艦載機計量保障工作思考

樊哲，王勝超，歐佳

艦載機計量保障工作思考

樊哲，王勝超，歐佳

（航空工業(yè)北京長城計量測試技術研究所，北京 100095）

計量保障是艦載機研制的重要技術基礎。介紹了艦載機計量保障形勢，分析了現(xiàn)階段面臨的計量保障技術問題，例如著艦導引、紅外隱身、結構健康監(jiān)測、質(zhì)量質(zhì)心、整機測試、數(shù)字化裝配和大型結構件數(shù)控加工等問題，提出了明確職責、構建體系和加強監(jiān)督等有針對性的工作建議。

艦載機；計量保障；關鍵技術；工作建議

艦載機為航空母艦的主要作戰(zhàn)力量。隨著我軍海軍裝備現(xiàn)代化進程的發(fā)展，急需解決和發(fā)展艦載機技術。相關單位艦載機的研制、試驗工作已經(jīng)啟動，在研制過程和使用過程中會存在許多校準和計量的問題。在這種情形之下，開展艦載機相關的測試、校準、計量保障工作勢在必行，解決相關量值的傳遞和溯源問題，為艦載機在研制工程中提供可靠的質(zhì)量保證。

1 艦載機關鍵計量技術分析

歐美發(fā)達國家，其航母技術、艦載機技術發(fā)展時間較長，已經(jīng)具備一套全面、完善的技術體系。同時，在艦載機的研制、生產(chǎn)、使用和維護的過程中，也已經(jīng)形成了一系列比較完整的保障體系，目前這些基本屬于技術保密和技術封鎖階段。中國現(xiàn)階段航母技術以及艦載機技術正在經(jīng)歷從無到有的發(fā)展過程。艦載機的檢測校準技術、相關量值傳遞、溯源問題的研究基礎薄弱。因此，在其研制、生產(chǎn)、使用以及今后的維護過程中所涉及的檢定校準等計量保障工作也需要同步進行。所以，在開展艦載機關鍵計量技術分析的過程中應重點關注其總體技術性能保障需求與研發(fā)工程技術保障要求，進而能在戰(zhàn)技指標的保障、生產(chǎn)制造與驗證試驗能力的保障等方面發(fā)揮積極、有力的支撐作用。

1.1 著艦導引計量保障

艦載機著艦導引系統(tǒng)是艦載機的重要設備，可確保艦載機能安全可靠地快速落到航母甲板上。歐美國家采用激光、紅外、電視和數(shù)據(jù)處理技術相結合的著艦導引系統(tǒng)，這包含遠程導引系統(tǒng)和近程導引系統(tǒng)。系統(tǒng)中的激光測距、高精度激光跟蹤、測角技術需要具有非常高的精度，進而使著艦導引系統(tǒng)具有高導引精度。因此，開展高精度激光跟蹤和測角等技術研究，減小大氣環(huán)境及近海面應用環(huán)境對激光跟蹤單元影響，對于保證著艦導引系統(tǒng)精度具有十分重要的意義。

1.2 紅外隱身特性計量保障

在艦載機研制過程中，其紅外隱身特性也必將成為一項重要的性能指標。需要針對飛機蒙皮、發(fā)動機尾焰、發(fā)動機尾噴管的輻射特性提出驗證測試與評價要求。同時，與之密切相關的材料光譜發(fā)射率測量、發(fā)動機尾焰紅外輻射特性計算與仿真、尾焰紅外輻射特性測試與校準、定標黑體校準技術研究等技術研究與應用必將發(fā)揮重要的基礎支撐作用。

1.3 結構預測與健康管理計量保障

艦載機作為一種機動能力強、生存環(huán)境嚴峻的飛機。其結構部位的健康監(jiān)測對于保證其飛行安全具有重要意義，最突出的特點就是特殊的起降性能。其結構承受的載荷越大，就越容易受損，這也說明結構完好性監(jiān)控的需求更為迫切。因此，具有感知、預測和決策能力的結構預測與健康管理（Prognostics and Health Management，PHM）技術就成為了一項重要的基礎技術。針對PHM系統(tǒng)中關鍵的機載機體結構應變監(jiān)測系統(tǒng)，為了保證其應變測量數(shù)據(jù)的準確性，亟待需要新型的具有更高性能的機載應變傳感器件的支撐。因此，光纖應變傳感器因其結構靈巧、布線簡潔、壽命長和抗電磁干擾等諸多優(yōu)點性能，將成為PHM系統(tǒng)應變測量的關鍵器件。因此，在光纖應變傳感器的基礎之上，研制光纖、光柵結構監(jiān)測系統(tǒng)將成為后續(xù)PHM系統(tǒng)應變測量的重要研究方向。

