预警机任务电子系统大修必要性研究
张玉波/中国电子科学研究院
摘要： 预警机任务电子系统庞大复杂，目前国内的预警机大修主要是针对载机平台进行修理，而任务电子系统仅是附带修理。通过分析预警机任务电子系统工作环境、使用损耗、试修中出现的问题及修理后的故障率等，引申出任务电子系统大修的必要性。本文是国内首篇涉及预警机大修领域的文章，可为今后同类特种飞机的任务电子系统大修提供参考。
关键词： 任务电子系统；大修；必要性
0 引言
军用飞机大修是指对使用到规定时限或出现损伤的飞机进行恢复其战技、战术性能，以满足作战和训练要求的各种技术活动[1]。每型飞机修理技术标准和工艺要求可能稍有差别，但修理过程大体上都是将飞机分解，对分解后的所有零部件进行检测，修复或更换不符合要求的零部件，排除飞机隐患和故障，最终恢复飞机原有功能、性能及技战术指标，接近原有可靠性。大修是飞机等级最高、技术最复杂的修理，预警机因兼顾预警探测、指挥控制、电子侦察、敌我识别及通信等功能，使其成为最复杂的特种飞机，因此预警机大修也是难度系数最大、风险等级最高、修理周期最长的修理。
目前，我国的预警机大修主要是因载机到寿而进行的，大修的同时才对其任务电子系统进行附带修理。本文分析了预警机组成、工作环境、周期损耗、试修后故障率等，认为当前对预警机任务电子系统大修存在误解，同时探讨了任务电子系统大修的必要性。
这是《半月谈》记者近期在西部一个贫困山村和一位村党支部书记的对话。据称，从2016年开始，这个村委会陆续安装了8个喇叭，这些喇叭平时用处并不大。为了省电，只能把喇叭关了，上面来检查时再打开。记者随后了解到，8个喇叭分属广电、气象、防汛、水文4个部门，每个部门都要在村里装上一组2个，于是村委会就挂起了8个喇叭。
1 预警机任务电子系统组成及工作环境
预警机任务电子系统是指能够完成作战功能的各种软硬件的集合体，包括获取特定信息的传感器、用于支持信息传送的各种通信链路和用于信息处理的各种电子设备[2]。硬件设备主要包括载机背部的雷达设备、飞机机体外部的各种传感器或天线、机体蒙皮与气密层之间的多种穿舱线缆，以及气密工作舱内的核心计算机、显示器、服务器等各种电子设备和线缆等。
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任务电子系统庞大而复杂，包含多个功能相对独立的分系统，分系统之间既有串联又有并联关系，同时任务电子系统和载机供电、环控、航电等系统交叉关联，因此其设备分布于载机多个不同位置。交联系统不同，位置不同，硬件设备所处的工作环境也不同。在执行任务阶段，载机背部的雷达设备、蒙皮外部传感器或天线处于低温低压、飞机自身振动等工作环境；当雷达工作时，载机供电、液压和冷却系统等开始工作，载机背部的雷达设备处于低压高温环境；蒙皮内侧与气密层之间的电子侦察天线及穿舱线缆处于低压低温、霉菌、局部冷凝水侵蚀等环境；气密工作舱内设备则受灰尘、霉菌等环境影响。所有的环境因素对设备的影响结果将在一个大修周期内逐步积累成为故障隐患。
2 任务电子系统大修周期中的使用损耗
任务电子系统在平时使用过程中会有一定周期、一定深度、不同项目的检查，但这些检查并不完整，仅仅是一些基本检查，与大修相比在工作方式、内容及深度上相差很大。日常使用过程中的损耗故障由疲劳、磨损、老化等原因引起，故障发生率随着使用时间的积累而增加。下面针对多型任务电子系统大修过程中出现的问题分别进行梳理和分类。
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2.1 机身背部雷达设备
