淺談無人機系統在綜合保障中的維修性

崔峰濤 雷鑫鑫

1.北京三快在線科技有限公司，中國·北京 100000

2.航天時代飛鵬有限公司，中國·陜西 西安 710000

1 引言

無人機系統由無人機飛行平臺、任務設備、通信系統、控制站系統和綜合保障分系統組成。[1]無人機飛行平臺包括機體結構、燃油動力系統、航電系統、飛行控制與管理系統、起降系統以及任務管理系統；任務設備為具有災難監控及評估的光電吊艙，通信系統由圖/傳數據鏈構成；綜合保障系統由地面保障系統、儲運箱、備品備件及維修工具組成。

無人機系統組成見圖1。

圖1 無人機系統組成

2 維修性在綜合保障中的意義

航空產品綜合保障是為實現飛機完好性目標，將保障工作貫穿至整個飛機設計、制造、研發、測試階段，從而得以在使用階段以最低的成本提供所需的保障，其中維修性作為綜合保障重要的元素之一為無人機系統正常運營起到舉足輕重的作用[2]。

維修性是研究航空器全生命周期內維修方案和維修要求的工作過程，是整個綜合保障中的要素之一，維修性是無人機產品在規定的條件下和規定的時間內，按照規定的程序和方法進行維修時，保持或恢復到規定狀態的能力。

3 當前無人機維修體制

當前無人機維修普遍采用兩級維修體制，基層級和基地級。早在20世紀60年代在美軍中廣泛使用，后來由于維修復雜程度提高，增設中間環節（中繼級）進行輔助維修活動，于是形成三級維修體制，但是隨著裝備可靠性和維修保障能力提高，中繼級要求被逐漸弱化，因此美軍率先提出兩級維修體制[3]。

基層級維修：由無人機系統裝備維修中心保障人員和技術人員始終保證無人機系統保持出勤能力，通常在限定時間就能完成基本維修工作,由相應人員完成無人機系統日常使用、維修、保養、外場可更換單元更換等工作（如地面開車是否正常、BIT檢測與失效、簡單的修理、LRU更換、基本功能測試，基本故障的判斷）。基地級維修：具有更高維修能力，一般承擔裝備大修和大部件的維修，備件制造和基層級不能完成維修的工作，主要由專業航空修理廠或者主機廠承制單位完成，（如關鍵件重要件維修/更換、重大缺陷修理，發動機返修和大修、LRU修理，SRU修理等）。

4 常規維修性設計準則

無人機維修在沿用常規維修體制的同時，針對中、大型無人機來講，在總體設計階段，通常借鑒通用航空器維修性設計準則要求并結合無人機自身特點提出定量設計要求和定性設計要求，來滿足不同應用場景下的維修性需求，因此根據其特殊用途制定了一系列指標。

4.1 維修性定量指標

維修性定量反映的是各項維修性指標，通常其指標根據總體方案階段依據無人機后期應用場景需求，是經綜合評估給定一個范圍值，對于無人機在維修性定量要求方面更注重以下指標。

4.1.1 MTTR

無人機維修性預計通常采用時間累計預計法，把故障定位、隔離、拆卸、重裝、校準，檢查綜合為故障修理時間，將所有維修操作時間按失效率作加權平均，求出系統平均維修時間。

4.1.2 口蓋打開和恢復

無人機進行外場作業時，通常需要進行常規維護，尤其是發動機滑油、機載蓄電池充電更換、安全開關，翼身整流蒙皮等部位要快速拆卸，通過快速打開和恢復，才可保障縮短再次出勤時間，提高出勤效率。某型號口蓋相關要求見表1。

表1 某型號口蓋相關要求

4.1.3 維修成本

在維修過程中產生的費用，比如飛機在基層級和基地級維修費用，包括人力成本、備件成本、時間成本、設備成本等累積的成本，在每平均飛行小時產生的費用。

4.1.4 維修工時

保持無人機達到使用狀態的維修工作所用的時間，是每飛行小時需要的平均維修時間的一個衡量標準，維修時間的多少是決定一架飛行器使用效率高低的重要因素，也是航空器維修性設計性能優劣的重要標志。

