浅析美国飞机武器系统完整性的发展与作用

李松丽

（中航工业综合技术研究所，北京 100028）

浅析美国飞机武器系统完整性的发展与作用

李松丽

（中航工业综合技术研究所，北京 100028）

介绍了武器系统完整性的历史和发展，武器系统完整性对整合系统工程不同完整性过程的意义，以及对武器系统效能的影响。

武器系统；完整性；系统效能

武器系统的完整性是一套综合流程，能够在系统层面推动系统寿命的安全保障、适应性和有效性。其中包括使系统恢复到修理和大修之后标准水平性能的能力。

武器系统的完整性是一个完整的过程，该过程实现了操作安全、适应性、有效性（Operationl Safety Suitability and Effectiveness，OSS & E）和适航性。

1 武器系统完整性的发展

研究武器系统的作战效能主要针对其能够成功地完成特定的作战任务，满足作战需求。为达到这一目标，美国军方依据自身特点和需求制定了一系列军用标准和规范。近年来，为了提高军事装备的战斗力，满足现代化战争的需求，美国加强了武器系统各方面标准的制定和完善，逐步形成了一套适用的完整性体系。

武器系统完整性适用于武器系统各寿命阶段的所有要素。不同完整性过程文件对应着应用设计和保障过程中相关完整性的研究计划。武器系统完整性保障了系统在整个寿命周期中的完整性。

武器系统完整性作为综合性的过程，可以在系统层面上整合工程实践，推动和实现系统寿命的安全性、适应性、有效性（OSS&E）和适航性。

要了解武器系统完整性，首先要明确武器系统的组成部分，如图1所示。由图1可以看出武器系统的复杂性，发挥武器系统的作用需要各环节的配合，任何系统或设备出现问题都会影响武器系统作战效能的发挥。

图1 飞机武器系统组成

2 武器系统完整性对整合系统工程的不同完整性过程具有重要意义

2.1 整合不同完整性过程的研究计划

2.1.1 飞机结构完整性大纲（Aircraft Structural Integrity Program，ASIP）

完整性一词首次出现在1 9 7 2年的M I LSTD-1530《飞机结构完整性大纲（ASIP），飞机要求》中，该标准中并未定义飞机结构完整性，只是将其与飞机结构的强度、刚度、损伤容限以及耐久性联系在一起。到1985年的MIL-A-87221《飞机结构总规范》中将其定义为强度、刚度、损伤容限、耐久性和功能的集合。而事实证明ASIP能够有效地保障飞机的安全性和经济性，并随着时间的推移逐渐应用到各国的军用飞机和民用飞机上。此后，美国国防部陆续颁布了一系列完整性大纲的相关标准，其中，2005年的MIL-STD-1530C《军用飞机结构完整性大纲》是迄今为止内容最完善的完整性大纲标准，为构建现代飞机结构完整性奠定了坚实的基础。因为完整性一词在飞机结构中应用效果显著，进而逐渐应用到发动机结构和航空电子设备。

2.1.2 发动机结构完整性大纲（Engine Structural Integrity Program，ENSIP）

1984年美军颁布了MIL-STD-1783《发动机结构完整性大纲（ENSIP）》，而最新的版本是2002年颁布的MIL-HDBK-1783B同名标准，标准中给出的ENSIP定义为：燃气涡轮发动机的结构设计、分析、验证、生产及寿命管理的规范方法。其目标是确保发动机结构安全性、耐久性、低寿命管理成本，以及高可用性。该标准确立了结构性能、设计研发以及验证指导，从而确保发动机系统的结构完整性。ENSIP的完善过程离不开美国空军发动机系统研究中得出的经验。

2.1.3 机械设备和子系统完整性大纲（Mechanical Equipment and System Integrity Program，MECSIP）

1988年美国空军颁布了MIL-STD-1798A《机械设备和子系统完整性大纲（MECSIP）》，后续又颁布了1997年的MIL-HDBK-1798A《机械设备和子系统完整性大纲》，目前最新的版本是2013年颁布的MIL-STD-1798C（取代了MIL-STD-1798B），该标准确定了机载、保障及训练系统机械零件的研发、采办、改进、操作和保障；记录了飞机系统机械零件完成及维持的物理和操作完整性；目标是在武器系统寿命周期内以最小的成本实现理想水平的安全性和可用性。MIL-STD-1798C适用于基本功能与机械相关的所有系统、设备和零件。例如：MILSTD-1530并未涉及的制动装置和起落架，换句话讲，如果起落架出现故障，则无法支撑地面工作时的飞机重量。另外也可用于MECSIP设备维修所需的地面保障设备。

MECSIP涉及一系列严谨的保障性措施，在参照MIL-STD-1798C《机械设备和子系统完整性大纲（MECSIP）》的情况下，可以确保武器系统寿命各个阶段中机械系统的操作安全性、适合性和效力。

2.1.4 航空电子设备完整性大纲（Avionics/ Electronics Integrity Process，AVIP）

1986年美军颁布了MIL-STD-1796《航空电子设备完整性大纲（AVIP）》，1987年颁布了MILA-87244A《航空电子设备完整性大纲要求》。AVIP作为一种系统工程方法，可以鉴定和消除较低的航空电子设备完整性，目标是平衡成本、性能和完整性之间的关系；可以全面性地提高航电系统的质量与可靠性；航空电子设备完整性可以使航空电子设备在固定的寿命期和使用条件下，以最低的全寿命周期费用完成其预定功能；应用AVIP可以消除航空电子设备大部分的潜在缺陷。

