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修一架受损的先进战机有多难?这一修竟然修了4年

来源: 作者:作者:张燕玲 人气: 发布时间:2022-03-18
摘要:好用并不意味着好修,隐身涂层脆弱、系统结构复杂……自五代机问世以来,一个个航空维修技术难题接踵而至。据统计,F-22战机每飞行1小时的成本高达5万美元,每更换一次隐身涂层需要近百万美元,高昂的维修费用让不少国家军队难以承担。

  一架战机竟然维修了4年?

  没错,最近美军透露,一架早在2018年受损的五代机F-22,有望于今年重新服役。据了解,这架战机起飞时因数据计算错误导致起落架提前收回,以机腹擦地的方式在跑道上滑行受损,随即被送到大修厂,开始了漫长的维修之旅。

  众所周知,五代机具有超强隐身、超音速巡航、超机动能力等特点,无论是研发制造还是维修保养,都考量着一个国家航空工业技术水平。好用并不意味着好修,隐身涂层脆弱、系统结构复杂……自五代机问世以来,一个个航空维修技术难题接踵而至。那么,五代机的维修保养究竟有多难?国外军工企业又是如何突破这些技术难关?

  修一架先进战机有多难

  ■宋茹 徐暘

  定期“补妆”——

  风光一小时,“补妆”一昼夜

  魔法世界里,有一种神奇斗篷,穿上它就可以隐身。随着航空科技快速发展,五代机首屈一指的变化,就是自带强大的隐身功能。

  战机之所以能够隐身,除了拥有一副特殊“筋骨”外,还依赖其私人定制的“美妆”——隐身涂层。

  众所周知,雷达通过发射和接收雷达波来检测战机踪迹。隐身涂层的作用,就是吸收雷达波,让对方雷达接收不到战机飞行信息。就像游戏里的精致皮肤能够为玩家提升战力一样,隐身涂层让五代机的隐身能力显著增强。

  为了使“妆容”更加精致,航空设计师在“化妆”材料的选择使用上可谓煞费苦心。他们以铁氧基、聚合物为原料,一般会对机身进行3层涂装。在进气道等受气流冲击严重的部位,涂层数量甚至会达到10层。

  然而,层层包裹下的五代机虽然具备了良好的隐身性能,但“美妆”的耗费超乎想象。隐身涂层的耐久性差,甚至会对雨水产生“过敏反应”,经过恶劣条件下超音速飞行后,“脱妆掉粉”的情况时有发生,隐身性能也随之减弱。更糟糕的是,受气流影响,涂层一旦在飞行过程中脱落,极易被吸入发动机内,造成严重飞行事故。

  “补妆”随时随地进行。以F-22战机为例,每飞行1个小时要进行20多个小时的维护保养,可谓“风光一小时,补妆一昼夜”,维护人员每天有一半的工作时间是给战机修补涂层,每隔一段时间还要全部重新涂装。

  “补妆”环境极为苛刻。水分、温度、湿度等环境因素要求很高,甚至不允许战机露天停放。有资料显示,如果长时间暴露在阳光直射下,涂层会逐渐开裂,最终成块脱落。每架五代机拥有独立房间——恒湿和恒温空调机库,保证环境达标,防止涂层脱落。

  “补妆”费用直线上升。据统计,F-22战机每飞行1小时的成本高达5万美元,每更换一次隐身涂层需要近百万美元,高昂的维修费用让不少国家军队难以承担。

  修复缺陷——

  “先天”不足,“后天”改装

  2011年,美军五代机F-35的诞生引起世人关注。F-35继承了F-22大量先进技术,并最大限度地实现通用化,号称能够取代F-16、F/A-18等多种四代机机型,强大性能吸引多国军队竞相采购。

  与四代机相比,五代机的技术性能实现巨大跨越。有消息报道称,这种跨越甚至远超前四代战机之间的隔代差距。这得益于五代机隐身外形、有源相控阵雷达和先进模块化航电系统等大量“黑科技”的应用。毫无疑问,五代机列装能够为空军战斗力带来质的跃升。

  然而,接装F-35战机后,诸多故障问题接踵而至,让列装国家军队饱受困扰。

  原来,研发F-35战机时,就暴露出多项致命缺陷、近千条安全问题。受世界各地不同环境气候因素影响,F-35出现严重“水土不服”——涂层频频脱落、电池低温损坏等问题,让维修人员头疼不已。

  不仅如此,复杂系统带来保障多重难题。众所周知,五代机把诸多先进技术集成在同一平台上,难免会出现兼容性问题,就像新系统需要磨合一样,战机在飞行初期出现很多未曾预料的问题,影响战机飞行可靠性。

  诸多问题给五代机维修带来全新挑战,各国维修人员为此耗费巨大精力。面对“先天”不足,“后天”改装成为必答题。那么,国外维修人员对五代机做了哪些改装升级呢?

