胡 涛， 吕瑞强， 王双川

(空军勤务学院航空四站系, 江苏 徐州 221000)

航空地面保障装备模块化设计

胡 涛， 吕瑞强， 王双川

(空军勤务学院航空四站系, 江苏 徐州 221000)

针对航空地面保障装备发展过程中存在的问题，分析了其模块化设计的国内外研究现状，研究了航空地面保障装备模块化设计方法，提出了航空地面保障装备模块化设计原则、模块划分方法、模块化设计方案和模块组合方式，探讨了模块化保障装备的保障模式及其军事经济效益，为提高航空地面保障装备的保障能力和保障效率提供了理论支撑。

航空地面保障装备；模块化设计；模块组合

大规模机动转场要求航空地面保障装备具有体积小、质量小、集成度高、携行性好、可靠性高、通用性强和标准化程度高等特点，以适应灵活高效、高强度、多机种的保障模式。目前，航空地面保障装备是按照本场保障模式为主进行研制的，受当时技术条件限制，存在体积大、功能单一、通用性差、机动性差和不便空运等问题，限制了航空地面保障装备保障效率的进一步提升。装备的模块化设计被视为实现装备多样化、提升装备能力的主要途径，其基本思想是:首先根据装备的不同功能或相同的功能但性能、规格不同，将装备划分为一系列功能模块，然后通过模块的不同组合得到不同功能的装备。

国外对航空地面保障装备模块化设计起步早，如俄军在综合化、多功能保障装备研制方面已取得了很大进展。美军早在20世纪初就提出了模块化保障的概念，研制了模块化航空保障装备系统(Modular Aircraft Support System，MASS)，并在空军推广使用，极大地提高了美空军的地面保障能力。MASS系统将各航空地面保障装备按其功能设计成各种功能模块，另外还有通用的载体和框架，使用时可根据保障需求将各功能模块配置到载体上，在满足保障需求的同时，提高了其展开性和可承受性[1]。

我军航空地面保障装备模块化设计工作起步较晚，近年来在积极吸取欧美空军先进保障理念的基础上，也开始探索适应我军体制、编制特点的航空地面装备模块化保障模式，大大提高了保障装备的可靠性、保障性和维修性，取得了良好的军事经济效益。但是，在模块化装备设计过程中仍然存在诸多问题，如保障装备在设计过程中各自为政，不同装备之间的通用性差；保障装备只是简单地模块化、小型化，其保障能力、机动能力等并未有显著提升，也未考虑装备之间的电磁兼容性，其综合能力还相对较差[2]。为了提升航空地面保障装备的多机种保障能力，急需从系统的角度对航空地面保障装备的模块化进行研究。

1 模块化设计原则和模块划分

1.1 模块化设计原则

模块化实质上是对产品进行分解、选择和重组的过程，模块的划分不是随意的，需要根据原始产品的结构、工作原理和需求而定，模块化设计要力求实现多功能化，但组成单元又尽可能少，并保证功能完整、构造简单。航空地面保障装备在模块化设计时要遵从如下原则[3-4]：

1)保持模块在功能和结构上有一定的独立性和完整性；

2)模块间的接口要便于连接和分离；

3)模块与模块之间只具有弱耦合关系，模块内部各部分之间要具有强耦合关系；

4)分解的粒度要适中；

5)典型部件和通用性原则。

1.2 模块划分

航空地面保障装备模块划分主要依据现役航空地面保障装备的功能和结构特点来进行，保障装备由汽车底盘和上装部分组成，其中：底盘为机动平台；上装部分为飞机提供保障任务的装置，包括动力系统和功能系统，是实现保障功能的主要部分。图1为航空地面电源车的结构，其主要用于飞机电子设备的通电检查和飞机发动机的启动，是使用频率最高的保障装备，其上装部分包括柴油发动机、直流发电机、发电机组控制、电压转换装置和供电控制电路。