4.1.5 無維修貯藏

在無需維修的情況下，系統可以貯藏的時間。

某型號無人機的維修性關鍵參數指標見表2。

表2 某大型無人機的關鍵參數指標

4.2 維修性定性方面

4.2.1 口蓋設計

維護艙門/口蓋應盡可能采用快卸式，最好不用工具徒手即可開關艙門、口蓋，較大的可開啟式整流包皮應采用一面鉸接結構方式。

4.2.2 免維護設計

在保證使用可靠性的前提下盡量采用免維護設計，追求維修工作內容的最小化，如燃油管路、液壓管路、方向舵、升降舵鉸鏈等設計中應考慮采用免維護方式，地面正常工作和維修時，要求飛機要求足夠的地面穩定性，而無需壓艙物、機頭系留或支撐機尾等。

4.2.3 可達性

從維修性設計來講,測試口蓋與接口應便于無人機試驗和測試，系統需維修的部件其安裝位置盡可能相對集中，以便于一次性接近。

4.2.4 防差錯

防差錯設計是維修性的重要內容，在日常維修中可以避免人為差錯的可能，即使出現差錯由于防差錯設計也無法正常安裝。一般在結構上出現問題可能性較少，主要集中在機載設備電纜接插件上，如常規維護的電源管理器、地面電源、飛控系統，數據鏈路插口等。

4.2.5 人素工程

設計中要充分考慮維修人員的工作場景，適合的負荷強度。檢查點、定位點應便于識別和維修操作，維修工作條件應符合人的生理參數和能力等，這樣就能提高維修人員的工作效率和維修質量。

4.2.6 互換性

對于故障率較高的易損件，壽命短的零部件要有良好的互換性，常用的互換性項目（如通用標準件/口蓋/整流罩/艙門），以備外場隨時更換，提高產品維修性。

4.2.7 安全性

根據維修或者維修人員所處位置，保證在維修過程中，無論在故障狀態還是維修狀態都不會對人員產生危險，凡是可能發生危險的部位，都應在便于觀察的位置，以防止人生事故或者設備安全（如螺旋槳/空速管碰到人，飛機加油或者上電接口要便于維修人員站立和操作）。

5 維修級別分析（LORA）

在進行維修性工作前，首先需判斷采取維修工作的級別，LORA是運用系統分析的方法，對有故障的系統或結構進行經濟性或非經濟性地分析和評判依據，通過綜合分析確定預進行的維修工作及修理級別過程。目前，預防性維修與修復性維修都有LORA要求，通過LORA可以為具體維修項目提供必要依據，同時為維修決策提供重要輸入，為維修或者報廢提供最佳決策。

6 無人機與常規航空器維修性差異

常規航空器維修，維護人員主要負責飛機機載設備某一部分具體的排故和維修、部分結構件修理以及常規航前/航后檢查以和簡單定檢工作，而且對于常規航空器其維修配套有專門技術資料配套，包括部分適航指令和服務通告，服務信函等。

無人機系統包含無人機本體，地面站，各分系統高度集成，維修綜合能力要求較高，無人機本體和地面站通過數據鏈路進行通信，各系統主要通過計算機進行信號處理，指令發送，計算機信息交聯，信號控制更加復雜，系統維修不再是簡單機械（ME）和電氣（AV），需要多個專業共同協調完成，整個全系統的維修不僅對維護人員技能提出來新的要求，同時對于維修性設計帶來更多的挑戰[4]。

7 結語

無人機維修性是一項長期持續性地工作，貫穿于整個試制、定型、試驗、交付等全壽命狀態，只有不斷建立健全整個維修性標準、規范、流程，才能更好地做好無人機系統維修工作，使無人機綜合保障系統達到一個全新高度。