趙漢武，張 濤，郝 明，楊 佳

(空軍工程大學(xué)航空機(jī)務(wù)士官學(xué)校，河南信陽(yáng)，464000)

2000年以來(lái)，航空產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展和公眾對(duì)航空安全的極端關(guān)注，使得電氣線路及其相關(guān)部附件等成為研究熱點(diǎn)[1-2]。2007年，美國(guó)聯(lián)邦航空局(FAA)創(chuàng)造性地將飛機(jī)上的所有線路及相關(guān)部附件等視為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，稱之為“電氣線路互聯(lián)系統(tǒng)(EWIS)”[3]，并提出了相關(guān)的設(shè)計(jì)、維護(hù)與管理要求。我國(guó)民航局也在2011年修訂相關(guān)適航標(biāo)準(zhǔn)，在適航審查、維護(hù)檢查等工作中單列了對(duì)EWIS系統(tǒng)的要求[4]。

軍用飛機(jī)上，美軍針對(duì)電氣線路互聯(lián)系統(tǒng)，也出臺(tái)了多個(gè)指南手冊(cè)等，如MIL-HDBK-522A《通用線路檢查標(biāo)準(zhǔn)》、MIL-HDBK-525《EWIS系統(tǒng)完整性檢查大綱》、NAVAIR 01-1A-505-1《飛機(jī)電氣線路安裝及修理手冊(cè)》等[5-7]。

為提高航空裝備維護(hù)保障的針對(duì)性和有效性，我軍也開(kāi)始引進(jìn)相關(guān)理念并開(kāi)展研究。近年來(lái)空軍、海軍航空兵部隊(duì)針對(duì)電氣線路的相關(guān)研究中，逐漸開(kāi)始使用“電氣線路系統(tǒng)”這一術(shù)語(yǔ)，所涉及的研究對(duì)象基本與民航領(lǐng)域的EWIS一致。海軍航空大學(xué)肖楚琬[8]、航空工業(yè)綜合技術(shù)研究所何鐘武[9]等研究了軍機(jī)EWIS標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)的問(wèn)題，文獻(xiàn)[10～12]討論了軍機(jī)EWIS維護(hù)相關(guān)的若干問(wèn)題，空軍有關(guān)部門也制定了電氣線路系統(tǒng)完整性檢查的指導(dǎo)文件。

戰(zhàn)傷搶修是提高飛機(jī)生存力與航空兵部隊(duì)持續(xù)作戰(zhàn)能力的重要手段[13]?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，各種地面防空武器、空空導(dǎo)彈威力強(qiáng)大，對(duì)軍用飛機(jī)造成的戰(zhàn)傷不只涉及機(jī)體結(jié)構(gòu)，而且包括機(jī)體內(nèi)部的各種系統(tǒng)。其中，電氣線路系統(tǒng)作為飛機(jī)上的一個(gè)重要支持系統(tǒng)，在飛機(jī)上承擔(dān)著為各功能系統(tǒng)提供電力和傳輸信號(hào)與數(shù)據(jù)的重要功能,其任一部分在遭遇戰(zhàn)傷后如果不進(jìn)行修復(fù)，輕則會(huì)影響飛機(jī)相關(guān)功能系統(tǒng)的作戰(zhàn)使用，重則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的飛行安全事故[14]。因此，對(duì)電氣線路系統(tǒng)進(jìn)行搶修是整個(gè)飛機(jī)戰(zhàn)傷搶修中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

對(duì)電氣線路系統(tǒng)的戰(zhàn)傷搶修建立在對(duì)其損傷模式分析的基礎(chǔ)上。文獻(xiàn)[15]對(duì)電氣線路系統(tǒng)進(jìn)行了故障模式研究和影響分析，但主要針對(duì)老化損傷，沒(méi)有涉及到戰(zhàn)時(shí)損傷這一情況；文獻(xiàn)[16]對(duì)軍用裝備電纜的戰(zhàn)場(chǎng)損傷進(jìn)行了分類，但未能覆蓋飛機(jī)電氣線路系統(tǒng)的全部要素，而且缺少對(duì)損傷影響的分析；文獻(xiàn)[11]提出了一種飛機(jī)電網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)傷的仿真評(píng)估系統(tǒng)建模方法，為戰(zhàn)傷模式的分類研究提供了基礎(chǔ)；文獻(xiàn)[17]則對(duì)當(dāng)前軍用飛機(jī)上線路布設(shè)不規(guī)范所造成的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了量化評(píng)估。