图6为大修分解雷达天线支腿内部B段某线缆接插件腐蚀情况，支腿分解时，在B段凹槽处可见明显冷凝水聚集，接插件长期处于浸泡状态，腐蚀情况随时间推移越发严重，如非遇到故障或大修将很难发现这类情况。
图1为大修时天线罩分解后某结构受力件，出现裂纹和螺栓接口生锈现象，该受力件将换新处理。
某计算机设备修理时，整机接口测试中发现其一路信号时有时无，根据信号确定板卡，依据电路图对定位板卡进行测试，发现两个三极管处于击穿的临界状态，其表象为一种元器件偶然失效（见图5）。对于这种情况，修理时必须换件处理。
图2为大修时分解的同一微波件在不同位置的外观图，右侧为正常微波件颜色，左侧微波件表面颜色已变黑，是因为日常排故后微波件外侧密封失效，长期的高温高湿盐雾状态使微波件表面镀层被破坏，出现生锈现象。
2.2 舱外天线类产品
舱外天线安装于载机机背、机腹、尾部等部位，在载机全寿命周期内完全暴露于大气之中，环境影响因素主要有低气压、风雨、霉菌、盐雾等。通信天线是通信链路末端部装件，当天线涂层出现气泡、龟裂和脱落，甚至一些明显凸凹痕迹、磨损和机械损伤时，会对天线系数、极限灵敏度和1dB输入压缩点等参数产生影响，只是这种影响对于整条通信链路来说是比较微小的，设备仍可正常使用通信链路。但随着末端天线损耗的逐渐增大，势必形成潜在危机，这种危机可能潜伏一个大修周期或更久。图3为大修时分解的某通信天线外观图，左侧为天线顶部因受外力导致的损坏，右侧为天线根部因受环境因素出现的裂纹。大修时将对损伤进行修复或更换。
2.3 舱内计算机类产品
任务电子系统核心计算机类产品主要集中在气密设备舱中，所处工作环境中高温、高湿、机械冲击、振动、空气中的尘埃和腐蚀性化学物质等都会对其造成使用损耗。在日常使用过程中，若无故障发生不会进行检查。然而，在大修设备修理阶段，对计算机类设备整体及分解后的SRU模块进行检测时，问题会集中出现。
图4所示为某显示类设备修理时情况，功能和外观均正常，但设备壳体内部金属层锈蚀，发生霉变现象，若不及时处理，后续使用中将导致电路板锈蚀等故障。
新农村的土地利用规划，并非只是村镇居民的责任。政府的有关部门以及相关的社会组织应当积极参与其中。新农村的土地利用规划工作需要上述部门或组织的帮助和扶持。而政府的有关部门在参与过程当中，应当对新农村的土地利用规划的工作内容、新农村建设各期要进行到何种程度以及在新农村建设当中的各项要求做出明确细致的规定。
区域内自贸园区一体化发展可以真正实现自贸园区与自由贸易协定之间的协同发展，有效将两者制度优势相结合，自贸园区发展可以更好地发挥自身特殊的制度优势，同时自由贸易协定成员国将受惠于区域整体经贸法制环境的提升。当然，建立区域自贸园区一体化法律制度易言而不易行，尤其以区域发展、加强自贸园区资源合作为目标而建立区域自贸园区发展整体规划，则需要更高程度的区域一体化水平才能够实现。现实情况是各国自贸园区战略仍然主要是各国单边自主决定事项，各个成员国不可避免的具有自身的政治经济考量。但不可否认，实践中已有自由贸易协定朝着自贸园区一体化发展的方向做出了一定努力。
图1 结构件生锈裂纹图
图2 微波件腐蚀锈蚀对比图
图3 天线外观图
图4 设备内部霉变图
图5 板卡三极管问题（圆圈处）
2.4 机柜类设备
