飛機(jī)生存力的影響因素分析

飛機(jī)生存力的影響因素分析

可用性、可靠性和可訪問性是決定飛機(jī)系統(tǒng)性能和成本的重要因素。可用性與能力在設(shè)計定型時即已確定。在和平時期,在飛機(jī)的可信度中起決定作用的因素是飛機(jī)的任務(wù)可靠性,任務(wù)可靠性未考慮敵對威脅的影響;而在戰(zhàn)時,在飛機(jī)的可信度中起作用的因素則是飛機(jī)的生存力。因此,在戰(zhàn)爭狀態(tài)下,存在人為敵對威脅時,生存力就等效于可信性,生存力就是效能。在現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計中,生存性設(shè)計的好壞將直接影響整個飛機(jī)系統(tǒng)的效能與費(fèi)用。飛機(jī)的生存力問題已經(jīng)越來越引起人們的注意,美國軍方已經(jīng)把生存力作為飛機(jī)設(shè)計中主要考慮因素之一。任何生存力提高措施,都將對飛機(jī)的壽命周期費(fèi)用和性能產(chǎn)生影響,提高生存力必須考慮壽命周期費(fèi)用的限制。國內(nèi)外大多數(shù)關(guān)于飛機(jī)生存力的文獻(xiàn)僅從敏感性和易損性方面對生存力進(jìn)行分析;1997年,西北工業(yè)大學(xué)的宋筆鋒等提出了一種以飛機(jī)的安全性、維修性、可靠性、保障性、性能及費(fèi)用等為約束條件,能應(yīng)用于飛機(jī)概念設(shè)計的飛機(jī)生存力效益/代價綜合評估方法。本文提出了影響飛機(jī)生存力的基本要素為敏感性、易損性、可靠性、維修性和保障性,基于各因素對生存力的影響重要程度給出了用于飛機(jī)生存力評估的權(quán)重系數(shù)法和綜合評估法;并考慮到與費(fèi)用之間的權(quán)衡,提出了飛機(jī)生存力/壽命周期費(fèi)用綜合權(quán)衡方法。1生存力的3個要素—飛機(jī)生存力的影響因素飛機(jī)生存力是指飛機(jī)在執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)時,在不引起持久地削弱其完成指定任務(wù)能力的前提下,躲避和承受人為敵對環(huán)境的能力。也就是說飛機(jī)在作戰(zhàn)時,在敵方武器威脅的環(huán)境下,應(yīng)具有盡量不被敵方發(fā)現(xiàn)的能力(低的探測敏感性)、遭到敵方武器攻擊后能減少致命損傷的能力(低的易損性)以及遭到損傷后能以應(yīng)急手段和維修方法使得飛機(jī)恢復(fù)到完成某種任務(wù)所需的功能或自救的能力(高的戰(zhàn)傷搶修性)。因此飛機(jī)生存力的3個基本要素是飛機(jī)的敏感性、易損性和戰(zhàn)傷搶修性。敏感性考慮的是關(guān)于作戰(zhàn)飛機(jī)被發(fā)現(xiàn)和擊中的問題,易損性是關(guān)于飛機(jī)承受打擊的能力,而戰(zhàn)傷搶修性考慮的是戰(zhàn)傷飛機(jī)的恢復(fù)使用,這三者是飛機(jī)生存力的3個環(huán)節(jié)。在被發(fā)現(xiàn)和擊中的情況下,易損性小的飛機(jī)相對不易被擊落,往往會帶傷返回地面,這些戰(zhàn)傷飛機(jī)經(jīng)過搶修后,恢復(fù)了作戰(zhàn)能力,從而提高了飛機(jī)的生存力。戰(zhàn)傷搶修性定義為:在作戰(zhàn)條件下和規(guī)定的時間內(nèi),以應(yīng)急手段和方法維修時,使飛機(jī)恢復(fù)到完成某種任務(wù)所需的功能或自救的能力。由定義可以看出,戰(zhàn)傷搶修性與飛機(jī)的可靠性、維修性和保障性有關(guān)。如果飛機(jī)的可靠性高,則在作戰(zhàn)或使用中抗損傷或失效的能力好,搶修工作可以少做一些;戰(zhàn)傷搶修性是遭受損傷的飛機(jī)能被迅速進(jìn)行的有效的應(yīng)急修復(fù)性能,是維修保障在戰(zhàn)場上的一種表現(xiàn)。因此,戰(zhàn)傷搶修性可以由飛機(jī)的可靠性、維修性和保障性來衡量。飛機(jī)生存力的3個基本要素是敏感性、易損性和戰(zhàn)傷搶修性,而戰(zhàn)傷搶修性又可以由飛機(jī)的可靠性、維修性和保障性來衡量。