图1 航空地面电源车的结构

由图1可以看出：动力系统由柴油发动机和发电机组成，可将其设计为通用的动力模块，为了与汽车底盘的动力系统相区别，称之为通用模块；功能系统是该保障装备完成保障任务的主要部分，通过相关连接装置与动力系统和飞机连接，实现能量流、物资流和信息流的传递，因此可将其设计为专业功能模块，简称功能模块；汽车底盘既可作为模块的机动平台使用，也可作为牵引飞机的平台，在进行模块化设计时，可统一结构型号并形成系列，一般根据搭载模块的数量和质量来选择相应的底盘[5-6]。

当进行多机种保障时，可将不同的功能模块组合在一起，共同使用一个动力源，因此，通用模块功率的大小应满足其他多个功能模块的功率需求。模块化多功能保障装备的重组结构如图2所示。

图2 模块化多功能保障装备重组结构

2 模块化设计方案和模块组合使用方式

2.1 模块化设计方案

根据模块划分情况，模块化航空地面保障装备由底盘、通用模块和功能模块组成。其中：通用模块和功能模块为方舱结构，包括柴油机组(通用)、电源、空调、液压、充氮和冷气6个模块，如图3所示。除此之外，还有电源输入电缆、输出电缆(或通风管道、充气管道及液体管道等)、控制系统等辅助装置。

图3 模块结构示意图

图4 模块化装备分离与组合示意图

底盘采用短距离自行拖车结构，可放置3个模块，并可实现底盘与模块的快速分离和组装，如图4所示。各模块可根据飞机的保障需求进行组合，并由控制系统控制模块的工作情况。底盘采用统一尺寸的拖车底盘，前后均有150 mm宽的凹槽，用于放置电源输入电缆、输出电缆、通风软管、油管和气管等；采用标准角件和底锁方式固定功能模块；可由蓄电池与电机组合驱动，可以5 km/h的速度行进，并具有缓冲、减震、吊装和系留等装置，便于使用和运输。模块外部有操作界面、电源输入接口和输出接口；底部有2道凹槽，与底盘对应；顶部有吊装装置。

当在本场保障时，可由牵引车一次将2～4个拖车装备牵引到外场，拖车式模块化装备组合如图5所示。

图5 拖车式模块化装备组合示意图

当进行伴随机动保障时，可将3个功能模块根据使用要求直接放置于自行式底盘上，形成自行式保障装备，自行式模块化保障装备中各功能模块可根据保障需求自由组合，如图6所示。

图6 自行式模块化装备组合示意图

2.2 模块组合使用方式

根据输入电源的来源可将模块组合使用方式分为采用系统柴油机组和采用机场电源或民用机组2种，其示意图如图7所示。当采用系统柴油机组时，1个拖车底盘可装载2个功能模块和1个机组模块，如图7(a)所示，该组合方式不受市电的限制，机动灵活，适合进行机动性强的保障；当采用机场电源或民用机组时，1个拖车底盘可装载3个功能模块，如图7(b)所示，该组合方式保障功能多，综合保障能力强，功率不受海拔影响，持续保障时间长，更适合高原保障和多机种大强度的飞行保障[7]。

图7 模块组合使用方式示意图

柴油机组(通用)、电源、空调、液压、充氮和冷气6个模块为基本型装备，模块与模块之间、模块内部组件之间可进行组合：1)根据任务需求组合不同类模块，如组合成空调电源车、液压电源车等；2)通过加装内部模块组件或将同类模块进行组合，可满足不同的或更高的作战使用性能要求，扩展为系列化、通用化和标准化的装备，如组合2个空调模块，可满足特种飞机的保障需求。

3 航空地面模块化保障装备保障模式

3.1 飞行保障

在本场保障时，保障机型基本固定，保障强度在可预计范围内。应根据飞行保障预案有针对性地进行模块组合和裁剪，同时，可根据保障强度提前将不同模块组合在拖车底盘上，且对保障强度高的模块可多装载，对保障强度低的模块少装载。如：保障特种飞机用电时，可组合2个电源模块和1个动力模块形成双电源拖车；保障飞机液压系统时，可组合1个电源、1个液压和1个动力模块形成电源液压拖车；保障运输机时，可将2个空调模块并联，也可将多个空调模块并联，以满足特种飞机的流量需求；在机棚内保障时，可用市电为各模块提供动力，无需配备机组模块，以降低噪声、避免发动机尾气污染。

