军用飞机开展测试性设计技术的分析

李 娜，刘迎春，杨 辉

（航空工业陕西飞机工业（集团）有限公司设计研究院，陕西 宝鸡723000）

军用飞机开展测试性设计技术的分析

李 娜，刘迎春，杨 辉

（航空工业陕西飞机工业（集团）有限公司设计研究院，陕西 宝鸡723000）

军用飞机测试性设计技术的应用，可优化对军机性能的检测，及时发现其运行故障，扩大中视情维修的范围，提高维修人员的技术水平，并延长军用飞机的使用寿命，减少人力、物力的投入，同时，它也会改变应用对象原有的特性，并改进设计，搜集有关人员对其的评价。本篇文章简单介绍了测试性设计技术，以及其在军用飞机的应用与应用的意义。

测试性设计技术；测试性设计；故障验证

当下，军用飞机上已经加入机载系统，实现数字化操作，功能更加完善，但这也增加了故障检测的难度，所以，故障检测与性能测试已经成为军用飞机维修的重点。测试性设计技术的应用，能够简化操作的程序，用很短的时间完成检测，提高了检测的可靠性。

1 测试性设计技术

测试性是，产品快速告知使用者其基本运行状态，包括可以继续工作，不可以继续工作，或整体工作性能下降，同时，阻断与内部故障的连接。要求设计人员根据产品特性完成设计时，应优先考虑产品测试问题，以确保功能符合使用要求，并可以实时监测产品的运行情况，及时发现故障，对于某些故障可以自动修复，为产品使用、维修提供保障[1]。

其特点包括：测试性设计与军用飞机的设计同时进行，任意一项设计结束，另一项设计也随之结束。即军用飞机的设计包括，有确定的指标与方案，根据方案总系统与子系统，随后完成设备与LRU（场外可更换件）设计，开发软件并试验，每个设计阶段都有对应的测试性设计；它既会对飞机自身的系统测试提出要求，同时也对测试设备提出要求；总系统与分系统使用的产品，被划成两部分，一是LRU，二是SRU（车间可更换件），每部分产品的设计都需要经过测试性设计进行分析，其设计分析流程如下：根据测试性要求制定设计方案，完成设计建模，找到分系统、设备的最佳测试点，采用诊断策略判断故障类型，提供判断依据，接着测试系统的软件与硬件，对预计结果进行验证；它会影响产品原有的特性；产品最终必须满足使用要求，并体现测试性要求。

该技术的操作过程是：根据设计方案与固有性的设计分析，构建一个测试性模型，该模型在三个测试点的诊断策略中选择其中一个，包括分系统/设备、LRU与SRU，待诊断结束后，确定产生的容差，并选择防止预警的措施，随后用系统/设备、LRU与SRU三者之一的测试流程故障判据判断故障，接着进行接收测试软件与硬件的设计并验证，根据结果直接使用或适当改进。图1所示。

图1 测试性的操作流程

2 军用飞机测试性设计技术的应用及意义

2.1 应用

2.1.1 测试性设计及管理

军用飞机的测试性设计是由主要设计单位根据相关要求，确定飞机测试性大纲的内容。大纲内容包括测试性设计提出的要求，普通要求、详细要求，以及记录测试工作进度的表格。而工作中有多个工作项目，包括制定工作计划，收集数据并分析计划的可行性，判断方案与要求，随后展开初步设计与详细设计，最终完成验证，且这几个工作有各自适用的范围。其中，制定工作计划是方案论证化与工程研发必需的工作内容，而收集数据、分析计划的可信性主要用于工程研制与生产，但它不可以在技术论证阶段应用。同时，每项工作也互为相关，即会诊断方案与测试性能，将逐级影响初步与详细设计与分析，最终影响验证，而系统测试性工作包括三部分，分别是初步设计和分析、详细设计与分析、验证，而这三部分也将作用于测试性评审[2]。

此外，测试性工作计划的制定，需配合维修性与保障性工作计划，三者相互统一，而即便是一个小系统、运行设备，也能够和维修性计划配合，变成一个整体。

2.1.2 确定测试性、BIT的要求

明确这两点要求，可增强系统的测试性，让其较强的诊断能力，确保军用飞机满足基本的使用，并提升系统的可行性，有良好的稳定性。而测试性、BIT要求的明确，是按照系统可用性提出的要求，决定系统的数量，选择系统出现故障后简单的检测方式，并实现对故障的隔离。同时，技术人员也从不同方面收集数据，验证自己的设计，评估系统运行情况，以符合测试性和BIT的要求。

测试性验证分为两部分，其一是注入故障验证，其二是在虚拟操作急性的验证。前者是以某个产品为样本，由人工注入故障，用于验证预设，检验FDR、FIR、FAR等指标，并尝试用其他指标完成验证，其首要考虑的因素是，在产品加入故障，会给设备带来哪些不利影响，增加了哪些危险性，而设计人员也要选择最佳的注入途径，消除注入的局限性，这主要在设计前提应用，验证产品的局部能力。后者是利用虚拟演示技术，设定测试的数值，构建产品模型，检测故障对产品的影响，即技术人员将根据实际故障的数值，整理数据，用模型模拟产品出现故障后的运行情况，以分析FDR、FIR、FAR等指标。

