淺談無人機(jī)系統(tǒng)在綜合保障中的維修性

崔峰濤 雷鑫鑫

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1 引言

無人機(jī)系統(tǒng)由無人機(jī)飛行平臺、任務(wù)設(shè)備、通信系統(tǒng)、控制站系統(tǒng)和綜合保障分系統(tǒng)組成[1]。如圖1所示，無人機(jī)飛行平臺包括機(jī)體結(jié)構(gòu)、燃油動力系統(tǒng)、航電系統(tǒng)、飛行控制與管理系統(tǒng)、起降系統(tǒng)以及任務(wù)管理系統(tǒng)；任務(wù)設(shè)備為具有災(zāi)難監(jiān)控及評估的光電吊艙，通信系統(tǒng)由圖/傳數(shù)據(jù)鏈構(gòu)成；綜合保障系統(tǒng)由地面保障系統(tǒng)、儲運箱、備品備件及維修工具組成。

圖1 無人機(jī)系統(tǒng)

2 維修性在綜合保障中的意義

航空產(chǎn)品綜合保障是為實現(xiàn)飛機(jī)完好性目標(biāo)，將保障工作貫穿至整個飛機(jī)設(shè)計、制造、研發(fā)、測試階段，從而得以在使用階段以最低的成本提供所需的保障，其中維修性作為綜合保障重要的元素之一為無人機(jī)系統(tǒng)正常運營起到舉足輕重的作用[2]。

維修性是研究航空器全生命周期內(nèi)維修方案和維修要求的工作過程，是整個綜合保障中的要素之一，維修性是無人機(jī)產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，按照規(guī)定的程序和方法進(jìn)行維修時，保持或恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)的能力。

3 當(dāng)前無人機(jī)維修體制

當(dāng)前無人機(jī)維修普遍采用兩級維修體制，即基層級和基地級。早在20世紀(jì)60年代在美軍中廣泛使用，后來由于維修復(fù)雜程度提高，增設(shè)中間環(huán)節(jié)（中繼級）進(jìn)行輔助維修活動，于是形成三級維修體制，但是隨著裝備可靠性和維修保障能力提高，中繼級要求被逐漸弱化，因此美軍率先提出兩級維修體制[3]。

3.1 基層級維修

由無人機(jī)系統(tǒng)裝備維修中心保障人員和技術(shù)人員始終保證無人機(jī)系統(tǒng)保持出勤能力，通常在限定時間就能完成基本維修工作，由相應(yīng)人員完成無人機(jī)系統(tǒng)日常使用、維修、保養(yǎng)、外場可更換單元更換等工作。例如，地面開車是否正常、BIT檢測與失效、簡單的修理、LRU更換、基本功能測試，基本故障的判斷。

3.2 基地級維修

具有更高維修能力，一般承擔(dān)裝備大修和大部件的維修，備件制造和基層級不能完成維修的工作，主要由專業(yè)航空修理廠或者主機(jī)廠承制單位完成，如關(guān)鍵件重要件維修/更換、重大缺陷修理，發(fā)動機(jī)返修和大修、LRU修理，SRU修理等。

4 常規(guī)維修性設(shè)計準(zhǔn)則

無人機(jī)維修在沿用常規(guī)維修體制的同時，針對中、大型無人機(jī)來講，在總體設(shè)計階段，通常借鑒通用航空器維修性設(shè)計準(zhǔn)則要求并結(jié)合無人機(jī)自身特點提出定量設(shè)計要求和定性設(shè)計要求，以滿足不同應(yīng)用場景下的維修性需求，因此根據(jù)其特殊用途制定了一系列指標(biāo)。

4.1 維修性定量指標(biāo)

維修性定量反映的是各項維修性指標(biāo)，通常其指標(biāo)根據(jù)總體方案階段依據(jù)無人機(jī)后期應(yīng)用場景需求，是經(jīng)綜合評估給定一個范圍值，對于無人機(jī)在維修性定量要求方面更注重以下指標(biāo)。

4.1.1 MTTR

無人機(jī)維修性預(yù)計通常采用時間累計預(yù)計法，把故障定位、隔離、拆卸、重裝、校準(zhǔn)，檢查綜合為故障修理時間，將所有維修操作時間按失效率作加權(quán)平均，求出系統(tǒng)平均維修時間。

4.1.2 口蓋打開和恢復(fù)

無人機(jī)進(jìn)行外場作業(yè)時，通常需要進(jìn)行常規(guī)維護(hù)，尤其是發(fā)動機(jī)滑油、機(jī)載蓄電池充電更換、安全開關(guān)，翼身整流蒙皮等部位要快速拆卸，通過快速打開和恢復(fù)，才可保障縮短再次出勤時間，提高出勤效率。某型號口蓋相關(guān)要求見表1。

表1 某口蓋要求

4.1.3 維修成本

在維修過程中產(chǎn)生的費用，比如飛機(jī)在基層級和基地級維修費用，包括人力成本、備件成本、時間成本、設(shè)備成本等累積的成本，在每平均飛行小時產(chǎn)生的費用。