因此,可以把敏感性、易損性、可靠性、維修性和保障性作為飛機(jī)生存力的基本影響因素(如圖1所示)。2飛機(jī)的敏感性、易損性和適應(yīng)性的影響敏感性、易損性、可靠性、維修性和保障性關(guān)系到現(xiàn)代飛機(jī)生存力。飛機(jī)的敏感性、易損性越高,則飛機(jī)的生存力越低;飛機(jī)的可靠性、維修性和保障性越高,飛機(jī)的生存性也越高。因此,可以根據(jù)飛機(jī)的敏感性、易損性、可靠性、維修性和保障性給出飛機(jī)生存力的評估方法。2.1飛機(jī)生存力評估各個因素對飛機(jī)生存力的影響程度不一樣,對生存力評估應(yīng)該考慮到每個因素的影響程度。權(quán)重系數(shù)法的基本思想是把生存力評估中每個因素的值按該因素對生存力的影響重要程度給以權(quán)系數(shù)ξi,從而得到生存力的評估值。飛機(jī)生存力權(quán)重系數(shù)評估法可以表示為z=2∑i=1ξi1Fi+5∑j=3ξjFj(1)z=∑i=12ξi1Fi+∑j=35ξjFj(1)式中:Fi(i=1,2)為飛機(jī)的敏感性和易損性,Fj(j=3,4,5)為飛機(jī)的可靠性、維修性、保障性;ξi(i=1,2)、ξj(j=3,4,5)為各因素權(quán)重系數(shù),即基于各因素對生存力的影響重要程度的加權(quán)系數(shù),它們的總和等于1。(1)敏感性分析指作戰(zhàn)飛機(jī)在完成任務(wù)過程中被損傷擊中的可能性。敏感性用飛機(jī)被損傷機(jī)理命中的概率PH來表示。敏感性在概念上由以下概率來進(jìn)行測度:威脅是主動的并準(zhǔn)備攻擊飛機(jī)的概率PA;飛行器被威脅探測、識別及跟蹤的概率PDIT;威脅傳播物被發(fā)射或者開火,擊中飛機(jī)的概率PLGD。敏感性PH可以表示為ΡΗ=ΡAΡDΙΤΡLGD(2)PH=PAPDITPLGD(2)(2)概率pk/h指飛機(jī)不能承受損傷機(jī)理一次或者多次打擊的程度。易損性用飛機(jī)被一種或多種損傷機(jī)理命中后損傷的概率PK/H表示,這是一種條件概率。實際易損性等于損失的飛機(jī)數(shù)與被擊中的飛機(jī)數(shù)的比值。易損性也可以用易損面積來度量,對結(jié)構(gòu)元件來說,易損面積AV是元件的現(xiàn)有面積AP與元件在被擊中一次情況下發(fā)生致命損傷的概率PK/H的乘積AV=AΡ?ΡΚ/Η(3)AV=AP?PK/H(3)(3)tmbf法指飛機(jī)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。通常用平均故障間隔時間(TMTBF)作為作戰(zhàn)飛機(jī)可靠性度量ΤΜΤBF=Τo/Νf(4)TMTBF=To/Nf(4)式中:To為飛機(jī)工作時間;Nf為總故障數(shù)。(4)平均修復(fù)時間指飛機(jī)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi),按規(guī)定的程序和方法進(jìn)行維修時,保持和恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)的能力。用平均修復(fù)時間(TMTTR)作為度量ΤΜΤΤR=n∑i=1(λkΜct,k)/n∑i=1(λk)(5)TMTTR=∑i=1n(λkMct,k)/∑i=1n(λk)(5)其中:Mct,k,λk分別為飛機(jī)第k個部件的平均修復(fù)時間和故障率;n為可修部件總數(shù)。(5)tmta0度量指系統(tǒng)的設(shè)計特性和計劃的保障資源能滿足平時戰(zhàn)備及戰(zhàn)時使用要求的能力,用作戰(zhàn)飛機(jī)的戰(zhàn)備完好率或使用可靠度(A0)度量A0=ΤΜΤBΜΤΜΤBΜ+ΤΜDΤ(6)A0=TMTBMTMTBM+TMDT(6)其中:TMTBM為飛機(jī)的平均維修間隔時間;TMDT為飛機(jī)平均不能工作時間。選定基準(zhǔn)飛機(jī)生存力或基準(zhǔn)飛機(jī)生存力設(shè)計方案,將飛機(jī)生存力評估的權(quán)重系數(shù)法標(biāo)準(zhǔn)化為式中:下標(biāo)“BL”代表基準(zhǔn)飛機(jī)或飛機(jī)生存力設(shè)計基準(zhǔn)方案。