)的使用的意義是增加中視情維修的適用范圍、減小飛機外場保障規(guī)模、減少軍用飛機全壽命周期費用的使用，也就是說，它可以用先進的技術(shù)實時監(jiān)測飛機內(nèi)系統(tǒng)與設(shè)備的運行情況，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計。

[1]李 奕，姬長法，聶士權(quán).軍用飛機開展測試性設(shè)計技術(shù)的研究[J].航空標準化與質(zhì)量，2012（04）：31-34.

[2]景 博，徐光躍，黃以鋒，等.軍用飛機PHM技術(shù)進展分析及問題研究[J].電子測量與儀器學(xué)報，2012（02）：161-169.

[3]何鐘武.淺談軍用飛機可靠性維修性外場驗證信息的收集[J].航空標準化與質(zhì)量，2013，（02）：43-45.

Analysis of Test Design Technology for Military Aircraft

LI Na，LIU Ying-chun，YANG Hui
（Aviation Industry，Shaanxi Aircraft Industry（Group）Co.，Ltd.，Design and Research Institute，Hanzhoung Shaanxi 723000，China）

The application of military aircraft testing technology，can optimize the detection performance of aircraft，to detect the fault，in expanding the scope of maintenance，improve the technical level of maintenance personnel，and prolong the service life of military aircraft，reduce manpower，investment，at the same time，it will also change the application object the original characteristics，and improve the design，collection and evaluation on the relevant personnel.This paper briefly introduces testability design technology and its significance in military aircraft applications and applications.

military aircraft；testability design techniques；analysis

TP391.4

A

1672-545X（2017）09-0227-02

2017-06-03

李 娜（1983-），女，陜西寶雞人，本科，工程師，從事飛機“四性”與綜合保障設(shè)計。