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国外无人机系统的综合保障方案(下)
作者:     发布日期:2015-06-11

  四、维修体制

  不同种类的UAV系统根据其所属部队编制、任务和各级维修机构的能力等方面的考虑,可能采取两级或三级维修。比如,美国陆军战术无人机(TUAV)采用两级维修方式:基层级和基地级。而美海军的垂直起降战术无人机(VTUAV)初始维修方案采用的是两级维修,但根据对投入外场使用后获得的后勤管理信息维修数据的分析,决定改用三级维修更合适。美空军长航时UAV也采用两级维修:基层级和基地级,具体方案如下。

  a.基层级维修

  主使用基地(MOB)、一般使用基地(Non-MOBs)和后勤保障分析(LSA)要求的所有部署地点,都会为长航时UAV提供原位维修。原位维修具体由使用大队(OG)内部的出动生产小队完成;后勤大队(LG)内部的出动保障小队负责提供超出使用大队能力的服务。集装装运的传感器、航空电子设备、数据链、电气和环境系统的故障隔离工作,主要借助机内测试(BIT)和已核实的技术数据,将故障隔离到外场可更换单元(LRU)。在本维修级别不需对设备进行校验和校准。

  本维修级别提供的原位维修包括计划和非计划维修两种,具体内容包括:

  检查机上可卸系统(installed system)的工作情况;

  将故障隔离到LRU或相关部件、线路;

  拆卸并更换有问题的LRU;

  对有关飞机线路、部件进行维修;

  飞机定期、阶段性或特殊检查,更换定时更换件;

  检查平台采用的限时技术指令(TCTO)的符合性。

  HAE UAV的部署性要求和两级维修策略,使得传统的后方车间(中继级)离位维修功能失去存在的价值。一些传统离位维修功能被转移到基层级,由出动生产小队用提供的保障设备在航线完成。大多数修理工作属于隔离、拆卸和更换有故障的LRU(LRU可能是一块印制板或容易更换的部件)。故障隔离中采用的手段包括:保障设备、BIT和已核实的技术数据。下列LRU/SRU修理工作应在基层级完成:

  核实可疑LRU的故障;

  将故障隔离到一个SRU或安装在LRU底盘上的元件;

  更换或修理故障的LRU/SRU;

  采用与核查故障相同的方法核查修理的效果;

  妥善处理部件上更换下来的LRU/SRU;

  编写相关的服务通报;

  进行规定的检查或校验;

  操作并维修有关的保障设备。

  b. 基地级维修

  基地级维修主要承担超出基层级维修能力或设施能力之外的维修任务。主要内容包括:核查SRU和LRU故障,隔离并修理有问题的零件,核查修理效果,将修理好的单元送仓库保管等。基地级维修在LSA确定的适当地点实施。

  五、保障设备要求

  长航时无人机的保障设备要求是,应设计具有BIT特征、能够自动/半自动工作的保障设备,以指示UAV系统的使用状态。BIT能够将95%的故障隔离到有缺陷的SRU,辅以技术数据时,可以隔离100%的故障。还应制定人工程序并引入技术数据,以便UAV、子系统和保障设备的故障隔离。在所有场合下,自动/半自动和人工程序结合起来应能向现场设备提供持续的维修能力。接近故障的LRU不应要求使用特殊工具,也不需拆卸其它LRU。当接通飞机地面动力装置、辅助动力装置或现场环境下可用的公共动力资源时,保障设备必须能够工作。对所有地面保障方案,内部或外部致冷源和动力源必须能够提供致冷和动力。全部保障设备和保障设备的集装箱都必须根据军用规范进行设计,应配有铲车/起重机(根据要求)等提升装置、车轮、保护装置等,以使保障设备能够满足世界范围内的机动性要求。

  (1)航线测试设备

  应通过安装系统BIT来最大限度地减少航线测试设备。确实需要时,航线测试设备应具有用于核查系统使用状态和隔离故障所需的最小尺寸、重量和复杂性。

  (2)保障设备备件

  当在部署地利用通用保障设备对机上可卸设备(installedequipment不构成某设施或设备不可分割部分的设备,如飞机上的机炮、雷达等)进行修理不可行时,保障设备应引入置信标准。必须为所选通用保障设备配备替代品,以维持发生偶发事件期间的维修能力。