1.4 質(zhì)量質(zhì)心測試計量保障

全機稱重是為了模擬飛機在實際飛行過程中重心的變化規(guī)律。飛機重心會隨著燃油的不斷消耗而發(fā)生改變。除此以外，某些機型還存在著承載貨物、掛彈等特殊飛行要求，如果在飛行過程中，全機重心無法穩(wěn)定在一個合理范圍內(nèi)，則會引起機身結構變形、飛機失速等重大安全隱患。因此，有必要定期對飛機進行地面稱重。

1.5 整機測試計量保障

艦載機的整機測試計量保障是飛機在研制和生產(chǎn)的不同階段需要多次對飛機整機外形的幾何尺寸進行測量，例如蒙皮階段、隔熱瓦鋪設階段等。使用的檢測設備主要是尼康iGPS發(fā)射器和傳感器、尼康Laser Radar、LAP 3D投影儀等空間坐標測量設備?，F(xiàn)階段存在的問題是只能對儀器設備進行檢定校準，而對建模方式?jīng)]有有效的評價方式。最終，對飛機整機的測試結果沒有可靠、有效、全面的評價手段，不能建立溯源鏈和量值傳遞體系。

1.6 數(shù)字化裝配計量保障

數(shù)字化裝配技術包括水平測量、部件裝配測量和整機裝配測量等技術。目前，在裝配測量網(wǎng)方面已具備一定的校準技術，但是在對整機裝配綜合布網(wǎng)校準的技術方面還存在一定的差距。iGPS（indoor GPS，室內(nèi)GPS）和激光雷達技術一出現(xiàn)就在飛機數(shù)字化裝配測量中得到了直接的應用，其中這些測量設備核心部件的測量不確定性直接關系到飛機的裝配質(zhì)量。因此，需要對iGPS和激光雷達進行校準。

1.7 大型結構件數(shù)控加工計量保障

數(shù)字化設計與制造技術的發(fā)展使得艦載機生產(chǎn)制造過程不斷地朝著高精確度、柔性化、實時響應、高效率定制的方向發(fā)展。以三維的計算機輔助設計（CAD）為核心，CAE、CAT、CAPP、CAM、PDM等計算機技術已全面融入工程的各個環(huán)節(jié)，由于數(shù)字化設計手段普及應用，整體構件、大型結構件、整體制造工藝等較以往產(chǎn)品有明顯的增長。以往對加工對象實施離線測量的工作模式由于重復裝夾等因素的局限性而難以實現(xiàn)高效率、高精確度的生產(chǎn)。同時，由于人工操作、環(huán)境條件變化等干擾進而出現(xiàn)變形、超差等問題，進而造成巨大的成本損失。因此，以數(shù)控機床為支撐的數(shù)控加工在保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率方面起著決定性的作用。針對大型結構件的數(shù)控加工生產(chǎn)活動在位檢測技術能力與手段是保證產(chǎn)品加工一次性合格率的關鍵。因此，在位計量檢測技術，以加工機床為硬件載體實現(xiàn)加工、測量一體化技術對產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率有著無可替代的支撐作用，這是從根本上保證研制工程順利實施、保證產(chǎn)品全壽命期質(zhì)量可靠與經(jīng)濟高效的必然要求。

2 艦載機計量保障工作建議

艦載機計量保障工作是一項復雜的、系統(tǒng)性的工程實踐活動，是緊密圍繞產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)、試驗以及后續(xù)的使用、維護各個階段而展開的、面向產(chǎn)品全壽命周期的技術與管理活動。保障工作主要涉及到計量標準量值的傳遞、作業(yè)現(xiàn)場的測試與保障、數(shù)據(jù)的處理與維護等多個方面，需要突破傳統(tǒng)計量工作中單一的、靜止的計量標準量值傳遞概念，實現(xiàn)計量測試向工程實踐各個環(huán)節(jié)的全面融入，從而建立起一個完整的、動態(tài)的、全系統(tǒng)的計量保障工作模式。

2.1 明確研制階段各級單位計量保障職責

上級管理部門應貫徹國家有關裝備研制階段計量保障工作的政策和法規(guī)，制訂計量保障工作管理辦法和相關制度。在研制要求中明確研制階段計量保障要求，組織規(guī)劃研制階段計量保障工作，組建設計師系統(tǒng)領導下的計量師系統(tǒng)，組織重大計量保障問題的協(xié)調(diào)處理和研究決策，組織對裝備研制階段計量保障工作進行監(jiān)督。

總體設計單位應統(tǒng)一規(guī)劃研制、生產(chǎn)計量保障工作，制訂計量保障大綱、計量師系統(tǒng)工作制度及其他計量管理文件，召開計量專題工作會議，協(xié)調(diào)和解決研制過程中的計量測試技術問題，提出關鍵計量測試技術和校準方法研究項目，并組織落實承擔單位及有關保障條件。