任务电子系统机柜主要安装在设备舱内，上下直接与载机相连。设备安装于机柜之中，飞行起落、空中振动都对机柜造成一定影响。例如，机柜框架焊缝、结构件折弯处、焊接处等出现裂纹，机柜上下横梁承力部位变形；设备安装时因发生碰撞引起的擦伤划伤和无永久性变形等；舱内环境因素引起的机柜内部电镀层氧化，机柜外部喷漆层脱落等。机柜表面涂层下出现裂纹，意外情况下将导致机柜局部撕裂，引起安全事故，因此机柜类设备在大修时需要退漆检查焊接质量并进行探伤，以保证能正常使用到下一个大修期。
2.5 线缆类
任务电子系统设备根据需要设计安装在载机的各个部位，大量的穿舱线缆使设备互连互通。例如，同轴射频线缆连接飞机蒙皮外侧通信天线和设备舱内数据终端设备，控制线缆连接机身外雷达天线设备和设备舱信号采集和控制设备。穿舱线缆长度一般在十几米到几十米之间，在线缆中传输时，无论是音频信号、视频信号还是电气信号都会产生衰减，线缆越长，使用时间越久，衰减越大，同时线缆也越重；除自身损耗之外，穿舱线缆还受外界因素影响。
“蘑菇”式雷达天线罩内部安装天线阵面、设备、设备柜以及为保证电子系统正常运转的液冷、环控、火警等系统。天线罩支腿是连接雷达罩与机身的受力构件，同时是各种线缆、导管等的连接通道。“蘑菇”式雷达受到的影响因素包括飞行时的气动载荷、结构强度、结构稳定性、霉菌、太阳辐射、沙尘等。在任务电子系统修理时，背部雷达单元也是出现问题相对较多的部位。
图6 接插件腐蚀图
任务电子系统的数据传输大部分通过光缆完成。光缆损耗或故障产生的原因有很多。例如，光缆敷设时未按相关技术要求、工艺文件执行而引起光缆损伤，光缆活动连接器未连接到位、光缆插合界面有异物或污染、光缆长期使用中老化等都会造成光缆性能下降。
试验采用浙江大学的轴压屈曲试验专用平台，平台由具有中心孔的固定工作台和活动工作台组成，活动工作台与液压装置相连，用于压缩试验件，如图1所示。测试仪器主要有称重传感器、激光位移传感器、DH5932数据采集记录分析系统、双/单向应变片等。
3 任务电子系统修理必要性分析
无论军用特种飞机还是普通运输机，大修时间点都是根据载机起落/飞行小时/日历年来规定的，每型飞机的大修间隔期及单架机大修周期都不同，大修间隔期一般为几年到十年。产品技术状态未发生变化或出现故障时，硬件设备在大修间隔期内是一种持续衰减、损耗的状态。日常机务检查、周期性检查的间隔为数小时、数天时间，对任务电子系统仅进行功能检查、外观检查及环境清理等工作。飞机大修持续数月时间，是任务电子系统进行全面检查和修理的最佳时期。
3.1 任务系统设备损耗
飞机交付部队后，任务电子系统的使用维护将由部队负责。基于任务电子系统庞大复杂的特点，无论是三级维修体制还是两级维修体制，都需要基层级部队有一定的故障诊断和隔离能力，有大量检测设备以及各种检测技术。即便是使用了系统BIT和ATE设备，其检测范围仍然有限。基层级部队和系统研制单位在检测设备数量种类、检测方式方法、修理深度、专业技术及人员能力等方面有很大差距。同时，基于任务电子系统的结构复杂性，对于固定类设备以及空间狭小区域、安装拆卸复杂的情况，部队日常是无法进行检测的。因此，任务电子系统的大修是必要的。
3.2 飞机大修间隔期及周期长
以下除设备及部装件在一个修理周期内存在的损耗、故障及隐患等问题外，还针对飞机大修间隔期及周期长、日常检测有限、优化维修性以及降低设备故障率等因素进行必要性分析。
3.3 日常检测有限
任务电子系统中，部装件及元器件随着使用时间的增加而出现老化、衰减、应力集中，产生裂纹、灵敏度下降等使用损耗。这种损耗不属于故障，日常使用时不会关注，但当飞机大修时，如不及时对任务电子系统的使用损耗进行处理，将导致大修后任务电子系统故障率持续增高的情况。鉴于上述原因，任务电子系统修理应与载机同步进行。所涉及的部装件及元器件包括计算机类设备内部电容、电阻、电感和变压器等元器件，电源线、控制线、射频线和光缆等线缆，机柜、支架和固定架等受力件，雷达、通信和电子侦察等天线等。
