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“万能标尺”精测战机“五脏六腑”
发布时间:2022-09-09 22:04:34 来源:乐鱼体育注册app在线 作者:乐鱼下载官网地址

  前不久,国外一家企业宣布,计划在一款五代机上投入使用一种自主式装配计量和无损检测系统,用以精确测量战机构件的尺寸,并将检测数据与设计模型进行比较,供设计人员参考。该企业介绍,如果这款系统得到推广应用,将大幅提升新战机的研发生产效率。

  在航空装备制造领域,计量技术是战机研发的重要基础。无论是数字设计、精密制造还是维修保障,都需要计量技术的支持,它就像一把“万能标尺”,丈量着战机各系统技术指标,确保战机飞行安全。可以说,航空计量技术水平的高低,直接决定着航空装备制造质量。

  自战机诞生以来,世界航空强国就将航空计量作为重点领域进行科研攻关,助力战机不断追求极限性能。那么,航空计量技术如何伴随战机迭代发展?航空计量又有哪些技术难点?本期,我们邀请空军某装备修理厂计量检测中心高级工程师王莉为您解读。

  2018年10月29日,一架从印尼首都雅加达飞往邦加槟港的波音737客机在太平洋上空失联坠海。印尼国家运输安全委员会调查事故后发现,机务人员在修理迎角传感器时违规操作,导致迎角测量数据产生误差,最终酿成大祸。此事件一出,各家新闻媒体纷纷跟进解读,其中“航空计量”这个名词被屡屡提及,受到很多航空专家的高度关注。

  追溯历史,早在100多年前,莱特公司在第一条飞机生产线上,制订了整条产业链量值一致、测量过程受控、测量结果准确可靠的安全生产规定,该规定成为航空计量的“雏形”。

  两次世界大战后,螺旋桨战机被喷气式战机取代,复杂精密的飞机系统助推了航空计量的快速发展。

  然而,既要追求战机的高性能,又要精确测量战机性能数据并不是一件容易事。现代战机是一个复杂的热力机械系统,在战机研发生产过程中,航空计量要集中解决3道难题:

  一是耐高温。涡扇发动机工作时,涡前温度可达到1500℃,温度传感器必须经得起高温炙烤,还要确保测量结果准确可靠。早期,航空设计师会通过水冷和气冷两种方式为传感器降温,但收效甚微。

  20世纪80年代,国外一家公司选用耐高温的铱铑材料为传感器打造“金钟罩”,使其在非水冷条件下经得起1700℃的高温烘烤;英、法等国军工企业还发明了光纤测温、波谱测量等技术,对航空发动机进行“隔空诊脉”,从而获得真实可靠数据。

  二是抗振动。众所周知,振动是战机承力部件的“头号杀手”。在战机研发阶段,除了肉眼可以发现的裂纹,不少构件故障极具隐蔽性,通过强拆手段查找设计缺陷效率低下,且数据结果并不准确。

  此路不通,必须另辟蹊径。一些设计师巧妙地研究材料内部结构异常而引起的热、声、光等反应变化,成功研发出内部缺陷检测设备。国外某公司使用高度敏感的红外摄像机来检测飞行器复合材料,通过计量热量差异,识别蒙皮下的断层区域。这种检测设备如同一副“”,让问题隐患“无处遁形”。

  三是数据多。战机进入生产环节,精确处理海量数据能力决定着精密制造水平。以航空发动机叶片制造为例,叶片测量参数多,自动化生产过程中数据采集速度达到每秒上万个,数据处理能力关系到战机的生产质量和效率。

  为提高对整体叶盘叶片的检测效率,英国雷尼绍公司开发了一种高速扫描系统,每秒可以采集上千个3D数据点。与传统的机内测量技术相比,高速扫描系统不仅可以缩短测量时间,还能够对叶片前边缘进行精准测量,叶片成品率持续攀升。

  事实上,战机的关键零部件生产总装是一个串联过程,任何一个环节出现问题都会导致产品质量不合格。近年来,数字化测量被广泛应用于工装制造、零件检验、战机组件扫描分析和逆向建模等航空制造领域,为战机打造“钢筋铁骨”。