  (3)校准

  战区接收车辆/设备应负责为部署设备提供现场校准。在MOB对保障设备的校准工作由精确测量设备试验室(PMEL)专家完成。校准间隔不能少于180天。

  六、状态监控与故障诊断要求

  UAV由于机上没有驾驶员,因此需要更高的自我监控和自我诊断能力。为满足UAV系统要求规范中对可用性、可靠性和维修性规定的置信水平,为了保证系统安全、任务成功、机组人员信心和有效维修,UAV系统应具有适当的系统状态监控能力。在UAV系统要求规范中应规定其所采用的每一项状态监控功能。状态监控应覆盖从初始加电到最终下电整个时间段。UAV系统要求规范还应规定每项状态监控功能的准确实施概率。UAV系统在发射时的完好状态更重要,在状态监控结构中应专门包含这方面的功能。对于那些直接影响系统安全或任务成功概率的UAV系统保障设施要素(发射与回收系统、地面控制站)的监控与对飞行器的状态监控同等重要,在UAV系统状态监控结构中也应包括这方面的功能。

  UAV系统状态监控结构应满足下列4项基本要求:

  (i)对不安全或潜在不安全的系统或分系统的正确标记(flag)概率应很高;

  (ii)将安全系统错误地标记为不安全系统的概率应较低;

  (iii)对不能执行任务的系统或分系统的正确标记概率应很高;

  (iv)将系统或分系统错误地标记为不能执行任务的概率应很低。

  根据上述要求,UAV利用连续BIT、启动BIT和维修BIT能力来检测电子设备硬件和软件故障。在适当的时候,应使用BIT重试(retry)技术来防止虚警。还要求进行使用测试,以完成自测试,收集和存储系统和分系统故障数据,并提供飞行前和飞行后诊断。在飞机或系统上利用系统BIT和已核实的技术数据将故障原位隔离到LRU。长航时UAV系统的BIT要求是,BIT应能够将95%的故障隔离到有缺陷的SRU。为了确保将系统和相关保障设备的故障进行100%的隔离和修理,还要求制定补充的人工诊断程序和引入技术数据。

  目前,预测与状态监控(PHM)技术已被用于评估飞行器系统的完好状态。发动机、辅助动力装置(APU)、计算机和航电设备等系统都包含传感器和自诊断软件,能够实时评价这些系统的性能。随着信息技术的飞速发展,机上计算能力已经显著提高,也实现了共享网络技术。对UAV而言,为了评价载荷循环数、损伤条件、腐蚀和疲劳,必须将诊断能力扩展到机体结构。

  UAV必须在长期贮存后仍能可靠工作,这就要求将一种智能神经系统综合到飞机中,但这样必然增加了系统的复杂性和成本。于是,人们想到,为一种目的研制的传感器经常能适合服务于其他感应功能。在某些情况下,它们还可以作为致动器。低成本UAV需要那些不用液压系统就能控制较小飞行器的材料和装置。智能结构技术,如压电体和神经网络,可以改进载荷和状态监控能力,同时减轻动载荷。神经网络可以潜在地监控飞机上的多个部位并减少需要的传感器数目。压电基状态监控系统对金属和复合结构的综合损伤检测能力在实验室已经得到验证。借助可感应环境和确定希望的飞行器响应的一组混合传感器(如加速度计、压力变换器、压电传感器、致动器或应变计),可以获得一种理想的系统,能够在地面和空中确定UAV损伤部位并对损伤进行评估。

  美国空军正在将传感器、控制和计算能力方面的进展应用于开发UAV系统先进的状态监控技术,其中包括:

  l 用于开发传感器-致动-控制综合装置的微机电传感器(MEMS)和中尺度传感器技术;

  l 利用压电传感器和神经网络进行数据分析,以改进载荷和状态监控能力;

  主动颤振抑制和抖振载荷抑制系统,将状态监控能力与压电传感器/致动器和智能控制联系起来。



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