嘲笑F35又貴又難伺候？總師爆料：殲20省錢靠偷學F35絕招

殲20

近日，成都飛機設計研究所（611所）的總設計師王海峰接受了《航空製造技術》雜誌的採訪。

在採訪中，王總師確認殲20裝備了「故障預測與健康管理系統」和「自主保障信息系統」，在國內獨一無二，簡要介紹了其用途和特點；但基於採訪雜誌的定位（面對航空業內人士）和篇幅問題，王總師給的介紹比較簡略。

所有的飛機都會在使用過程中出現各種各樣的毛病，結構破損開裂，潤滑系統失效，電氣部件燒毀，液壓系統泄露，等等等等；但是設計和製造水平越高的飛機，出毛病的次數越少，判定故障根源越容易，修理起來越簡單。

梟龍是國內研製過的可靠性維護性最好的三代機

這方面若以美國飛機為一流標準，俄羅斯飛機的表現就是勉強三流。而國內戰機除了殲20、殲10、FC-1、L-15（該機完全按先進輕型戰鬥機設計）等原生按照西方標準設計製造的新型號表現較好以外，余者不入流。

殲20目前裝備的「故障預測與健康管理系統」和「自主保障信息系統」，設計目的就是，使用過程中花最少的錢、用最少的人、最短的時間、最高的效率，就能解決掉飛機上的毛病。其整套系統的核心理念和基本架構，是美國在二戰後不斷總結、發展，首先在民航體系中完善成熟，並在90年代中期引入F-35項目，首次使用在軍機上的新一代設計。

FC-31使用維護費用，將是殲20的數倍甚至十數倍

這套系統的重要性遠超很多人想像，國內很多裝備從採購到報廢的完整壽命周期中，由於毛病多還不好修，維修保障費用能達到裝備本身採購費用的2.3-4倍；碰上一些發瘟的坑爹貨，能達到7-8倍。

如果再考慮進去飛機本身的壽命差異——比如國產二代機和除蘇35以外的蘇27家族（包括國內仿製改進型），設計壽命在1700-3000小時不等；相比於設計壽命4000-6000小時的西方三代機，國內很多型號不僅性能顯著落後，而且實際使用成本高得非常可怕。光是花錢多折騰人倒也罷了，關鍵是由於長期不斷的趴窩和返廠，部隊的訓練根本無法保障足夠的飛行強度和總飛行時數，真實戰鬥力堪憂。

殲20的保障設計，從最基礎開始，可以認為由三個層次組成：

其一：偏重機械層面的可靠性和維護性設計

戰鬥機的可靠性和維護性，最初也是最關鍵的環節在設計過程中就被決定了。現代戰鬥機設計流程中，整個項目展開設計之前、論證其必要性和可行性之初的時候，可用性論證涉及到的就是與此相關的五性——可靠性、維護性、測試性、安全性、保障性。此後進入初步設計階段的主要工作之一，就是對可靠性（容不容易壞）、維修性（好不好修）、測試性（能不能準確判斷故障點）進行初步的預計和分析。

蘇27家族壽命短、難以維護，相同飛行壽命下，成本遠遠超出F15

沿海環境下的蘇27機翼大梁和外翼剝蝕

比如拿俄羅斯出口的蘇27早期型號舉例，這些飛機異常怕熱、怕潮，絕大多數根子都在設計層面。比如其很多關鍵部位（比如飛控計算機匣）連冷氣通道都沒有，大量結構沒有開設排水孔；導致在熱帶或臨近熱帶地區使用時，鹽分和水分在機體內蓄積根本無法排除——地面空調車的乾冷空氣根本吹不到那些地方。由此引發了大量結構腐蝕和電子電氣故障，較為嚴重的案例中，甚至由於趴窩頻繁，三年飛行時數只有一百多小時；3毫米厚的鋁合金結構處，腐蝕深度達1.5毫米。

F-15機身表面的維護艙蓋比例極高，但隱身機沒法這樣做

同期的美國、法國三代機，在此類偏重基本機械結構層面的可靠性和維護性設計上已經非常到位，其設計規範非常完善。除了避免上述的各種設計缺陷之外，結構本身具備完整的損傷容限能力——結構裂紋的生成均勻、生長緩慢；可確保在下一次飛機檢視維護之前，不會形成災難性的貫穿性裂紋；而且易於被地面人員檢測（包括肉眼和藉助各種器材）、維修。這種易於檢視、易於維修的設計要求，同時適用于飛機上的其它各類設備，比如液壓機電電子產品等等。