在上述工作的基礎(chǔ)上，本文嘗試從軍用飛機(jī)電氣線路系統(tǒng)所包括的全部對(duì)象出發(fā)，梳理其損傷類型，分析其戰(zhàn)傷模式及影響，并在此基礎(chǔ)上，給出電氣線路系統(tǒng)戰(zhàn)傷檢測(cè)、應(yīng)急修復(fù)的方法建議，為軍用飛機(jī)戰(zhàn)傷搶修、戰(zhàn)時(shí)保障提供借鑒。

1 電氣線路系統(tǒng)戰(zhàn)傷模式及影響分析(DMEA)

與飛機(jī)上的結(jié)構(gòu)件損傷模式相比，電氣線路系統(tǒng)的損傷在表現(xiàn)形式上具有隱蔽性強(qiáng)、形式多樣的特點(diǎn)；與此同時(shí)，不同的損傷帶來(lái)的影響也存在多樣性，這都給電氣線路系統(tǒng)損傷模式的研究增加了難度(參見(jiàn)表1)。

表1 電氣線路系統(tǒng)損傷模式及影響分析

盡管如此，對(duì)電氣線路系統(tǒng)的損傷模式進(jìn)行研究，對(duì)于損傷的統(tǒng)計(jì)與描述規(guī)范化、線路戰(zhàn)傷的檢測(cè)，以及輔助飛機(jī)功能系統(tǒng)進(jìn)行戰(zhàn)傷的評(píng)估等，仍具有積極的意義。

為更大范圍地覆蓋當(dāng)前飛機(jī)電氣線路系統(tǒng)所包含的對(duì)象，同時(shí)涵蓋不同的損傷類型，這里按照損傷對(duì)象的不同，將電氣線路系統(tǒng)的損傷分為電線電纜損傷、電連接器損傷、接線端子/接地?fù)p傷等幾大類，然后再將不同對(duì)象的損傷再根據(jù)具體類型細(xì)分，具體分類詳見(jiàn)表1。同時(shí)，根據(jù)損傷對(duì)象與損傷程度的不同，進(jìn)行了初步的影響分析，并按照國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了嚴(yán)酷度分析[18]。圖1給出了幾種典型的電氣線路系統(tǒng)損傷的實(shí)例。

圖1 電氣線路系統(tǒng)部分損傷模式示例

損傷模式及影響分析(damage mode and effects analysis，DMEA)是對(duì)飛機(jī)戰(zhàn)傷進(jìn)行評(píng)估的基礎(chǔ)，也是故障模式及影響分析(failure mode and effects analysis，F(xiàn)MEA)在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下的延伸。DMEA指的是確定戰(zhàn)斗損傷所造成的損壞程度，以提供因威脅機(jī)理所引起的損傷模式對(duì)武器裝備執(zhí)行任務(wù)功能的影響，進(jìn)而有針對(duì)性地提出設(shè)計(jì)、維修、操作等方面的改進(jìn)措施[18]。

需要說(shuō)明的是，電氣線路系統(tǒng)屬于飛機(jī)上的一個(gè)支持系統(tǒng)，而非功能系統(tǒng)。這就意味著對(duì)其影響的分析難以按照標(biāo)準(zhǔn)化的DMEA流程，從最低約定層次傳遞到上一約定層次乃至初始約定層次，也就意味著對(duì)飛機(jī)的最終影響是不確定的，或者說(shuō)是和具體所涉及的功能系統(tǒng)相關(guān)的。例如，同樣的電線切斷損傷，如果傳遞的是關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)的關(guān)鍵信號(hào)線路，則損傷的最終影響明顯要超過(guò)一般情況下的影響。表1所示的嚴(yán)酷度是針對(duì)通用電氣線路對(duì)高一約定層次的影響衡量，從Ⅳ級(jí)至Ⅰ級(jí)表示危險(xiǎn)影響程度依次增加。具體對(duì)整體系統(tǒng)(初始約定層次，比如飛機(jī))的影響，則需要結(jié)合具體功能系統(tǒng)進(jìn)行分析。

2 電氣線路系統(tǒng)戰(zhàn)傷的檢測(cè)

