航空地面保障裝備模塊化設(shè)計(jì)

胡 濤， 呂瑞強(qiáng)， 王雙川

(空軍勤務(wù)學(xué)院航空四站系, 江蘇 徐州 221000)

航空地面保障裝備模塊化設(shè)計(jì)

胡 濤， 呂瑞強(qiáng)， 王雙川

(空軍勤務(wù)學(xué)院航空四站系, 江蘇 徐州 221000)

針對(duì)航空地面保障裝備發(fā)展過(guò)程中存在的問(wèn)題，分析了其模塊化設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，研究了航空地面保障裝備模塊化設(shè)計(jì)方法，提出了航空地面保障裝備模塊化設(shè)計(jì)原則、模塊劃分方法、模塊化設(shè)計(jì)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(jīng)濟(jì)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(shè)計(jì)；模塊組合

大規(guī)模機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)要求航空地面保障裝備具有體積小、質(zhì)量小、集成度高、攜行性好、可靠性高、通用性強(qiáng)和標(biāo)準(zhǔn)化程度高等特點(diǎn)，以適應(yīng)靈活高效、高強(qiáng)度、多機(jī)種的保障模式。目前，航空地面保障裝備是按照本場(chǎng)保障模式為主進(jìn)行研制的，受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件限制，存在體積大、功能單一、通用性差、機(jī)動(dòng)性差和不便空運(yùn)等問(wèn)題，限制了航空地面保障裝備保障效率的進(jìn)一步提升。裝備的模塊化設(shè)計(jì)被視為實(shí)現(xiàn)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(jù)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(guò)模塊的不同組合得到不同功能的裝備。

國(guó)外對(duì)航空地面保障裝備模塊化設(shè)計(jì)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(jìn)展。美軍早在20世紀(jì)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(shè)計(jì)成各種功能模塊，另外還有通用的載體和框架，使用時(shí)可根據(jù)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(shí)，提高了其展開(kāi)性和可承受性[1]。

我軍航空地面保障裝備模塊化設(shè)計(jì)工作起步較晚，近年來(lái)在積極吸取歐美空軍先進(jìn)保障理念的基礎(chǔ)上，也開(kāi)始探索適應(yīng)我軍體制、編制特點(diǎn)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(jīng)濟(jì)效益。但是，在模塊化裝備設(shè)計(jì)過(guò)程中仍然存在諸多問(wèn)題，如保障裝備在設(shè)計(jì)過(guò)程中各自為政，不同裝備之間的通用性差；保障裝備只是簡(jiǎn)單地模塊化、小型化，其保障能力、機(jī)動(dòng)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(duì)較差[2]。為了提升航空地面保障裝備的多機(jī)種保障能力，急需從系統(tǒng)的角度對(duì)航空地面保障裝備的模塊化進(jìn)行研究。

1 模塊化設(shè)計(jì)原則和模塊劃分

1.1 模塊化設(shè)計(jì)原則

模塊化實(shí)質(zhì)上是對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分解、選擇和重組的過(guò)程，模塊的劃分不是隨意的，需要根據(jù)原始產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、工作原理和需求而定，模塊化設(shè)計(jì)要力求實(shí)現(xiàn)多功能化，但組成單元又盡可能少，并保證功能完整、構(gòu)造簡(jiǎn)單。航空地面保障裝備在模塊化設(shè)計(jì)時(shí)要遵從如下原則[3-4]：

1)保持模塊在功能和結(jié)構(gòu)上有一定的獨(dú)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(guān)系，模塊內(nèi)部各部分之間要具有強(qiáng)耦合關(guān)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(jù)現(xiàn)役航空地面保障裝備的功能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行，保障裝備由汽車底盤和上裝部分組成，其中：底盤為機(jī)動(dòng)平臺(tái)；上裝部分為飛機(jī)提供保障任務(wù)的裝置，包括動(dòng)力系統(tǒng)和功能系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)保障功能的主要部分。圖1為航空地面電源車的結(jié)構(gòu)，其主要用于飛機(jī)電子設(shè)備的通電檢查和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，是使用頻率最高的保障裝備，其上裝部分包括柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、直流發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)組控制、電壓轉(zhuǎn)換裝置和供電控制電路。