  一是建强“大脑”。F-35综合处理器(简称ICP)被誉为“战机大脑”,拥有强大的数据处理能力,处理速度是F-22的10倍,飞机的通信、引导和控制等一系列数据处理都要依靠ICP正常运转。F-35战机各种程序代码超过800万行,是F-22的5倍,软件缺陷却高达900多个,一系列问题迫使研发和维修人员对系统进行频繁升级修复。

  我们知道,智能手机在升级新软件后,系统运行速度会有所下降。战机也是如此,在多次软件升级后,ICP的运转能力也会遭遇瓶颈。由于模块化设计结构复杂,ICP的修理升级只能靠更换模块解决。有消息称,升级版的处理器预计于2023年投入生产。

  二是改善“视力”。F-35战机头盔有着夜视系统、前视红外线跟踪系统、虚拟平视显示器等一系列科技手段“加持”。投入使用前,还要通过头部扫描、建立模型等工序,满足飞行员的“私人定制”。然而,使用不久后,有头盔出现了“冒绿光”问题。

  有国外飞行员表示,在气候恶劣的夜间飞行,头盔夜视摄像头会显示绿色条纹。就像眼球经过强光照射后会难以看清黑暗中的物体一样,绿色灯光的照射会让瞳孔收缩,使飞行员看不到飞机外的光线,造成安全隐患。目前,软件升级、更换有机发光二极管等手段已经应用于头盔的改装升级中,“冒绿光”问题也暂时得以改善。

  三是治愈“缺氧”。战机供氧系统的重要性不言而喻,F-35战机的供氧系统能够从大气中直接吸收转化氧气,改变了从地面携带氧气的传统供氧方式。然而,取消备用供氧后,主供氧系统一旦出现故障,极易引发飞行员缺氧。自服役以来,F-35战机飞行员已经报告了数十次缺氧问题,一度造成战机停飞甚至引发飞行事故。

  改装后,备用氧气系统重新安装到F-35战机上,在主供氧系统出现故障时,能够自动启动备用系统,防止飞行员因缺氧失去意识导致战机失控。F-35的机载供氧系统还配备了自动化座椅备用氧气源,紧急情况下,飞行员被弹射出战机后,备用系统自动工作,解决氧气供应问题。

  在航空设计师的持续努力下,F-35战机的设计缺陷正逐步解决。目前,一类缺陷已经从15个降至7个,整体性能得到良好优化。

  学习“医术”——

  专业化开班办学,培养“战机医生”

  作为“战机医生”,维修人员的“医术”决定战机能否快速有效完成修复。

  还是以F-35为例,对其进行修理并非易事,涉及地面保障、航空电子设备等15个专业,要求维修人员对多个专业融会贯通。有人问,修理基地已经培养了大量维修技师,老机型的维修经验能否“嫁接”到新机型上呢?

  由于五代机结构复杂、部件精密,老机型的维修人员在承担五代机的维修任务后,除了少数通用部件的修理经验可以直接借鉴,大部分维修技术都要重新学习,造成维修人才紧缺的现象。

  维修人才成为“刚需”。相关国家开始致力于维修训练体系建设,建立维修培训学校,用来提升维修人员的专业技能。

  一是“硬件”准备,升级必要教具资源。与前几代战机相比,五代机维修的专业化、智能化程度更高。学校针对五代机的维修程序和特点,设置维修训练装置、制作多媒体课程、制订培训计划,以满足日常训练需要。

  二是“软件”升级,引进先进训练系统。与现场实操式的“大班”培训不同的是,新的训练系统采用任务演练训练器和桌面模拟器,提供360度视角以及与飞机显示屏同步的桌面界面。学员甚至不用接触飞机,就能身临其境了解大部分维修流程和故障特征,完成95%以上的训练内容。

  三是“课程”开发,构建专业培训体系。专业维修训练课程必不可少,其中包含飞机维修基础理论知识,机体结构、机载电子系统等专业知识,以及电子技术手册使用和交互式软件操作等课程。学习完所有课程后,学员必须通过一系列评估和考核,才能成功拿到毕业证。

  在专业化维修培训模式下,相关国家每年超过2000名维修技师能够完成结业,为五代机维修提供保障。

  缩短周期——

  从简单到复杂,再从复杂到简单

  现代空战,战机能否实现精准快速维修,关系到空军装备战斗力建设。

  早在20世纪20年代初期,维修体制伴随着航空技术的起步而诞生,形成了修理厂式的一级维修体制。经过数十年发展,维修体制经历了从简单到复杂,再从复杂到简单的演变,美军曾进行了三级、四级维修体制的探索,并固化成三级维修体制——即基层级、中继级和基地级维修,在战机维修领域被广泛应用。

  随着战训需要和维修理念的转变,五代机摆脱了传统的三级维修体制,取消中继级维修,采用效率高、经济性好的二级维修体制,极大缩短了战机维修周期。

  然而,二级维修体制虽然减少了维修环节,但维修效率与战训需求之间仍然有“缺口”。为此,国外一些军工企业进行了一系列探索。

  其一,提升基地级维修能力。一些国家已将基地级维修能力建设作为战机修理的首要任务,在对维修能力进行系统评估后,增加维修基地的备件储备,建立设施更完备的维修基地,用以缓解五代机的保障压力。

  其二,建立零备件全球供应系统。美国计划为F-35战机构建遍布全球的供应网络,通过100多条线路,在各个列装五代机的国家之间运输零备件,缩减零备件的等待周期,以此提高维修效率。

  其三,探索先进维修方式。经过航空工程师的数十年探索,基于状态监控的维修方式应运而生,维修方式正在实现由预测性向预防性转变。新的维修方式能够实现战机状态监控和预测,在修理工作未开展时,提前生成维修工作计划,精准缩小故障范围,减少维修成本和工作量。

  即使维修保养困难重重,五代机仍然是未来战机的发展趋势。致力于升级维修能力的研发工作从未停止,3D打印、大数据、云计算等先进技术不断投入到五代机的修理维护中,不仅让战机维修的“工具箱”更加丰富,也为新一代战机的设计制造储备“数据”、勾画“蓝图”。

【编辑:张燕玲】
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