戰(zhàn)傷檢測(cè)的目的是為了判定飛機(jī)的狀態(tài)，找出損傷的位置和性質(zhì)，以便確定合理的排除方法和修理所需的工具、材料等[13]。通常，根據(jù)檢測(cè)實(shí)施地點(diǎn)的不同，飛機(jī)上的戰(zhàn)傷檢測(cè)分為原位檢測(cè)和離位檢測(cè)。對(duì)電氣線路系統(tǒng)而言，絕大部分的電線、電纜及其組件等無(wú)法從飛機(jī)上拆卸下來(lái)，因此，通常以原位檢測(cè)為主，同時(shí)，設(shè)備宜便攜易用，便于在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下展開(kāi)使用。

2.1 外觀檢查

目視外觀檢查是航空裝備維護(hù)中最重要也最基本的檢查方法。電氣線路系統(tǒng)戰(zhàn)傷的原因通常為射彈、破片、高溫、應(yīng)力等，一般都伴有外部損傷或者痕跡，通過(guò)目視檢查，輔之以常用的工具即可判斷出大多數(shù)的電氣線路系統(tǒng)損傷。

手電筒和反光鏡是外場(chǎng)最常用的外觀檢查工具[5]，如圖2所示。通過(guò)反光鏡，可以觀察到可達(dá)性比較差的區(qū)域中電氣線路系統(tǒng)的損傷情況。對(duì)于使用手電筒和反光鏡也無(wú)法觀察到的區(qū)域，還可以借助內(nèi)窺鏡(圖2右)等進(jìn)行觀察。一些先進(jìn)的內(nèi)窺鏡具備攝像探頭自帶光源照明的功能，可根據(jù)手柄精確控制探照位置，可拍照、錄像、存檔，功能更進(jìn)一步的內(nèi)窺鏡還支持測(cè)量計(jì)算等。

圖2 外觀檢查工具

2.2 電參數(shù)測(cè)量

在外觀檢查無(wú)法確定損傷情況時(shí)，需要借助一些通用儀表的電參數(shù)測(cè)量功能，輔助進(jìn)行連通性檢查。這些儀表一般都是平時(shí)維護(hù)使用的便攜式儀表，如萬(wàn)用表、微歐表、兆歐表等。

還有一些特殊的電纜，常用于傳輸高頻、射頻信號(hào)，對(duì)信號(hào)傳輸?shù)囊蠓浅８?。?duì)這類電纜，僅僅測(cè)試信號(hào)線路的通、斷或者阻值是不夠的，還需要利用相關(guān)設(shè)備測(cè)試線路上的電壓駐波比、插入損耗等參數(shù)，這方面可以借助專用的便攜式網(wǎng)絡(luò)分析儀完成。

1553B總線是飛機(jī)電氣線路中的另一類常見(jiàn)線路。由于這類線路中間采用了耦合器等，無(wú)法通過(guò)上述儀表來(lái)測(cè)試線路的完整性。這種情況需要使用專門的總線檢測(cè)儀。有些總線檢測(cè)儀不僅可以測(cè)量信號(hào)線路的物理特性(連通、絕緣、錯(cuò)線、屏蔽性等)，還可以更進(jìn)一步測(cè)試總線通信的誤碼率。

2.3 損傷的檢測(cè)定位

線路戰(zhàn)傷不同于平時(shí)故障的一個(gè)重要特征是其損傷位置的不確定性。線路的戰(zhàn)斗損傷可能會(huì)出現(xiàn)在任何位置，也可能會(huì)比較隱蔽，通過(guò)外觀檢查或者普通的電參數(shù)測(cè)量?jī)x器，可能無(wú)法確定到損傷的具體位置，而在搶修時(shí)，這又是需要迫切解決的問(wèn)題。為解決線路損傷/故障的準(zhǔn)確檢測(cè)和定位問(wèn)題，近年來(lái)涌現(xiàn)了多種相關(guān)技術(shù)[19-22]，比較有代表性的是X射線法、巡線法、紅外熱成像法、電容電感測(cè)試法、高壓放電法、反射分析法等。其中，反射分析法最適于解決飛機(jī)上的線路損傷檢測(cè)定位難題。還有一些方法如時(shí)域反射分析、頻域反射分析、擴(kuò)頻時(shí)域反射分析法(SSTDR)、駐波法等可視為反射分析法的變種。表2比較了幾種典型檢測(cè)定位方法的特點(diǎn)。

