美國軍用飛機的維修保障及啟示

本文原載於《兵器》雜誌2006年4月刊。本次轉載時經重新二次內容完善及編輯、補充部分插圖和整理，以與同好共同分享。個人認為《兵器》雜誌是一本專業、客觀的軍事雜誌，推薦持續訂閱，豐富自身的軍事知識。轉載其上的一些年代比較久遠的文章主要是想讓讀者以另一種比較獨特的視角審視曾經的事物和觀點。

曾經的困境

美國在20世紀60年代面臨這樣的嚴峻現實：隨著現代化大型綜合武器系統的日益複雜，戰場維修保障條件的相對惡劣，造成維修保障費用驚人增長，戰備完好率不斷下降，維修保障工作越來越舉步維艱。

以當時美國空軍裝備的第一種3代戰鬥機F-15A為例，1975年的全任務率只有40%，到1982年也僅提高到68%，且平均只有9%的飛機能夠連續作戰，機群大約50%的時間處於維修、待修或等待零部件狀態。糟糕的維修保障還導致飛行事故不斷發生。在1963～1978年中僅美國空軍的現役戰鬥機就發生了3824起飛行事故，平均每年就有255起。

在鐵幕另一側，數量龐大的蘇制機群在性能上雖有一定差距，但米格-21、米格-23機群簡單的系統結構、較低的機場條件和燃料標號要求使蘇軍維修保障工作相對容易。假如全面戰爭爆發，從簡易野戰機場上起飛的大量米格戰機無疑將把因戰備完好率低而只能分批、少量投入的F-15消耗殆盡，最終使美國喪失制空權。

簡單皮實且易於保養維護的蘇式戰機比昂貴、嬌氣的美式戰機，更適合於現代戰爭。

措施——綜合保障工程

面對並不樂觀的軍機維修保障形勢，美國國防部從20世紀60年代中期起逐步建立了綜合保障工程（ILS）[注1]，並作為軍方在採辦新型裝備過程中必須的技術和管理活動。它主要包括兩個階段（研製階段和使用階段）的內容。

[注1]綜合保障工程：是指為實現戰備完好性目標，在產品設計中綜合考慮保障問題以改善其保障性，並確定最佳保障要求，合理地採辦保障資源，在使用階段以最低的壽命周期費用提供所需保障的管理和技術活動。

美軍在研製階段主要是從提高飛機的保障性即通過可靠性、維修性[注2]和自保性[注3]的設計入手。1987年美國空軍在R&M2000規劃中把提高戰鬥力作為中心目標，並且提出飛機保障性能對部隊的作戰能力、準備狀態和持續戰鬥力是至關重要的。

[注2]維修性：1973年第4次中東戰爭中，以軍前18小時約有77%的坦克失去戰鬥力，但卻成功實施了坦克武器的戰場維修，在不到24小時的時間裡，有80%的戰損坦克又恢復了戰鬥力，有些甚至重返戰場4~5次，由此可見戰場修理的重要性。當前由於飛機生存性不高和敵方殺傷力增大，飛機戰傷率大增，光靠提高部隊搶修能力很難及時修復，故首先要求飛機具有良好的維修性。美國空軍要求80%的戰傷飛機能在野外進行修理，並且能在24小時內修復到可執行一定任務的狀態。

[注3]自保性：未來戰爭是以大縱深進行的，無明顯的前後方之分。為了避免機場遭襲和飛機不能升空或遭毀的情況，要求飛機能以最小的獨立作戰單位，分散到保障條件簡陋的野戰機場去機動作戰，能自行提供起飛和起飛線維護所需的各種能源，不依賴起飛線保障設備。此種能力稱為自保性。

美國施行R&M2000以來取得了顯著成效。例如海軍在F/A-18的F-404發動機研發和改進過程中採用分階段獎勵的辦法（總額800萬美元），使可靠性和維修性在每個測量點上均優於規定值。而從前問題不斷的F-15所使用的F-100系列發動機通過採用「長壽命核心機」、數字式電子控制、改進的齒輪泵和發動機診斷裝置等新技術，到F100-PW-220時設計壽命已達到4300個循環，相當於7年的使用期，失速率減少為0.2~1次/1000飛行小時，返廠率減少到0.3次/1000飛行小時（20世紀60~70年代美空軍戰鬥機因發動機故障引起的飛行事故占事故總數的60%以上）。