将完整性分别应用于结构、发动机或航电很容易，而一旦出现与完整性学科交叉的系统时，如飞行控制系统、子系统或驾驶舱，则需要以一种综合性的方式运用多重完整性过程。例如，当将完整性应用于飞行控制系统时， MECSIP必须应用于机械零件，在将此方案扩展到飞机层面时，美军2002年颁布的MIL-HDBK-515《武器系统完整性指南（WSIG）》则将ASIP、ENSIP、MECSIP和AVIP综合为一体化的过程，为飞机层面的完整性过程制定了总体指导方案，并制定了所需的指导方针和流程，将完整性方案应用于飞机所有合适的部件。完整性的具体过程随着特定应用而改变；也就是说，使航电设备升级到现有平台所适用的过程肯定与新的启动程序有所不同。无论程序是否处于研发、修改或保障阶段，武器系统完整性都有助于确保应用合适的完整性过程。

任何军事力量的效能都依赖于自身武器系统的作战效能和战备状态，而影响任务可靠性的一个关键因素就是各个系统和装备的完整性（其中包括耐久性、安全性、可靠性以及保障性）。

2.2 整合与其他系统工程学科研究计划相关的特定完整性过程研究计划/任务

每个完整性过程都有其自身独特的系统重点。很多系统都具备多于一个完整性过程的要素。然后问题就变成：应该应用哪一个完整性过程？实际上所有的完整性过程都可以应用。承制方评估了合适的完整性过程，根据研发或使用的产品特点来确定合适的任务、方法或工具，以及选择系统时最有助于满足计划使用寿命期间的规范性能。

完整性过程适用于所有航空器及其组成部分/部件、地面设备、COTS以及现有设备/系统使用和维修，该过程无一例外，仅仅是掌握的信息总量和需求量之间的差异。

2.3 注重寿命周期的保障部分

要延长一项产品的寿命需要额外考虑完整性过程。一个适用于所有寿命有限产品的明显问题是：使用寿命还有多久？随后，由于现在部件要承受较高等级的累积应力，必须对寿命管理和完整性分析进行评估，以确定是否通过延长使用寿命来提高寿命有限的产品，如果有，系统工程就要确定除了完整性过程之外，处理这些新的有限寿命产品。延长使用寿命可以产生但不限于以下情况：

a. 大修要求和过程的变化；

b. 减少的载荷限制（简化的使用环境）；

c. 寿命有限产品的移除和替换（寿命末期不可用）；

d. 提高失效率，增强检查，附加的定期维修等都与较低级可用性及增加的成本有关；

e. 定时替换频率的变化；

f. 评定剩余寿命的附加检查。

武器系统的完整性为飞机层面的完整性过程制定了总的指导方案。该指导方案不会取代现有的完整性过程，但表明了与特定应用程序相关的具体措施。

3 武器系统完整性的作用

武器系统完整性的作用主要体现在对武器系统效能的影响，武器系统效能比较权威的概念是美国工业界武器系统效能咨询委员会（WSEIAC）提出的定义：“系统效能是预期一个系统能满足一组特定任务程度的度量，是系统有效性、可信赖性和能力的函数。”

武器系统作战效能是武器装备真正价值的体现，反映了武器系统完成特定作战任务的能力；飞机武器系统作战效能的基本指标体现在可用度、可信度以及固有能力上。

随着武器系统完整性技术的发展，逐渐形成一套完善的标准体系，对武器系统作战效能的影响也越来越大，武器系统作战效能随外界因素的发展而发生变化，对武器作战效能的研究重点是武器系统自身的性能以及相关装备效能对武器系统性能发挥的影响，另外还要考虑周边作战环境等因素的影响；将武器系统完整性技术应用到武器系统作战效能，以MIL-HDBK-515为指导，全面贯彻实施ASIP、ENSIP、MECSIP、AVIP等标准，在量化分析武器系统作战效能的同时，能够为飞机设计方面提供相关的设计依据和标准，比如材料选择、部件检验等。从而大大提高飞机的安全性、可靠性、耐久性和可用性。

4 结束语

随着国际军事竞争的激烈化，许多国家都越来越重视武器系统完整性相关技术和标准的发展，美国等一些军事强国已经建立了完善的标准体系，并且将该技术和标准应用到飞机设计和研发中；我国在1989年发布了GJB 775.1-1989《军用飞机结构完整性大纲——飞机要求》，规定了飞机结构完整性的要求；以及GJB 776-1989《军用飞机损伤容限要求》，规定了飞行部分结构的损伤容限要求。这两部标准规范了飞机结构设计。另外，我国在借鉴美国MIL-A-87244A《航空电子设备完整性大纲要求》的情况下，根据本国国情制定了HB 7089-1994《航空电子设备完整性大纲要求》，这些都反映出我国在完整性方面的进展，但目前尚未形成完善的标准体系，我们应结合本国的技术现状，总结我国武器系统完整性技术发展的成果，根据航空技术的发展要求，继续开展长期的研究工作，广泛进行国际协作，不断补充和完善本国的相关标准，进而为攻克型号的技术难关提供相关保障和依据。

[1] MIL-HDBK-515 Weapon System Integrity Guide （WSIG）[S].

[2] 王立群.航空装备的完整性[J].航空学报，1988.10.

[3] 焦志强. 武器系统完整性技术和标准的发展及影响[J].航空标准化与质量，2012.10.

[4] 陈遵银，葛银茂.航空武器系统作战效能分析[J].航空计算技术，2001.12.

（编辑：劳边）

V271.4

C

1003–6660（2014）06–0052–03

10.13237/j.cnki.asq.2014.06.014

[收修订稿日期] 2014-10-08