表2 損傷檢測(cè)與定位方法性能比較

反射分析法的基本原理類似雷達(dá)。利用反射法測(cè)試時(shí)，首先在線路的其中一端注入信號(hào)，信號(hào)一般是高寬帶信號(hào)(以提高損傷定位的精度)。該信號(hào)沿著線路傳播，當(dāng)遇到線路上的阻抗不連續(xù)點(diǎn)(接頭、缺陷、斷路、短路、接觸不良等)時(shí)，信號(hào)會(huì)產(chǎn)生反射，部分信號(hào)能量將返回到信號(hào)注入端。分析被反射回來(lái)的信號(hào)大小、極性以及其相對(duì)于入射信號(hào)的延時(shí)，可以得知阻抗的具體變化情況，從而與具體線路情況對(duì)應(yīng)起來(lái)。從表1對(duì)線路的損傷模式分析可以看出，絕大部分電氣線路線的戰(zhàn)傷模式都可以與阻抗異常對(duì)應(yīng)起來(lái)。如電線電纜切斷、絕緣層損傷、特種線損傷、電連接器接觸偶損傷、接線端子松動(dòng)等等，都可以在線路阻抗上得到反映。而且，很重要的一點(diǎn)，飛機(jī)上復(fù)雜的線路拓?fù)湟材芡ㄟ^(guò)阻抗反映且有著明顯的特征，因此就確定了反射分析法相對(duì)于其他線路損傷檢測(cè)定位方法的優(yōu)勢(shì)[21]。

圖3是美軍在相關(guān)手冊(cè)[7]中推薦使用的兩種時(shí)域反射分析儀表，一種是3M公司的900AST設(shè)備(左側(cè))，另一種是ECLYPSE公司的ESP+設(shè)備(右側(cè))。這兩種設(shè)備在民航維修中也有應(yīng)用。

圖3 美軍推薦使用的2種TDR類儀表：3M公司900AST和ECLYPSE公司ESP+

反射分析法的突出優(yōu)點(diǎn)是其定位的準(zhǔn)確性。其測(cè)試結(jié)論可告知維修人員線路損傷點(diǎn)距離測(cè)試端的準(zhǔn)確距離，但其局限也在于此，因?yàn)樵摲椒o(wú)法反映出損傷點(diǎn)具體在哪一塊蒙皮或面板之下，而后者才是維修人員更希望得到的提示。因此，反射分析法往往還需要配合包含有線束三維空間敷設(shè)模型的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)備等，以便為維護(hù)人員提供更有效的提示。其次，線路損傷定位的精度與具體采用的信號(hào)樣式、處理方法有關(guān)。簡(jiǎn)單的駐波分析實(shí)現(xiàn)成本低，但是精度有限，在一般戰(zhàn)斗機(jī)上意義有限(線路普遍較短，或者損傷點(diǎn)距離測(cè)試端點(diǎn)近，容易陷入測(cè)試盲區(qū))；高級(jí)的時(shí)域反射分析通過(guò)使用大帶寬信號(hào)和復(fù)雜的信號(hào)處理技術(shù)，可以獲得高分辨力，但是設(shè)備成本高，部隊(duì)人員學(xué)習(xí)的成本也比較高。

綜上所述，在實(shí)際應(yīng)用中，確定電氣線路系統(tǒng)的損傷，往往需要采用上述方法中多種方法的綜合。同時(shí)，部隊(duì)尤其需要重視一些新技術(shù)在平時(shí)線路維護(hù)中的應(yīng)用，為戰(zhàn)時(shí)能力的轉(zhuǎn)換奠定基礎(chǔ)。

3 電氣線路系統(tǒng)戰(zhàn)傷的應(yīng)急修理

為提高部隊(duì)飛機(jī)電氣線路系統(tǒng)的搶修效率，本文著眼當(dāng)前需求，從搶修方案制定、方法選擇、搶修工具選用上給出一些建議，以供參考。

3.1 搶修方案制定

搶修方案制定是指在掌握電氣線路系統(tǒng)損傷基本情況的基礎(chǔ)上，綜合戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、任務(wù)需求、人力、工具、設(shè)備、器材等因素后，做出的修理方法(包括推遲修理)選擇。

從電氣線路系統(tǒng)在飛機(jī)上的作用地位以及其損傷模式考慮，對(duì)于電氣線路系統(tǒng)的搶修，應(yīng)該確立3個(gè)基本的原則：一是恢復(fù)損傷的必要功能項(xiàng)目的性能，二是確保非任務(wù)必要項(xiàng)目的安全，三是盡可能快地完成修復(fù)。