圖1 航空地面電源車的結(jié)構(gòu)

由圖1可以看出：動(dòng)力系統(tǒng)由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組成，可將其設(shè)計(jì)為通用的動(dòng)力模塊，為了與汽車底盤的動(dòng)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(wù)的主要部分，通過(guò)相關(guān)連接裝置與動(dòng)力系統(tǒng)和飛機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)能量流、物資流和信息流的傳遞，因此可將其設(shè)計(jì)為專業(yè)功能模塊，簡(jiǎn)稱功能模塊；汽車底盤既可作為模塊的機(jī)動(dòng)平臺(tái)使用，也可作為牽引飛機(jī)的平臺(tái)，在進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)時(shí)，可統(tǒng)一結(jié)構(gòu)型號(hào)并形成系列，一般根據(jù)搭載模塊的數(shù)量和質(zhì)量來(lái)選擇相應(yīng)的底盤[5-6]。

當(dāng)進(jìn)行多機(jī)種保障時(shí)，可將不同的功能模塊組合在一起，共同使用一個(gè)動(dòng)力源，因此，通用模塊功率的大小應(yīng)滿足其他多個(gè)功能模塊的功率需求。模塊化多功能保障裝備的重組結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 模塊化多功能保障裝備重組結(jié)構(gòu)

2 模塊化設(shè)計(jì)方案和模塊組合使用方式

2.1 模塊化設(shè)計(jì)方案

根據(jù)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(jié)構(gòu)，包括柴油機(jī)組(通用)、電源、空調(diào)、液壓、充氮和冷氣6個(gè)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(fēng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，可放置3個(gè)模塊，并可實(shí)現(xiàn)底盤與模塊的快速分離和組裝，如圖4所示。各模塊可根據(jù)飛機(jī)的保障需求進(jìn)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(fēng)軟管、油管和氣管等；采用標(biāo)準(zhǔn)角件和底鎖方式固定功能模塊；可由蓄電池與電機(jī)組合驅(qū)動(dòng)，可以5 km/h的速度行進(jìn)，并具有緩沖、減震、吊裝和系留等裝置，便于使用和運(yùn)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(duì)應(yīng)；頂部有吊裝裝置。

當(dāng)在本場(chǎng)保障時(shí)，可由牽引車一次將2～4個(gè)拖車裝備牽引到外場(chǎng)，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(dāng)進(jìn)行伴隨機(jī)動(dòng)保障時(shí)，可將3個(gè)功能模塊根據(jù)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(jù)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(jù)輸入電源的來(lái)源可將模塊組合使用方式分為采用系統(tǒng)柴油機(jī)組和采用機(jī)場(chǎng)電源或民用機(jī)組2種，其示意圖如圖7所示。當(dāng)采用系統(tǒng)柴油機(jī)組時(shí)，1個(gè)拖車底盤可裝載2個(gè)功能模塊和1個(gè)機(jī)組模塊，如圖7(a)所示，該組合方式不受市電的限制，機(jī)動(dòng)靈活，適合進(jìn)行機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的保障；當(dāng)采用機(jī)場(chǎng)電源或民用機(jī)組時(shí)，1個(gè)拖車底盤可裝載3個(gè)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(qiáng)，功率不受海拔影響，持續(xù)保障時(shí)間長(zhǎng)，更適合高原保障和多機(jī)種大強(qiáng)度的飛行保障[7]。