2.2飛機(jī)生存力評估飛機(jī)的敏感性和易損性越低,可靠性、維修性和保障性越高,則飛機(jī)的生存力越高。在飛機(jī)生存力設(shè)計中,優(yōu)選方案是獲得敏感性和易損性較低,而可靠性、維修性及保障性較高的飛機(jī)。因此,飛機(jī)生存力可以用綜合評估法來進(jìn)行評估,其評估函數(shù)z=ΤΜΤBFAoΡΗΡΚ/ΗΤΜΤΤR(8)z=TMTBFAoPHPK/HTMTTR(8)同理,可以得到飛機(jī)生存力的標(biāo)準(zhǔn)化綜合評估函數(shù)為z=(ΡΗ)BLΡΗ(ΡΚ/Η)BLΡΚ/Η?ΤΜΤBF(ΤΜΤBF)BL(ΤΜΤΤR)BLΤΜΤΤRAo(Ao)BL(9)z=(PH)BLPH(PK/H)BLPK/H?TMTBF(TMTBF)BL(TMTTR)BLTMTTRAo(Ao)BL(9)飛機(jī)生存力評估方法既可評估飛機(jī)的生存力,也可用于飛機(jī)生存力設(shè)計方案的比較。對于飛機(jī)生存力的各個影響因素的計算,可以參考相關(guān)文獻(xiàn)等。3生存力的綜合權(quán)衡飛機(jī)生存力提高是通過飛機(jī)敏感性、易損性的降低和可靠性、維修性及保障性的提高來實現(xiàn)的。而敏感性和易損性的降低又是通過自身可探測性降低、加固和電子干擾等技術(shù)措施的采用而獲得;可靠性、維修性及保障性的提高也是通過采用各種技術(shù)手段和有效的組織管理來實現(xiàn)的。這些技術(shù)的使用和有效的組織管理都要付出費(fèi)用作為代價。因此飛機(jī)生存力提高是一個收益與代價之間的權(quán)衡過程。并且在實際的飛機(jī)設(shè)計中,要受到最大壽命周期費(fèi)用與最小生存力這兩個條件的約束。因此必須對生存力提高對壽命周期費(fèi)用的影響進(jìn)行綜合權(quán)衡,以獲得最佳生存力設(shè)計方案。飛機(jī)生存力與費(fèi)用的綜合權(quán)衡函數(shù)為maxf(S,C)=S/Cs.t.{S>SminC<Cmax(10)maxf(S,C)=S/Cs.t.{S>SminC<Cmax(10)其中:S表示飛機(jī)生存力;C表示壽命周期費(fèi)用。綜合權(quán)衡函數(shù)將生存力和壽命周期費(fèi)用綜合起來考慮,可以說是一種高度的綜合。飛機(jī)生存力S與壽命周期費(fèi)用C的單位不同,因此,應(yīng)將其規(guī)格化(使其無量綱化),于是,f(S,C)又表示為maxf(S,C)=Μ(S)/Μ(C)s.t.{Μ(S)>Μ(S)minΜ(C)<Μ(C)max(11)maxf(S,C)=M(S)/M(C)s.t.{M(S)>M(S)minM(C)<M(C)max(11)式中:M(S)為規(guī)格化的生存力,M(S)=S/SBL;M(C)為規(guī)格化的壽命周期費(fèi)用,M(C)=C/CBL;CBL為基準(zhǔn)飛機(jī)的壽命周期費(fèi)用;SBL為基準(zhǔn)飛機(jī)的生存力。4有機(jī)鏈上實證某型殲擊機(jī)的服役年限已久,其作戰(zhàn)性能滿足不了當(dāng)今的需求,決定作退役處理?，F(xiàn)從國外引進(jìn)先進(jìn)殲擊機(jī),填補(bǔ)該型殲擊機(jī)留下的空白。這兩型殲擊機(jī)的生存力要素值與15年的壽命周期費(fèi)用如表1。以某型殲擊機(jī)作為基準(zhǔn),根據(jù)式(9)計算出先進(jìn)殲擊機(jī)的生存力值為20.3,飛機(jī)生存力與費(fèi)用綜合權(quán)衡值為6.96。因此,先進(jìn)殲擊機(jī)的生存力是某型殲擊機(jī)的20.3倍,并且從與費(fèi)用的綜合權(quán)衡看,也是非常值得的。它的引進(jìn),將大大提高我軍的持續(xù)作戰(zhàn)能力。5生存力的確定(1)飛機(jī)生存力評估與權(quán)衡方法全面反映了影響飛機(jī)生存力的主要因素。生存力不僅涉及到飛機(jī)的敏感性、易損性,而且與飛機(jī)的戰(zhàn)傷搶修性(包括可靠性、維修性和保障性)設(shè)計和部隊的戰(zhàn)傷搶修能力(即維修性、保障性)有關(guān),并且生存力的提高受到