2.1.3 具体应用

该技术在军用飞机测试性技术中的应用，需要一套具有可行性的操作方案，即需在应用前制定一项工作计划，选择测试性评审的模块，随后搜集需要分析的数据，放到对应的系统/设备、LRU与SRU的诊断策略或故障判据模块中，并基于分析结果进行设计与验证。其中，其需要解决的难点是，方案中各项工作有所属的测试范围，在实际操作前，必须明确它在技术环境中是否适用，而应用中所需的技术支撑是PHM技术与传感器。即以美国F/A-18飞机为例，其会用系统/设备、LRU与SRU三方面的诊断，展开分析，其与原使用的机型相比，保证的费用减少了将近20亿美金，而对F/A–18、F–14等不同的飞机测试后，得到的结果是维修费变为原有的70%，但若是直接在设计阶段控制，费用还可以减少10%或20%.

2.2 意义

2.2.1 增加中视情维修的适用范围

对现役飞机的定期维修，多是因为该军用飞机在研发阶段并未使用测试性技术，以及故障预测技术，维修人员只能根据以往的经验，以固定的时间为间隔，检查飞机的系统与零部件，组织维修活动。而军用飞机上的很多零部件都有自己的使用期限，而使用寿命的计算是大量收集数据，统一整理后，再计算出平均值，但这一方式很难保证平均值的准确，同时，为避免因为零件故障导致飞机操作发生故障，技术人员会根据自己的观察，更换飞机上的零部件，出现零件的过度浪费，增加了维修成本。

针对这一情况，可以以测试性设计技术为基础，加入故障预测与健康管理，并在系统中使用传感器，实时监测军用飞机整体的运行状态，也就是说，技术人员会利用个传感器搜集各个设备与系统的运行数据，用故障检测技术检测。这一方式可以保证设备与零部件使用寿命的准确，减少过度维修出现的次数，且其也会根据具体的操作故障，采取相应的预防措施，降低了故障发生的频率，并增强了飞机的可用性。

2.2.2 减小飞机外场保障规模

测试性设计技术的使用，是在飞机运行系统中加入智能操作系统，并扩大了BIT的检测面积，减少了飞机对地面保护也就是外场保障的依赖。机体中内埋传感器的使用，实现了对系统荷载的实时监测，地面探伤的应用次数变少。此外，全全机监控功能可以在飞机飞行过程中完成故障检测，并诊断系统与设备的运行状态是否正常，为外场维护人员的维护提供便利，其无需进行故障检测，只要根据系统的显示修复故障即可。这种方式可减少飞机对外部设备的依赖，实现检测、维修的一体化操作[3]。

2.2.3 减少军用飞机全寿命周期费用的使用

测试性设计技术的操作与完善，能够有效减少军用飞机投入的费用，以及维修、保障资金的使用，并提高了维修人员的操作技术，减少人力的投入。同时，它也缩短了飞机维修花费的时间。当军用飞机全面应用测试性设计后，可让外部测试操作进一步简化，缩短了作战花费的时间，且其使用的维修工时也在缩短，此外，其也用信息技术建立一个总系统，由总系统控制分系统，优化了对设备的控制与操作，而技术人员也可以携带这个系统移动，真正缩短了停机的时间，提高维修效果。

3 结束语

总而言之，对军用飞机开展测试性设计技术的分析，是从测试性设计及管理与确定测试性、BIT的要求两方面阐述了该技术的应用，即设计与管理工作中有多个工作项目，在不同的阶段应用，并通过对故障的预演，制定预防方案。而这项技术的使用的意义是增加中视情维修的适用范围、减小飞机外场保障规模、减少军用飞机全寿命周期费用的使用，也就是说，它可以用先进的技术实时监测飞机内系统与设备的运行情况，优化系统设计。

[1]李 奕，姬长法，聂士权.军用飞机开展测试性设计技术的研究[J].航空标准化与质量，2012（04）：31-34.

[2]景 博，徐光跃，黄以锋，等.军用飞机PHM技术进展分析及问题研究[J].电子测量与仪器学报，2012（02）：161-169.

[3]何钟武.浅谈军用飞机可靠性维修性外场验证信息的收集[J].航空标准化与质量，2013，（02）：43-45.

Analysis of Test Design Technology for Military Aircraft

LI Na，LIU Ying-chun，YANG Hui
（Aviation Industry，Shaanxi Aircraft Industry（Group）Co.，Ltd.，Design and Research Institute，Hanzhoung Shaanxi 723000，China）

The application of military aircraft testing technology，can optimize the detection performance of aircraft，to detect the fault，in expanding the scope of maintenance，improve the technical level of maintenance personnel，and prolong the service life of military aircraft，reduce manpower，investment，at the same time，it will also change the application object the original characteristics，and improve the design，collection and evaluation on the relevant personnel.This paper briefly introduces testability design technology and its significance in military aircraft applications and applications.

military aircraft；testability design techniques；analysis

TP391.4

A

1672-545X（2017）09-0227-02

2017-06-03

李 娜（1983-），女，陕西宝鸡人，本科，工程师，从事飞机“四性”与综合保障设计。