以保障12架飞机的飞行为例，当采用柴油机组作为动力源时，需要6台电源空调拖车、1台充氮拖车和1台双液压拖车共8台拖车进行飞行保障，如图8所示。现役保障装备与模块化保障装备进行飞行保障时，其装备数量和展开面积对比情况如表1所示。

由表1可以看出：采用了模块化保障装备所需的保障装备数减小了42.9%，装备展开面积减小了62.5%，因此采用模块化保障装备进行飞行保障时，可有效地减少保障装备数量和减小装备展开面积，提高保障装备利用率和保障效率。

图8 柴油机组供电的飞行保障示意图

表1 现役与模块化保障装备的数量和展开面积对比

保障模式装备数/台展开面积/m2现役保障装备14203．7模块化保障装备876．4

3.2 机动转场保障

模块化保障装备采用了模块化、通用化和系列化的设计方法，可实现底盘与模块的快速分离和组装。当进行转场保障时，无需将整套保障装备随机运输，只需将需要的模块进行组合。模块与底盘可分离实施空运，也可将整个拖车空运。

模块化保障装备还适合于直升机野外保障，采用自行式结构，各个模块可放置在通用型汽车底盘上，实现自行保障，也可通过直升机吊装等方式将必备的功能模块运输至山林、湿地等特殊地带[8]。

3.3 维护检查保障

对于修理厂的检修保障，需要的保障装备少，用2台模块化拖车即可满足所有保障要求，节省了物力和人力，提高了保障效率。

4 结论

模块化航空地面保障装备易运输、易组合，保障模式更加灵活多样，保障效能高，能较好地适应多样化军事任务的需要；各模块相对独立，底盘与模块可分开采购，即依据不同机场的需要因地制宜地制定采购方案，且装备的零部件之间互换性强，出现故障可直接更换，部队使用方便，降低了装备全寿命周期费用，具有较高的军事经济价值。

[1] 祈明亮，陈涛，胡兴宇.国外航空地面保障装备研发动向[J].大观周刊,2012,580(20):121-122.

[2] 朱建涛，姚学荣，王朋飞.航空保障装备建设体系发展思路[J].硅谷，2015(1):238-242.

[3] 董春兰，赵娜. 基于产品平台的机械产品模块化设计方法[J]．机械设计,2012,29(6):1-6.

[4] 肖聪，李彦，李文强，等. 基于功能流的复杂产品模块划分方法研究[J]．机械设计与制造，2009(12):249-251.

[5] 刘辉.工艺模块化设计系统构建与实现 [J].航空制造技术,2013(11): 96-97.

[6] 韩学平，韩江林，于丽.航卫保障方舱的研究与设计[J].医疗卫生装备,2013(8):10-16.

[7] 范海文,李建伟,王世尧.信息化武器装备系统综合集成研究[J].火力与指挥控制,2014,39(S1): 218-221.

[8] 张大伟.航空四站保障装备综合集成研究与设计[D].徐州:空军勤务学院，2011.

(责任编辑: 王生凤)

Modular Design of Aviation Ground Support Material

HU Tao, LÜ Rui-qiang, WANG Shuang-chuan

(Department of Aviation Four Stations, Air Force Logistics College, Xuzhou 221000, China)

Aiming at the problems existing in the development of aviation ground support equipment, this paper puts forward a solution to the modular design of aviation ground support equipment by analyzing the current situation of the research on the modular design of aviation ground support equipment at home and abroad. The principle and method of modular design, the modular design scheme and module combination mode are established, and the support model of modular equipment and its economic and military benefit are discussed, which provides the theoretical support for improving the capability and the support efficiency of aviation ground support equipment

aviation ground support equipment modular design; module combination

1672-1497(2016)05-0036-04

2016-07-07

胡 涛(1991-)，男，硕士研究生。

E92

DOI：10.3969/j.issn.1672-1497.2016.05.007