F-22飛機的可靠性、維修性和保障性

概述

F-22是美國空軍用以代替F-15的第四代戰鬥機。它具有很強的作戰能力,比F-15飛機更可靠,而所需的保障資源大大減少。

F-22飛機從一開始就進行保障性和自足能力設計,以降低維修保障費用。根據預測,這種設計將使其在20年的時間內,使用和保障費用比同期的F-15減少50%。

與以往的專案在設計過程中事後考慮保障性的做法不同,在F-22這個專案中,維修人員與設計人員和製造部門的代表一起工作,使得某個零件或系統還在圖紙階段就確保其設計正確,能夠製造,並且能夠維修。

F-22飛機每天的出動架次將比現有飛機明顯增多。與F-15C相比,它的連續出動架次數將增加一倍,可靠性將提高一倍,每飛行小時的直接維修工時數減少一半,再次出動準備時間縮短三分之一。一個由24架飛機組成的中隊,部署30天所需的空運保障僅為F-15C所需空運量的二分之一(一個F-22中隊需要7.8個架次的C-141,F-15C則需要16個)。另外,部署所需的備件和保障設施也將減少。

設計特徵

F-22飛機的五個關鍵的設計特徵使得它比過去的飛機更容易保障。
  1. 可達性/維修性:F-22飛機的底部離地面僅36釐米,維修人員不用梯子或工作臺,就可以接近幾乎每個部件或系統(如電子設備、發動機、裝在機體上的附件驅動系統(AMAD)和武器)。另外,飛機的模組化電子設備使得維修人員可以迅速將不能工作的模組拔出來,再重新插入一個。
  2. 故障檢測與隔離:F-22飛機具有廣泛的機內檢測(BIT)能力,診斷系統可以深入到外場可更換模組(單個的電路板)級確定故障。該系統還有各種機內檢測感測器、故障過濾和重要失效資料記錄。通過故障過濾,可以確定某個故障是否足夠嚴重,需要向駕駛艙堛滬蒂甇發出提示或警告。通過失效資料記錄,使維修人員準確掌握部件何時失效。
  3. 自足能力:F-22飛機的機載氧氣發生系統(OBOGS)可以向飛行員提供呼吸空氣,這樣就不需要地面的液氧設備了。同樣,F-22飛機利用機載惰性氣體發生系統(OBIGGS)來給燃油箱充填氮氣,作為飛行時稀釋燃油的一種安全措施。該飛機配有輔助動力裝置(APU),這樣就不需要地面電源車,並盡可能地減少“保養”工作。例如,只需要四個簡單的步驟就可以讓飛機從冷卻狀態達到發動機試車狀態。
  4. 一體化的戰鬥出動準備:這種做法就像賽車在比賽時進站一樣。F-22飛機允許同時給航炮裝炮彈和挂載導彈,而通常這些是先後進行的。它採用單點加油,用一個點就可以檢查各種消耗品(滑油、雷達干擾金屬屑片、照明彈等)的狀況。它還採用液壓氣動式的導彈發射架收放系統,這樣在飛機再次出動準備過程中就不需要擔心煙火了。
  5. 可靠性:F-22飛機的各個系統高度可靠,從而減少了備件和空運保障要求。該飛機採用液體冷卻的容錯電子設備。當某一塊電路板失效時,系統便自動自行重構。這樣降低工作溫度可以延長電子設備的壽命。另外,在研製過程中,各系統均經過全面分析,並經過各種研製試驗和全尺寸試驗。這些加速的壽命試驗比一般軍用標準規定的試驗更加嚴格,試驗時間更長。例如,電子設備試驗的熱迴圈次數是軍標規定的迴圈次數的十倍,振動強度高於軍標規定的振動強度,振動試驗的持續時間是軍標規定的時間的十倍。

綜合維修資訊系統(IMIS)

F-22飛機的綜合維修資訊系統(IMIS)將技術規程資料、維修表格及飛機本身綜合起來,向維修人員提供單一的維修資訊來源。該系統有三個主要部分:攜帶型維修輔助裝置(PMA)、可以部署的中隊級維修保障系統(MSC)和內場用的維修工作站(MWS)。

PMA

PMA是一台供維修人員帶到外場去的經過加固的電腦,它是維修與飛機及其各系統的主要介面。PMA可以顯示互動式電子技術手冊(IETM),可以通過它預定備件,並用來將各種維修工作記錄在維修表格中。