4.1.4 維修工時

保持無人機(jī)達(dá)到使用狀態(tài)的維修工作所用的時間，是每飛行小時需要的平均維修時間的一個衡量標(biāo)準(zhǔn)，維修時間的多少是決定一架飛行器使用效率高低的重要因素，也是航空器維修性設(shè)計性能優(yōu)劣的重要標(biāo)志。

4.1.5 無維修貯藏

在無需維修的情況下，系統(tǒng)可以貯藏的時間。表2為某型號無人機(jī)的維修性關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)。

表2 某大型無人機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)

4.2 維修性定性方面

4.2.1 口蓋設(shè)計

維護(hù)艙門/口蓋應(yīng)盡可能采用快卸式，最好不用工具徒手即可開關(guān)艙門、口蓋，較大的可開啟式整流包皮應(yīng)采用一面鉸接結(jié)構(gòu)方式。

4.2.2 免維護(hù)設(shè)計

在保證使用可靠性的前提下盡量采用免維護(hù)設(shè)計，追求維修工作內(nèi)容的最小化，如燃油管路、液壓管路、方向舵、升降舵鉸鏈等設(shè)計中應(yīng)考慮采用免維護(hù)方式，地面正常工作和維修時，要求飛機(jī)要求足夠的地面穩(wěn)定性，而無需壓艙物、機(jī)頭系留或支撐機(jī)尾等。

4.2.3 可達(dá)性

從維修性設(shè)計來講，測試口蓋與接口應(yīng)便于無人機(jī)試驗和測試，系統(tǒng)需維修的部件其安裝位置盡可能相對集中，以便于一次性接近。

4.2.4 防差錯

防差錯設(shè)計是維修性的重要內(nèi)容，在日常維修中可以避免人為差錯的可能，即使出現(xiàn)差錯由于防差錯設(shè)計也無法正常安裝。一般在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)問題可能性較少，主要集中在機(jī)載設(shè)備電纜接插件上，如常規(guī)維護(hù)的電源管理器、地面電源、飛控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)鏈路插口等。

4.2.5 人素工程

設(shè)計中要充分考慮維修人員的工作場景，適合的負(fù)荷強(qiáng)度。檢查點、定位點應(yīng)便于識別和維修操作，維修工作條件應(yīng)符合人的生理參數(shù)和能力等等，這樣就能提高維修人員的工作效率和維修質(zhì)量。

4.2.6 互換性

對于故障率較高的易損件，壽命短的零部件要有良好的互換性，常用的互換性項目包括通用標(biāo)準(zhǔn)件/口蓋/整流罩/艙門，以備外場隨時更換，提高產(chǎn)品維修性。

4.2.7 安全性

根據(jù)維修或者維修人員所處位置，保證在維修過程中，無論在故障狀態(tài)還是維修狀態(tài)都不會對人員產(chǎn)生危險，凡是可能發(fā)生危險的部位，都應(yīng)在便于觀察的位置，以防止人生事故或者設(shè)備安全。例如，螺旋槳/空速管碰到人，飛機(jī)加油或者上電接口要便于維修人員站立和操作。

5 維修級別分析（LORA）

在進(jìn)行維修性工作前，先判斷采取維修工作的級別，LORA是運用系統(tǒng)分析的方法，對有故障的系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性或非經(jīng)濟(jì)性的分析和評判依據(jù)，通過綜合分析確定預(yù)進(jìn)行的維修工作及修理級別過程。目前預(yù)防性維修與修復(fù)性維修都有LORA要求，通過LORA可以為具體維修項目提供必要依據(jù)，同時為維修決策提供重要輸入，為維修或者報廢提供最佳決策。

6 無人機(jī)與常規(guī)航空器維修性差異

常規(guī)航空器維修，維護(hù)人員主要負(fù)責(zé)飛機(jī)機(jī)載設(shè)備某一部分具體的排故和維修、部分結(jié)構(gòu)件修理，以及常規(guī)航前/航后檢查以和簡單定檢工作，而且對于常規(guī)航空器其維修配套有專門技術(shù)資料配套，包括部分適航指令和服務(wù)通告，服務(wù)信函等。

無人機(jī)系統(tǒng)包含無人機(jī)本體，地面站，各分系統(tǒng)高度集成，維修綜合能力要求較高，無人機(jī)本體和地面站通過數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行通信，各系統(tǒng)主要通過計算機(jī)進(jìn)行信號處理，指令發(fā)送，計算機(jī)信息交聯(lián)，信號控制更加復(fù)雜，系統(tǒng)維修不再是簡單機(jī)械（ME）和電氣（AV），需要多個專業(yè)共同協(xié)調(diào)完成，整個全系統(tǒng)的維修不僅對維護(hù)人員技能提出來新的要求，同時對于維修性設(shè)計帶來更多的挑戰(zhàn)。

7 結(jié)語

無人機(jī)維修性是一項長期持續(xù)性的工作，貫穿于整個試制、定型、試驗、交付等全壽命狀態(tài)，只有不斷建立健全整個維修性標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、流程，才能更好地做好無人機(jī)系統(tǒng)維修工作，使無人機(jī)綜合保障系統(tǒng)達(dá)到一個全新高度。