“万能标尺”精测战机“五脏六腑”

上图：海军航空大学某大队机务人员维修保障战机。 赵凤权摄

　　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。

　　航空计量，为战机打造“钢筋铁骨”

　　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“透视眼镜”，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”。

　　检查诊断，守护战机健康的“数据医生”

　　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。

　　计量先行，撬动装备研发的“杠杆”

　　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）