該PMA由聯信公司(AlliedSignal)研製,重9.85磅。它在太陽光下完全可讀,並使用氫化鎳電池。它用鍵盤和功能鍵進行資料登錄。

PMA給維修人員帶來的最大好處之一是,採用互動式電子手冊,並在IMIS設備上顯示。IETM是一套詳細的維修規程,告訴維修人員如何檢查和更換某個部件。這些說明是互動式的,根據在維修工作過程中可能遇到的情況,向維修人員提供不同的資訊。IETM的圖形取自用於飛機設計的三維電腦資料庫,並被轉化成經過簡化的二維圖,這樣便於使用,而且從技術的角度看得更加清楚。將IETM顯示在綜合維修資訊系統中,這樣就不需要在外場翻閱厚本的技術資料,更改時也省去了煩瑣的換頁過程。

PMA的工作過程是這樣的:維修人員走到飛機跟前,將PMA插到飛機上的一個資料口(位於輪艙和駕駛艙堙^,由它來接受指令。維修人員首先用PMA來激勵某個系統,進行一次BIT檢查,核實故障。如果維修說明要求打開武器艙的艙門,維修人員就可以通過PMA將艙門打開,而不需要進入駕駛艙。

由於PMA是一個電子系統,所以它用的是最新的技術規程資料,並只顯示最新的內容。在飛機旁,維修人員可以先滾動螢幕,瀏覽整個工作專案,然後完成各個步驟。

如果存有疑問,維修人員可以將PMA圖形中的某個部分放大或縮小。如果維修時需要零部件,可以向“維修控制”部門發一條資訊,等他回去取時,零件就準備好了。他再到外場去將零件換上。該維修工作完成後,PMA就將它記錄下來,將資訊送到維修控制部門。通過PMA還可以傳送故障、零部件使用情況和消耗品等其他資料。

PMA還可用來通過飛機上的另一個資料口,將“作戰飛行計劃”軟體載入到飛機上。事實上,當第一架F-22飛機在最後組裝時,飛機上的第一種軟體就是通過PMA裝載的。

MSC和MWS

MSC和MWS都是電腦系統,它們是綜合維修資訊系統的核心。這兩個系統都採用相同的市場上可以獲得的基本部件,但MSC放在經過加固的箱子堙A可以部署使用。MWS系統則留在主基地使用。

MSC的基本功能包括:

  1. 分析診斷資料:當飛行員執行任務返回時,將駕駛艙堛爾禤げУ撞陛]DTC)卸下來,送到維修部門。如果在執行任務過程中發生了故障,就將這些故障的代碼記錄在DTC中,該資料被下載到MSC的電腦堙C找出故障原因後,提出糾正措施。
  2. 準備要完成的維修工作:對維修工作作出安排,明確需要的資源(零部件等),並檢查該項工作的說明是否是最新的。然後將這些說明裝入PMA,維修人員就可以拿這個PMA到外場去完成工作。
  3. 收集維修資料:收集的資料包括:飛機上什麼地方發生了故障、修理需要多長時間、零部件使用情況等。資料收集後生成報告和提要。F-22飛機保障系統的一條基本原則是,資料收集一次,盡可能地重復利用。
  4. 支援維修計劃和分析:收集的資料還用於制定計劃,安排檢查專案,安排定時維修工作。

F-22飛機技術規程的編寫

目前,F-22聯合試驗隊正在愛德華茲空軍基地的空軍飛行試驗中心進行F-22飛機的試飛。試飛過程中,該試驗隊的技術規程編寫人員同時就編寫F-22飛機的技術規程。與以往不同的是,F-22飛機的技術規程將是互動式的電子技術手冊,並輸入飛機的PMA堙C每個維修工作專案的顯示格式與現行的“工作指南”類似,採用圖文對照,文字顯示在螢幕的左邊,圖形在右邊。

各個維修工作專案寫出來並經過審查後,由飛機維修人員實際完成這些工作專案,以驗證其是否準確、有效、安全並符合環境要求。目前已經完成F-22飛機的400個維修工作專案的審查和驗證。

需要的維修人員數量、專業及訓練

每架F-22飛機平均需要維修人員14.9人(F-16為22.1人,F-15為23.5人)。一個72架F-22飛機的聯隊計劃需要1072名維修人員,他們分佈於聯隊和作戰保障中隊的職能部門、三個飛行中隊、一個後勤保障中隊和一個維修中隊。這些人員涉及15個專業,即地面保障設備、飛機維修、軍械、航空電子設備、離機設備(Egress)、電氣/環境控制系統、燃油、生命保障、金屬材料、彈藥、無損檢測、氣動液壓、動力裝置、結構和生存設備。

第一個F-22聯隊將於2005年12月成立。維修人員的改裝訓練將於2002年開始。先由空軍教育和訓練司令部的一個支隊對人員進行訓練,然後維修人員在德克薩斯Sheppard空軍基地進行訓練。