F35檢修，線纜管道的分布設計對地勤人員非常友好

F22/F35/殲20這批新的五代機，相關設計在繼承西方三代機設計規範的同時又有很大的調整；主要是為了滿足隱身的需求，需要調整各種介面（包括電子、電氣、氣體、油液）的分布和位置，集中到起落架艙、彈艙等少數幾個不可缺少的艙門內，其餘地方要盡量減少開蓋設計。

隱身設計帶來的制約，在很大程度上提高了維護難度，需要通過更可靠的部件和更完善的自我檢測診斷設計才能有效彌補，並實現以往渴求卻無法實現的能力。殲20上引入的全新系統設計，意義正在於此。

其二：偏重電子電氣層面的自我診斷和預測報警設計

近幾十年以來，人類的電子科技一直在以其它任何領域都不可比擬的速度狂奔發展。這使得在以前，很多需要非常巨大、沉重、高功耗、昂貴的設備才能做到的感知、計算、通信功能；在現在只要非常小巧的體積重量，非常低的耗電量、極為低廉的價格就能實現。比如F16設計始於上世紀70年代初，而到了1979年，250M硬碟是這麼大；而2018年初，在售的microsd卡已經做到512G。

1979年的250M容量硬碟

這就使得在飛機的設計過程中，現在的新飛機可以非常奢侈的大量加裝各種感測器；通過感受溫度、濕度、亮度、磁場強度、電阻、加速度變化等種種物理量的變化，計算出飛機各種部件和設備的當前狀態是否正常，並進一步的給出剩餘壽命、可靠工作時間、或者針對當前故障的處理建議、乃至於提前預測未來將會出現何種故障。而在幾十年以前，單單是其中一種功能，很可能就需要專門的飛機經過改裝，才能搭載部分設備，在地面人員和設施的配合下才能實現——這在美歐蘇聯早期的技術驗證機中非常常見。

在F35/殲20上，新一代的飛機健康管理和自主保障設計，是覆蓋全機所有環節的。

利用激光測量機翼變形，推算機翼結構受力

也可以把感測器貼在結構表面，甚至做進複合材料結構內部

比如針對飛機結構，就可以通過壓電感測器、智能塗層感測器、光纖光柵感測器等多種方式，不斷監測結構在飛行中的受力變形幅度和裂紋萌生、擴展情況。特別是有很多關鍵結構，要麼是飛機造好以後就是全封閉的；要麼處於非常狹窄曲折的深處，平時檢測的難度和成本都非常大；在先進監測技術投入應用以後，能極大的避免飛機為了確保安全起見，過度檢測維護、或者將尚有足夠壽命的結構件乃至整機提前報廢的情況。

F35上的結構監控效果現在還缺乏可靠的公開數據，但波音777上依靠霍尼韋爾提供的ADMS系統成功實現了50-80%的結構維護費用降低；在波音787上，這一功能更是核心賣點之一。

高壓下任何一點微小瑕疵都足以造成致命問題，比如F35液壓破損泄露起火

在其它的設備上，比如液壓系統——現代戰機的操縱動作都是依賴它的驅動完成的；包括起落架收放，水平尾翼等所有氣動面的偏轉。而液壓系統天生非常脆弱，這是導致戰機因為機械故障墜毀的最重要原因之一。而現在，能夠實時監測液壓油中固體顆粒（比如金屬碎屑）的感測器，已經輕小到足以整合進戰機的液壓系統中；這就為液壓系統的工作狀態監視、故障診斷，乃至於預測何時完全喪失功能提供了基礎。顯而易見，同樣的設計也會應用在潤滑油系統中。

電腦主板的debug功能就是典型的自我監測和診斷設計

而針對各類航空電子設備（比如綜合任務計算機）硬體、軟體的監測管理，反而是一般人最容易理解的；PC、智能手機太普及了，這類電子產品硬體和軟體的自我診斷和修復，在日常生活中隨處可見。篇幅所限，這方面功能不多展開敘述了。

在F35和殲20的整機上，這些分布在全機各個位置、各個系統、各個設備中的感測器，以及實現狀態監控、信息採集功能的相關軟體，它們作為提供信息的源頭，構成了整個健康管理系統的最底層。

進氣監測感測器

發動機葉片轉速感測器

在更高一級的層面上，戰機會按照不同的區域（比如機身結構/動力系統/液壓系統等等）進行劃分，每個區域會設計對應的管理器；這些管理器會接受它們管轄的底層感測器信號，將其進行融合計算，並且進一步推理出本區域各個部件/設備的剩餘壽命、在未來多長時間內可能出現何種故障、故障嚴重程度等結果；並將這些信息匯總到總管全機、最高級的平台管理器系統中。