行業(yè)計量技術機構應協(xié)助構建計量保障體系，參與制訂計量管理頂層文件和計量保障工作規(guī)劃，指導研制、生產(chǎn)過程計量保障工作，指導并參與計量保障技術攻關工作，組織仲裁因量值不統(tǒng)一發(fā)生的計量測試糾紛。

參研單位應貫徹計量保障大綱要求，制訂本單位計量保障大綱和計量保障工作計劃，參加本單位承制產(chǎn)品的階段性評審、試驗開工評審、產(chǎn)品交付評審等工作，編制《裝備檢測需求明細表》《檢測設備推薦表》《校準設備推薦表》《裝備檢測和校準需求匯總表》，開展計量保障技術和校準方法研究并編制專用測試設備校準規(guī)范，實施測量設備校準和測量標準溯源。

2.2 構建計量保障管理技術體系

艦載機研制階段計量保障涉及參研單位眾多，如果是大型裝備往往涉及上百家單位。因此，研制階段計量保障工作是一項系統(tǒng)工程，應明確規(guī)定建立計量師系統(tǒng)，建立計量工作的管理平臺，系統(tǒng)規(guī)劃和推進研制階段的計量保障。與此同時，結合整機測試、數(shù)字化裝配、紅外隱身特性、結構健康監(jiān)測、質(zhì)量質(zhì)心測量和著艦導引等計量保障要求，開展關鍵計量技術研究。結合GJB 5109要求，開展檢測與校準需求分析工作，梳理研制過程中參數(shù)數(shù)據(jù)鏈。同時以檢測與校準需求分析結果為依據(jù)，開展研制過程專用測試設備校準規(guī)范驗證，分析關鍵性能試驗系統(tǒng)的測量參數(shù)。針對耦合量、動態(tài)量、極值量的現(xiàn)場原位綜合校準開展技術研究，建立從試驗系統(tǒng)量值到國防最高計量標準的溯源關系，確保測量設備量值能有效溯源到國家計量基準。

2.3 加強計量性設計

可計量性是裝備性能的重要技術特性指標之一，隨著裝備信息化水平的不斷提高，應當加強可計量性理論研究，探索裝備可計量性設計方法和技術，建立裝備可計量性指標體系，使得影響機載設備主要功能、性能的參數(shù)能夠直接校準或通過檢測設備間接校準。同時，提供成熟的檢測方法和校準方法及相應設備。在具體工作開展中，應首先制訂可計量性工作計劃，對承研單位提出明確的可計量性要求及監(jiān)控措施。結合GJB 5109要求開展可計量性需求分析，形成機載設備的可計量性設計要求。通過可計量性設計和試驗來驗證機載設備是否滿足規(guī)定的可計量性要求。最后，根據(jù)結果分析，形成用戶使用階段機載設備計量保障建議。

2.4 強化客戶在研制過程計量保障的參與和監(jiān)督職能

艦載機研制質(zhì)量直接關系著使用效能和安全性。使用方熟悉裝備維修使用過程的計量要求，介入裝備研制階段的計量審查和技術評審，這樣做的好處是：①可以提前發(fā)現(xiàn)在裝備后續(xù)計量保障中可能存在的問題，確保裝備在研制階段解決相關計量技術問題。②可以根據(jù)裝備計量保障要求，同步進行裝備計量保障的能力建設，確保交付后的計量覆蓋率和受檢率。同時定期開展研制過程計量監(jiān)督，組織對部分設備定型試驗前的計量審查，確保試驗結果的準確性和可靠性。

3 結束語

圍繞新一代艦載機提出的例如紅外隱身測試校準、健康管理系統(tǒng)的地面校準、數(shù)字化柔性制造參數(shù)的校準、新材料特性參數(shù)溯源、產(chǎn)品綜合試驗設施的校準、地面檢測設備的校準等方面的技術攻關研究需求，已經(jīng)成為計量保障工作的重點內(nèi)容。這對其計量保障技術和管理工作及其共性關鍵計量測試技術的研究和應用都帶來了挑戰(zhàn)。

因此，需進一步強化計量師系統(tǒng)職責。從總體設計與試驗、總體制造、飛行驗證試驗、系統(tǒng)研制集成、配套產(chǎn)品研制與生產(chǎn)等環(huán)節(jié)入手，通過梳理因產(chǎn)品性能要求、新技術應用而帶來的計量保障技術需求，確定急需研究解決的計量保障關鍵技術問題，并進行分析歸類、協(xié)調(diào)論證，將計量保障共性關鍵技術的研究應用融入研制全過程，為艦載機研制提供有效的計量保障技術支撐。

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2095－6835（2020）06－0094－02

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A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.06.035

樊哲（1989—），男，碩士研究生，工程師，主要研究方向為型號計量保障管理及技術研究。

〔編輯：辛霞〕