F-15「鷹」戰鬥機使用的F-100噴氣發動機剖視圖

在1991年的「沙漠風暴」行動中F-15出動2200架次以上，可執行任務率高達96%。整個美國空軍在「沙漠風暴」行動中總共出動飛機6.5萬架次，平均可執行任務率為92%。

美軍在使用階段軍機的維修保障能力有下面幾個衡量指標——可執行任務率、誤飛率、維修工時、拼修率、備件供給。

飛機可執行任務率是維修保障能力的主要指標。它是指能執行原定作戰任務的飛機數占飛機總數的百分比。近10年來由於美國空軍不斷補充新的先進飛機以及增加了備件預算，飛機（包括戰鬥機、加油機、轟炸機）任務可執行率直線上升，最後穩定在80%左右，特別是1991年海灣戰爭飛機可執行任務率曾高達91%。

F-16戰鬥機發動機重新裝備，維修機師們利用帶輪子的平台，將發動機整體塞進飛機尾部，然後在進行細節固定。

誤飛率是指飛機因發生三類或二類故障而返航的飛機架次佔總飛行架次的百分比。三類故障必須排除後才能允許起飛，而二類故障（即非嚴重故障）在最終排除之前仍允許再次升空作戰。近幾年來，美國空軍飛機誤飛率在持續下降。其主要原因是補充了新飛機，難於維修的老齡飛機(如F-111）也進行了可靠性、維修性改裝。空軍認為解決老齡飛機維修問題的有效途徑是進行飛機改裝。

維修工時指飛機每飛行小時所需的維修時間。由於實施了飛機可靠性、維修性改裝，因此近幾年美國空軍的每架飛機平均維修工時已大大減少。

拼修是指從一架暫時停飛的飛機上拆下有關部件安裝到另一架飛機上，以使後者處於良好狀態。拼修率是指每1000飛行小時用於拼修的飛機占飛機總數的百分比。通常拼修方式費用高，且使維修工作量顯著增加。在20世紀70年代和80年代初美國空軍的拼修問題十分嚴重。例如F-15採辦計劃中遺漏了初始備件一項使得F-15在剛裝備部隊不久的1980年拼修率高達56.5%。近幾年美國空軍飛機拼修率已大為下降。

美空軍地勤人員正在為F-15「鷹」戰鬥機進行保養維護，各種先進儀器的來用使人為失誤大幅降低。

備件供給充足，飛機任務可執行率就高。1993年度美國空軍可修復類備件的撥款基本上與需求量一致，但消耗類備件的撥款只達到需求量的78%。不過隨著空軍的縮編；編余的那一部分飛機可作為拼修飛機使用從而緩解了備件供給的矛盾。

20世紀80年代美國防部設立了由採辦和維修人員組成的「需求管理委員會」，從組織上解決了使用維護的綜合化問題。空軍也在實行R&M2000計劃時，將空軍後勤司令部（AFLC）和空軍系統司令部（AFSC）合併成新的空軍裝備司令部，其目的就是加強武器裝備系統綜合管理。

全新的維修體制

現代化武器裝備服役後的維修保障費用在武器全壽命周期費用中所佔份額很大，自1960年起美國國防部就委託其後勤管理研究所進行全壽命周期費用研究。按照後勤管理研究所的要求，非戰爭時期空軍後勤部門應該盡量節省開支，其中後方級修理的節支潛力最大。

因此空軍正在後方級修理引進競爭機制，包括後方修理基地與私營工業部門之間的競爭以及不同後方級修理基地之間的競爭，從而提高效益、節省費用。後勤節支的另一渠道是節省備件費用，如採辦可靠性更高、維修性更好的備件。

美空軍地勤人員正在為F-16「戰隼」戰鬥機檢查掛載物品，保障飛行安全。

推行兩級維修（前方級和後方級）是美空軍維修體制最大的一次變革。與原來的三級維修（初級、中級和高級）相比，兩級維修可以節省人員費用，提高飛行中隊的快速部署能力。以發動機和機載電子設備為例，實行兩級維修，預計每年可以節省數億美元。實行兩級維修後，原先中級維修的任務由部隊後方級分擔。由於實行了兩級維修，聯隊維修人員大大減少，從而有利於應急部隊在海外的快速部署。