新一代飛機能夠自我診斷故障，並對飛行員和地勤給出建議

平台管理器具備最完整的數據和決策能力，它會綜合各個區域管理器上報的信息，分析出飛機現有或者即將出現的故障；同時對下達指令——比如切斷故障設備的信號、電力聯繫，對故障進行隔離，按照預定的邏輯；選擇性的提示飛行員飛機出現哪些故障，並給出相關的對策建議——包括如何應對故障、如何調整飛行作戰任務；同時啟動加密通信，藉助數據鏈將部分信息實時回傳給後方基地。完整信息則將在飛機降落後，由地面人員進行下載；這其中包括不向飛行員開放，而是提供給地面技術人員的故障分析與檢測、維修建議。

這種實時而完整的監控能力，極大的減少了飛機定期全面檢修的次數，不僅極大的節省了資金和人力，而且大大提高了飛機的可用性。比如同樣是24架戰鬥機，往往只有12-14架可以隨時出動——其它在檢測、維護、修理；而換了F-35或者殲20這樣的五代機，就能保證18-20架隨時可用，相當於傳統三代機的36架機群水平。

其三：聯繫起整個作戰體系乃至於全國企業的信息化支持系統

上面提到的這些遍布飛機各處的硬體設備和配套軟體，它構成的是著眼于飛機本身的「故障預測與健康管理系統」。而「自主保障信息系統」，則是以前者為核心，打造的一個極其龐大、範圍可以說遍布整個中國、橫跨軍隊和各個不同領域工業部門的系統。

自主式保障系統的工作流程

比如上文提到的，飛機還在天上飛，就能將故障、甚至是將要出現的故障信息告訴地面。很自然，地面早在飛機著陸之前，就會針對性的調度負責相關的技術人員、專用工具、全新的備件；在飛機著陸後，第一時間、且具備高度針對性的完成故障/潛在故障的確認和修理工作。這只是最簡單、最基礎的例子；當我們把眼光放到更大的層面上來，考慮進更多的因素，就能發現自主保障信息系統的真正威力：

飛機和地面實現了真正的網路化信息共享，飛機需要多少彈藥、油料、備件（比如備份的發動機），當前有多少，都是在軟體中一目了然的事情；軍隊可以根據相關信息的匯總，向決策軍官提供基於軟體計算實現的各類任務操作建議。同時所有飛機的各種故障信息、備件需求，還會在第一時間匯總到更高級別的基地管理系統中；一方面實時調整各種備件需求，向相關企業下達訂單；另一方面通過故障數據的匯總和反饋，使設計單位能及時改進原有的設計不足/缺陷。

殲20的維護性設計實現了跨代突破

傳統的戰機保障體系——或者更直白的說，傳統的軍事官僚行政構架中，這些流程的實現，效率是非常低效的；不僅僅是信息從一線向後方、從基層向高層的逐級傳遞速度非常緩慢；而且每經過一個環節，都不可避免帶來大量的信息遺失。在F35/殲20的自主保障信息系統中，機體本身精確、充分的信息採集結合高速網路的數據分發能力，使整個保障體系的效率實現了脫胎換骨的提升。

技術上說，在這樣的保障系統支撐下，一架在東南沿海飛行中的殲20如果出現故障，甚至不用等它落地；故障相關的部件/設備企業就能得到反饋，接到用於補充軍隊備件庫存的訂單任務——這樣的企業，可以分布在從西南到東北的中國任何一個城市中。

結語：

改革開放後西方思想理論、技術、設備的引入，使中國的工業體系獲得了脫胎換骨的新生，真正開始追趕世界的步伐。經過40年發展，中國在很多領域已經解決了有與無的問題，能拿出較為先進的型號在整體的技術應用、部分主要指標上，與世界先進水平同台競技；但實際的使用性能上，往往還存在相當多的差距。殲11B這樣看著光鮮、真用起來坑死祖宗的型號其實相當典型——這是國內引進蘇35的一個重要緣由。

殲20項目對於國內的意義，不僅是技術上從三代機到五代機的突破，它還代表著國內先進裝備研發的理念和能力本身的跨代突破：以前解決有無問題，要撐得住場面講得起數；現在解決好用、隨時能頂用、用起來省心省錢的問題，要真正有底氣敢掀桌子放對。殲20僅僅是一個開始，中國未來的新型裝備將會越來越多的普及這一能力。

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