制定搶修方案時(shí)可參照?qǐng)D4所示的流程圖進(jìn)行。首先根據(jù)損傷檢查、檢測(cè)、定位的結(jié)果，進(jìn)行電氣線路系統(tǒng)的損傷影響分析，然后根據(jù)飛機(jī)作戰(zhàn)任務(wù)必要項(xiàng)目(系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件)需求，確定是否可以推遲修理、是否具備標(biāo)準(zhǔn)修理的條件和可能、是否具備應(yīng)急修理的條件和可能等，相應(yīng)地做出推遲修理、標(biāo)準(zhǔn)修理、應(yīng)急修理的具體方案，或者是放棄修理。

圖4 電氣線路系統(tǒng)搶修方案制定流程圖

3.2 應(yīng)急修理方法

只要不帶來(lái)直接的安全威脅，制定方案時(shí)可視情采用以下一種和幾種方法的綜合：推遲、拆換、重構(gòu)、原位修復(fù)、現(xiàn)場(chǎng)制配等。

對(duì)于備用系統(tǒng)的線路，或者非任務(wù)必要系統(tǒng)的線路損傷，可采用簡(jiǎn)單的絕緣和屏蔽處理后，推遲修理；對(duì)于通用性強(qiáng)、同時(shí)又易于拆下的電纜如高頻線、1553B總線短截線，或者卡箍、端子等，可以采用拆換的方法，快速完成搶修；對(duì)于某些接線盒或配電板損傷，可以采用死接頭短接兩端線路的方法，繞過(guò)損傷的接線部件，實(shí)施重構(gòu)搶修(圖5)；對(duì)于可達(dá)性較好的普通低頻電線，可以實(shí)施原位修復(fù)(如圖6和圖7所示，分別對(duì)應(yīng)普通電線和屏蔽電纜的修復(fù))；對(duì)于同軸電纜損傷、電連接器損傷、總線損傷等，還可以采用現(xiàn)場(chǎng)制配的方法。

圖5 重構(gòu)修復(fù)接線盒損傷示例

圖6 原位修復(fù)普通電線

圖7 原位修復(fù)屏蔽電纜

3.3 修理工具

在電氣線路修理方面，通常應(yīng)使用專用的工具箱。工具箱配備齊套的工具與材料，便于外場(chǎng)和戰(zhàn)場(chǎng)條件下展開(kāi)使用。由于不同的飛機(jī)使用了不同種類的電連接器、接觸件、端子等，所以各機(jī)型對(duì)應(yīng)的線路修理工具也不完全相同。例如，DMC公司為美軍推出了適用于各型軍用飛機(jī)的線路修理專用集成式工具箱。這些工具箱便于攜帶，既可用于平時(shí)修理，也用于戰(zhàn)傷搶修，避免了戰(zhàn)時(shí)工具臨時(shí)更換帶來(lái)的麻煩。

同時(shí)，在一些工具設(shè)備選用上，也應(yīng)有相應(yīng)的規(guī)范，以確保安全性和有效性。一個(gè)典型的例子是加熱工具(焊接導(dǎo)線、加熱熱縮套管兩用)的選用。美軍在進(jìn)行電氣線路修理時(shí)，區(qū)分了內(nèi)場(chǎng)修理、外場(chǎng)修理、有油液暴露(油箱破損、油箱內(nèi)作業(yè)、油路損傷等情況)時(shí)的修理幾種不同情況，每種情況分別選用何種類型的加熱工具，在美軍的相關(guān)規(guī)范[7]中都有明確，這種規(guī)范性的做法值得借鑒。

4 結(jié)語(yǔ)

從系統(tǒng)的觀點(diǎn)來(lái)研究飛機(jī)上電氣線路相關(guān)的問(wèn)題，可提升其整體的維修性、可靠性與保障性水平。本文嘗試對(duì)電氣線路系統(tǒng)的戰(zhàn)傷模式進(jìn)行分類和規(guī)范，并完成了初步的DMEA分析，其結(jié)論可作為其他機(jī)載系統(tǒng)戰(zhàn)傷評(píng)估的基礎(chǔ)。對(duì)于電氣線路系統(tǒng)的戰(zhàn)傷檢測(cè)與定位難題，對(duì)比了相關(guān)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了反射分析法在線路檢測(cè)定位上的應(yīng)用。最后，對(duì)于電氣線路系統(tǒng)的應(yīng)急修理，給出了搶修方案制定的原則與流程，也介紹了一些應(yīng)急修理的方法與工具，可為當(dāng)前航空兵部隊(duì)相關(guān)保障提供支持。