以前的三級維修體制，約有70%的外場可更換件是在中級修理車間修理的。在三級維修轉變為兩級維修之後，繼續維持修理備件的正常周轉便成為後勤人員需要認真解決的新問題。為穩妥起見，空軍在1991年進行了兩級維修試點。試點專業以發動機和機載電子設備為主，因為這兩個專業曾是中級維修工作的主體。作為試點單位的希爾空軍基地已承擔F-16的中級維修任務，附近的10支作戰部隊已經按照新的維修體制送修故障件。

明尼蘇達州航空國民警衛隊維修中隊的發動機維修技工在F-16 Block 50的噴氣發動機上工作。

兩級維修試點找到了提高維修效率的有效途徑。試點單位的修理流水（即從飛機上拆下故障件，經後勤中心修復後重新裝回到飛機上）時間從過去的45天下降到現在的7.5天。也就是說，不需增加備件費用仍可大大提高備件的可用率。另外，空軍聯隊已由單一機種向混合機種轉換，這給後勤保障提出了新的挑戰。在混編聯隊，維修就不能再按機種分工，維修人員必須學會解決多機種維修的技術問題。

第4代戰機的維修保障要求

本文主要以F/A-22戰鬥機和約在2010年以後服役的F-35聯合攻擊戰鬥機（JSF）的使用維修保障要求和預期情況為例，來說明未來美空軍飛機使用維修保障發展動態，其中又以整機、發動機和電子設備為主。

按空軍R&M2000計劃要求的F/A—22戰鬥機戰備完好率（R&M）要比現役飛機提高1倍。其中，飛機壽命滿足飛機結構完整性大綱要求的8000小時以上。由於其主要結構件可更換，故整機壽命還可延長，並能用30年。其戰鬥出動率達4.5次/天，是現役飛機F-15的2倍；再次出動準備時間為F-15的2/3；每飛行小時的維修工時（MMH/FH）和後勤保障要求均為F-15的一半（F-15A為44）。

圖示：第4代戰鬥機F-22「猛禽」的服役無論在戰備完好率、戰鬥出動率、每飛行小時的維修工時和壽命等方面都使美軍空勤保障面臨更多挑戰。

飛機實行兩級維修，26%的結構（按重量計）用複合材料。有自保性設計，能在野戰機場機動作戰；有輔助動力裝置，起飛時和進行起飛線維護時，可不用各種起飛線能源；有內置機載武器艙，可不用地面掛彈車；有機載制氧和制氮系統，不需要地面供氧、供氮車。轉場機動性約比F-15提高2倍。作戰保障資源需6.2架次C-141運輸機空運（F-15需18架次）。

F-119型發動機的壽命應滿足發動機結構完整性大綱（ENSIP）要求達4000小時。與F-15飛機用的F-100型發動機相比，其空中停車率減少29%，提前更換率下降33%，返修率減少74%，外場可換件（LRU）更換率降低50%，平均維修間隔時間（MTBM）增加62%，發動機的MMH/FH減少63%，發動機更換所需時間下降60%（為89分鐘），發動機的零件量約減少40%，保障工具設備量約減少60%。

為便於維修，其所有附件和外部部件都位於發動機的下半部；大多數部件，包括燃油泵，都是LRU；發動機匣上的所有附件都是單層安裝的；螺栓都是標準的；外部維修只需要用6種扳手；拆換任何LRU的時間都不超過20分鐘。

由於採用了超高速集成電路等新技術，故幾乎85%的LRU已縮小為外場可更換模塊（LRM)，其MTBF一般為8000小時，為20世紀80年代後期空軍對標準電子LRU要求的4倍，有的甚至可達2萬小時。其雷達（AN/APG-77）的MTBF比現役飛機將增加25%。由於維修人員配備有計算機化的輔助維修設備，能自動診斷故障，故電子設備的MMH/FH將比F-15飛機降低90%。由於大量採用通用模塊設計，故電子設備是容錯的或自修復的。如飛行中導航設備的模塊出故障時，可自動借用通信設備的模塊。這時電子設備的戰術性能雖然可能會有所下降，但仍能可靠工作。