圖7 模塊組合使用方式示意圖

柴油機(jī)組(通用)、電源、空調(diào)、液壓、充氮和冷氣6個(gè)模塊為基本型裝備，模塊與模塊之間、模塊內(nèi)部組件之間可進(jìn)行組合：1)根據(jù)任務(wù)需求組合不同類模塊，如組合成空調(diào)電源車、液壓電源車等；2)通過(guò)加裝內(nèi)部模塊組件或?qū)⑼惸K進(jìn)行組合，可滿足不同的或更高的作戰(zhàn)使用性能要求，擴(kuò)展為系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化的裝備，如組合2個(gè)空調(diào)模塊，可滿足特種飛機(jī)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(chǎng)保障時(shí)，保障機(jī)型基本固定，保障強(qiáng)度在可預(yù)計(jì)范圍內(nèi)。應(yīng)根據(jù)飛行保障預(yù)案有針對(duì)性地進(jìn)行模塊組合和裁剪，同時(shí)，可根據(jù)保障強(qiáng)度提前將不同模塊組合在拖車底盤上，且對(duì)保障強(qiáng)度高的模塊可多裝載，對(duì)保障強(qiáng)度低的模塊少裝載。如：保障特種飛機(jī)用電時(shí)，可組合2個(gè)電源模塊和1個(gè)動(dòng)力模塊形成雙電源拖車；保障飛機(jī)液壓系統(tǒng)時(shí)，可組合1個(gè)電源、1個(gè)液壓和1個(gè)動(dòng)力模塊形成電源液壓拖車；保障運(yùn)輸機(jī)時(shí)，可將2個(gè)空調(diào)模塊并聯(lián)，也可將多個(gè)空調(diào)模塊并聯(lián)，以滿足特種飛機(jī)的流量需求；在機(jī)棚內(nèi)保障時(shí)，可用市電為各模塊提供動(dòng)力，無(wú)需配備機(jī)組模塊，以降低噪聲、避免發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣污染。

以保障12架飛機(jī)的飛行為例，當(dāng)采用柴油機(jī)組作為動(dòng)力源時(shí)，需要6臺(tái)電源空調(diào)拖車、1臺(tái)充氮拖車和1臺(tái)雙液壓拖車共8臺(tái)拖車進(jìn)行飛行保障，如圖8所示。現(xiàn)役保障裝備與模塊化保障裝備進(jìn)行飛行保障時(shí)，其裝備數(shù)量和展開(kāi)面積對(duì)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(shù)減小了42.9%，裝備展開(kāi)面積減小了62.5%，因此采用模塊化保障裝備進(jìn)行飛行保障時(shí)，可有效地減少保障裝備數(shù)量和減小裝備展開(kāi)面積，提高保障裝備利用率和保障效率。

圖8 柴油機(jī)組供電的飛行保障示意圖

表1 現(xiàn)役與模塊化保障裝備的數(shù)量和展開(kāi)面積對(duì)比

保障模式裝備數(shù)/臺(tái)展開(kāi)面積/m2現(xiàn)役保障裝備14203．7模塊化保障裝備876．4

3.2 機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)保障

模塊化保障裝備采用了模塊化、通用化和系列化的設(shè)計(jì)方法，可實(shí)現(xiàn)底盤與模塊的快速分離和組裝。當(dāng)進(jìn)行轉(zhuǎn)場(chǎng)保障時(shí)，無(wú)需將整套保障裝備隨機(jī)運(yùn)輸，只需將需要的模塊進(jìn)行組合。模塊與底盤可分離實(shí)施空運(yùn)，也可將整個(gè)拖車空運(yùn)。

模塊化保障裝備還適合于直升機(jī)野外保障，采用自行式結(jié)構(gòu)，各個(gè)模塊可放置在通用型汽車底盤上，實(shí)現(xiàn)自行保障，也可通過(guò)直升機(jī)吊裝等方式將必備的功能模塊運(yùn)輸至山林、濕地等特殊地帶[8]。

3.3 維護(hù)檢查保障

對(duì)于修理廠的檢修保障，需要的保障裝備少，用2臺(tái)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(jié)論

模塊化航空地面保障裝備易運(yùn)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(yīng)多樣化軍事任務(wù)的需要；各模塊相對(duì)獨(dú)立，底盤與模塊可分開(kāi)采購(gòu)，即依據(jù)不同機(jī)場(chǎng)的需要因地制宜地制定采購(gòu)方案，且裝備的零部件之間互換性強(qiáng)，出現(xiàn)故障可直接更換，部隊(duì)使用方便，降低了裝備全壽命周期費(fèi)用，具有較高的軍事經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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

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

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[5] 劉輝.工藝模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)建與實(shí)現(xiàn) [J].航空制造技術(shù),2013(11): 96-97.

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[8] 張大偉.航空四站保障裝備綜合集成研究與設(shè)計(jì)[D].徐州:空軍勤務(wù)學(xué)院，2011.

(責(zé)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