  一款新型战机的研发技术再先进、设计图纸再完美、试验再成功,能不能持续发挥出战斗力,还要看战机的维修保障技术能力。

  以印度空军为例:过去40年坠毁战机高达上千架。其中一个重要原因是印度空军后勤保障能力不足,很多机型设备缺乏配套的计量检测仪器,战机常常“带病”飞行,导致故障率居高不下。

  20世纪90年代,随着战机向着多用途方向发展,机载电子设备数量成倍增加,但战机的可靠性反而降低。电子操纵系统时常会出现误判等错情,因此更加依赖数据监测的准确可靠。

  为此,航空计量作为战机的“数据医生”,采取了一系列措施来保证战机的可靠性——

  为维修设备绘制“心电图”。要想维修一架战机,首先需要有一套完好的维修设备,而航空计量是保证维修设备精准有效的关键。针对电子测试设备,工程师通常会输入模拟信号、计量设备的反馈信号,就可以绘制出受检设备的“心电图”,设备的健康状况一目了然。

  用“听诊器”发现故障征候。任何故障发生前,都是有迹可循的,越早发现故障越有利于战机飞行安全。维修人员除了观察战机的各项性能数据外,还会通过振动、温度等参数变化剖析故障问题,甚至将计量检测系统搭载到战机发动机试车平台上,像“听诊器”一样对战机“心脏”进行实时监测,反馈异常信号。

  为返修战机“做体检”。维修人员作为战机的“数据医生”,会按照“一机一状态”要求,对整机性能和状态开展评估。检验时,维修人员将健康评估模型植入监测传感设备,通过监测润滑油成分、主轴轴承噪声等多项数据,为战机“验血”“把脉”,发现并及时排除战机故障问题。

  计量界有这样一句话:“只有测量出来,才能制造出来。”每款武器装备的迭代升级,都离不开计量技术的发展进步。

  去年,美国海军向国会提交的2022年预算草案没有关于电磁炮的开支。自2005年以来,这项开支每年都会出现在海军“未来研发项目”的清单中。美国海军官方表示,电磁炮项目将被冻结,所有研发内容将被记录并封存。这意味着,这个花费5亿多美元的项目被迫叫停。

  其实,这样的结局并不意外。早在之前的试制过程中,电磁炮在180公里极限射程时,误差高达100米以上,根本无法命中目标。高强度电磁脉冲的计量校准技术难度很大,美国海军不得不将这个项目无限期搁置。

  “工欲善其事,必先利其器。”计量技术是支撑武器装备研发和作战使用的重要基础,被喻为技术创新的“种子”。航空航天、精确制导、电磁对抗、通信导航等领域都需要计量技术的支持。

  俄罗斯十分重视计量技术的积累和研发,在时间计量方面多次取得技术突破,衍生出的先进制导技术,擦亮了战略和战术导弹的“眼睛”。在打击叙利亚“ISIS”目标时,俄罗斯“口径”导弹穿越上千公里,打击精度在10米以内,展现出优异的精确打击能力。

  近年来,量子技术在计量领域快速兴起,其单量子水平的极限探测、精准操纵和极限运用,是传统物理计量精度的上百倍。由此发展而来的量子惯性导航,具有高精度和高灵敏度优势,有效解决了GPS导航精度随时间推移而降低的问题。

  2016年,英国皇家海军在测试潜艇时发现,量子导航系统精度在24小时内的定位误差仅有1米。不仅是水下,地下和建筑群里等导航卫星难以探测到的地方,量子惯性导航同样可以发挥作用。通过使用量子重力仪或磁力仪对该区域的磁场进行精确测量,导航精度可以精确到厘米级。有人预言,量子计量的发展将对军事应用带来革命性影响。

  此外,在联合作战方面,无人作战系统和空天一体化作战网络的建立,需要时间计量的高精度同步。世界上多个国家的研究机构都在开展高性能计量设备的小型化、工程化研究。原子钟、量子接收机等高精度计量设备日趋成熟,将成为卫星、战机、导弹、地面雷达等装备“最强大脑”的重要组成部件。

  未来,计量技术会向着系统化、综合化、多参数化的方向发展,以适应武器装备的信息化、体系化需要。可以预见,随着装备更新换代速度加快,新型计量设备将不断问世,测量范围越来越广,技术指标越来越高,计量技术越来越先进。(祁宇豪 王若璞 王子昂)

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