F-22「猛禽」戰鬥機配備的AN/APG-77雷達相控陣掃描天線

目前有關JSF戰鬥機保障性要求的報道主要還是定性的。在要求高的戰備完好率的同時，強調飛機的保障費用要低。在其演示樣機，電子設備、武器綜合等研製項目的合同中，均強調了要「用得起」。

為實現自保性程度高、轉場機動性好的要求，4家主要承包商正在為JSF共同研究「聯合綜合分系統技術（JIST）」，旨在研製一個系統來代替飛機的發電系統、液壓泵和起動機。JIST系統很簡單，可通過發動機引氣，用一個小燃燒室或地面電源帶動。它可顯著提高自保性和可靠性。其中一個備選方案是全電飛機，以高壓直流電傳動代替液壓傳動，這樣可免除液壓系統的保障問題。

此外，應用智能蒙皮結構，把電光敏感器、收發機等單元納入蒙皮以便自動診斷結構損傷。機翼大量採用複合材料，盡量減少孔、緊固件和結構元件。

同時，採用新的故障診斷與監控系統，如洛一馬公司正在實驗用於JSF飛機的預測與狀況管理系統（AVPHM)。該系統可用於故障預測與診斷信息的監控、儲存和傳送，使飛機部件實現視情維修。它能以適當方式與格式將有關信息提供給維修人員，並確定飛機的任務能力和所需的維修工作，也可向飛行員提供飛行中的飛機狀況信息。

地勤人員正在維護F-35戰鬥機

美國會要求三軍研製高可靠性的電子LRM，實行單級維修，壞了就換。洛-馬公司和麥道公司承包了綜合敏感器系統的第二階段研究任務，以改進通用電子模塊的研製工作，從而提高電子設備的戰術性能和保障性。從F/A-22戰鬥機的電子LRM的MTBF（8000小時）和空軍預計的2020年戰鬥機電子LRM的MTBF（2萬小時）來推測，JSF戰鬥機電子LRM的MTBF可能達到1.4萬小時。

美國空軍第388戰鬥機聯隊和第419飛機維修中隊的地勤人員為F-35A保養維護

啟示與思考

美軍在20世紀80年代逐步完善的綜合保障工程（ILS）是通過嚴格的科學管理運作機制及流程，以基地為核心（戰場建設基地、海外部署基地、後方基地）的完善的維修保障體系，並將保障性作為飛機綜合性能的重要一環來實現的。它使美國空中力量在提高飛機戰備完好性的基礎上，達到戰鬥力的最大化目標。

面對複雜且緊迫的周邊形勢，我軍在加緊空中力量建設的過程中也應對裝備的維修保障予以充分的重視。由於我軍引進和新研的先進戰機屬於第3代飛機，這就對我軍維修保障在技術水平和組織管理上提出了很高的要求，因此我們也應對美軍的綜合保障工程（ILS）予以充分的思考與借鑒。

蘇聯空軍備件庫里的米格-21戰鬥機發動機

雖然引進的飛機是外國設計製造的，其可靠性、維修性水平已經固定，我方無法改變。但我們可以在了解飛機可靠性基礎上，採取相應的措施保證其固有戰備完好性的充分發揮。同時，在飛機引進過程中應該考慮到日後的維護、修理問題。外方提供的技術資料往往沒有包括維修大綱和大修工藝等文件，而這些資料在採購飛機時是很容易得到的，過後再買可能就比較麻煩，沒有這些資料就會給部隊往後的使用、維護帶來很大不便。

西部戰區空軍航空兵某旅殲11雷達罩開啟維護的圖像

總的來說目前我軍在大量接受新機型的過程中，飛機的維修保障方面還存在不少有待改進之處。應儘快建立起類似美軍綜合保障工程（ILS）的體系，對機型的引進、使用、保障、管理等各個環節給予充分綜合的考慮，以提高實際戰鬥力為中心目標，更有效地完成祖國人民賦予的任務。

我國某軍區轟油六開始換季保養，這種大型戰機的換機保養工作一般兩年要進行一次，是十分辛苦的活。

兩名操作員同時進入轟油六的進氣道，在做發動機相關部件的保養維護。

中國南部某省正在對「IDF」戰機進行維修保養作業