整个样品呈灰色，主要由球状鲕粒和胶结物构成，鲕粒呈规则的球状，直径约40mm。核心基本位于球心位置。鲕粒和胶结物点稀盐酸起泡剧烈，可判断均主要由方解石构成。值得注意的是，鲕粒的表层，及部分层理间含有泥质，在标本上呈褐色。
3.4 优化维修性
维修性定义为：“产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到规定状态的能力”[3]。任务电子系统的大修包含任务电子系统分解、设备修理等一系列工作流程。
任务电子系统分解时，在狭小空间、复杂空间、通道、天线罩等区域，因评估场景与真实场景不同，设备实际拆卸时间比设计的理论时间更长，拆卸难度更大，甚至出现设计规定的工具无法使用等情况。系统分解过程涉及设计师、工艺师及维修作业人员，因此该阶段是提升装备维修性的最佳时机。
设备返厂修理时，因距离承制单位产品交付时间已超过一个大修周期，所使用的检测设备、工具和仪表等将更加先进、智能、轻便和适用，能够缩短故障检测和定位时间、缩短维修工作时间，降低维修工作强度，简单、快速、经济、有效地完成修理。设备修理阶段还可以发现设计不合理之处甚至缺陷，对设备工艺提出改进建议，总结修理经验，提高后续同类产品的可靠性。
3.5 降低设备故障率
航空装备“浴盆曲线”表明，在损耗故障区，随着设备老化和耗损的增加，故障率曲线函数呈现高频递增甚至是陡增式的曲线特征[4]。任务电子系统产品失效期同样符合浴盆曲线规律，故应与载机一样在这一时期进行产品检测、翻修或更换等修理。不过，大量研究仅仅是在浴盆曲线范围内进行的，并未跟踪设备修理后故障率情况。
图7 01、02号机故障对比图
图7为某型两架预警机在技术状态未发生变化情况下，任务电子系统大修前后各一年的对比情况，包括大修前后的总故障数、涉及设备型号数、设备故障数量等。根据对比，大修后无论总故障率还是单项设备故障率都有明显降低，表明大修可以降低故障率。但大修后产品故障规律与“浴盆曲线”是否相同还有待长期跟踪研究。
4 结束语
综上所述，预警机任务电子系统大修是为消除故障、隐患及使用损耗而进行的各种技术活动，包括检测、修复、更换不符合要求的设备或模块，恢复系统原有功能及战术指标，接近原有性能，与载机大修同步进行维护、维修及贯彻工艺路线等。后续需继续深入研究任务电子系统大修阶段基础理论，完善维修大纲，优化大修工艺及方案，制定大修标准，进行科学有效的大修工作。
参考文献
[1]刘家学，王少英，柴春红.军用飞机维修质量管理的最优线性分派评估[J].数学的实践与认识，2014，44(4):147-151.
[2]中国电子科学研究院编写组.世界预警机概览[M].北京：中国电子科学研究院，2004.
[3]GJB 451A-2005 可靠性维修性保障性术语[S].
[4]王玉军.浴盆曲线理论在民航空管设备管理中的应用[J].通讯世界，2017(17):280-281.
Necessity Research on Overhaul for AWACS’s Mission Electronic System
Keywords： mission electronic system；overhaul；necessity
作者简介
张玉波，工程师，主要研究方向为大型复杂信息系统总体设计、升级改进及修理。
标签：任务电子系统论文; 大修论文; 必要性论文; 中国电子科学研究院论文;