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7月10日,美《华盛顿邮报》报道,从一份五角大楼文件中获知F-22的几个机密使用统计数据,并以之作为该机有重大缺陷、在现今国际形势下不宜再多生产的依据。这些数据分别是:飞行小时维护工时30、飞机良好率55%、故障前平均飞行小时1.7、飞行小时费用4.4万美元。
本文不打算讨论文内观点和数据的正确性,而只是想简单地解释这些很难得的数据是用来说明什么问题的。
这些数据都属于统计类型,轻易不予以发表。资料上给出的这类数据可以是实际统计值,也可以是结合理论的估算值。前者要在飞机使用一段时间后才能得出,而且会随着飞机使用经验的积累和技术上的改进有所变化。同一种飞机在不同时间、不同地点和不同部队使用,统计结果也会不同,所以不能视之为相对确定的生产技术数据。但总的量级或优劣却是可以看出来的。
估算值则是根据研制时局部和部件试验结果统计后再计算而得,主要用于实际使用前作方案评估和对比用。为了获得研制合同,各研制单位提供的估算值一般都比较乐观。当然也有对新技术认识不足的原因。这次该报刊上发表的F-22数据,据称是实际统计值,对评估该武器装备的真正作战效能和如何改善或是否值得改善很有参考价值。现分别将各数据解释如后。
飞行小时维护工时(MMH/FH)
飞机飞行前和飞行后都要做维护工作。假如一架飞机飞行2小时,5个机务人员飞行前后一共要做4小时维护工作,这类飞机的飞行小时维护工时就是4*5 2=10。只飞一次的数据不能用,很多同类飞机要飞一段时间才能统计出来。F-22的“最近”的统计值(可能指2009年以来)是30工时,也有说是35工时。
在F-22刚决定研制时,根据洛马公司的数据和美空军评估,该数值能达到4.6工时,与现在的数值相差很大。很明显,当年对使用隐身技术带来的维修工作量严重估计不足,因此原来预计每架飞机直接维修人员只要8-9名(当时F-15飞机是16~17名),现在恐怕不可能了。根据F-22维修所需工时看,维护人员可能要增加几倍。
附表l中数据表明,在现代战斗机中30-35人工小时的要求是相当高的。
F-117和B-2飞机开始在部队使用时,飞行小时维护工时超过130。这是由于隐身技术造成的。飞机每飞行一次后都要更新隐身涂层和舱口缝隙密封条等等。维修飞机还要在良好的机库内,温度、湿度有严格限制。据称经过几年的努力,采用新技术涂料,现在改进很大。
(IN COMMSSION
RATE或MISSION CAPABILITY)
该参数国内外有几种不同定义。一种是以部队已决定准备好明天参加飞行的飞机数量为基准,到时真能用上的飞机数与之相比,这样得出的良好率都很高。一种是以该类型飞机总数为基准,根据当时可用飞机数量计算。由于飞机总有一些会作定期维修或送厂翻修,这样计算出的良好率就比较低。后一类统计值与不同时间段有关,还与飞机使用安排计划有关。但如果这种飞机设备很多,既复杂又容易坏,很多时候部队修理不了还要送工厂,缺乏及时更换的零备件等,那良好率是绝对高不了的。现公布的F-22统计值是“从2008年10月到2009年5月各部队可用于保卫美国领空的平均值是55%”,属于后一种良好率。真正可以使用的飞机只有一半多一点,而拥有现代空军的国家一般要求是80%以上。
刚服役的飞机或已接近退役年龄的飞机良好率都会低一些。局部战争期间,例如1991年1月到2月28日的海湾战争,集中使用优选的性能好的飞机。特殊供应零备件,良好率就比较高。F-22原来承诺值是0.93,比F-15的0.86高很多,而目前只能达到0.55。一些现役战斗机的统计值如附表2。
故障前平均飞行小时(MFHBF)
这里说的“故障”是指飞机的任何部件包括飞机本身,出现影响完成任务的故障(failure),而不是一般的不影响完成任务的电气或机械失灵(defect)。假设某型飞机在一段期间内出动任务总飞行时间100小时,一共出现50次因故障不能完成任务。它的故障前平均飞行时间就是2.0小时。当然这是统计平均值,不能理解为每次飞行2小时便一定要出一次故障。有时它可以执行多次几小时的任务,而有时则会只飞二三十分钟便出故障。
如果通过实践或试验知道飞机中各影响完成任务的关键部件的“故障前平均使用时间”(MTBF),包括飞机本身出严重故障的平均飞行时间,即可以粗略地计算出全机“故障前平均飞行小时”。计算公式为:
1/MFHBF=1/(部件1MTBF) 1/(部件2MTBF) …… 1/(飞机本身MTBF)
假设可能影响飞机完成任务的4个部件为飞机机体、发动机、武器装备系统和隐身技术系统,它们的MTBF分别为:机体500小时、发动机300小时、武器装备系统20小时和隐身技术系统4小时。根据计算公式即:
1/MFHBF=1/500 1/300 1/20 1/4=0.305
所以MFHBF=1/0.305=3.28小时
严格说。“故障前平均飞行小时”(MFHBF)与“故障前平均使用时间”(MTBF)有些区别。部件或飞机在地面总是要作调试,不飞行时还要有一定工作时间。所以一个部件的MTBF如果是10小时,地面调试2小时,它的MFHBF便只有8小时。当然,这里只是粗略地谈维修的理论,真正进行维修工作的理论分析要考虑的因素还很多。
特别值得注意的是全机的MFHBF一定比最容易出故障的部件的MTBF或MFHBF还要小一些。所以如果战斗机雷达的MTBF只有2小时,全机的MFHBF一定会小于2.0。而且飞机设备越多,很多设备又容易出故障,全机的MFHBF就会很低。例如飞机上只要有三个MTBF为5.0小时的关键部件,全机的MFHB为5 3=1.66,再加上其它部件的影响,即不可能大于1.6小时。一般来说,随着飞机使用经验的积累和薄弱器材的改善或更换新型器材,MFHBF数值会逐年增加。
至于F-22有多少关键部件使得它的MFHBF只有1.7小时还不清楚。初步考虑不会全是隐身技术造成。因为很多现役或退役不久的战斗机,如F-111其MFHBF也是很低的(见附表3),而这些飞机并没有采用隐身技术。F-22在刚研制时的MFHBF预测值是3.0小时,比当时F-15飞机的1.5小时好得多。事实上目前达不到。
任务完成概率
知道MFHBF值,即可用来估算飞机不考虑对方的防御能力等等时承担某一任务的成功概率。也就是说,只要飞机不出故障,全过程正常飞行就算是任务成 功。计算该概率对安排出动多少架飞机很重要。
首先算单机任务完成概率。它取决于飞机的任务飞行时间和MFHBF的比值。任务飞行时间愈长,MFHBF值愈低,任务完成概率就愈低。计算要用到自然数e(等于2.718…),所以这里不详述了。已经根据任务飞行时间与飞机的MFHBF的比值求出结果列于附表4,只要用表中相关数据即可查得“任务完成概率”。
例如要派一架F-22飞机去完成一项飞行时间1.7小时的任务,即任务时间/MFHBF=1.0。从表中可知只有36.8%的可能完成任务,是很低的。为完成任务,军方一般都要求这个概率大于70%。因此,为提高完成这任务的可靠性,要派出多架F-22去才成。而从表中还可看到,如果要完成只飞行半小时的任务,派一架F-22去,即T/MFHBF=0.5/1.7=0.294,则查表可知成功概率达到74%。
多架飞机完成同一位任务的完成概率
为保证完成任务,可以同时派多架飞机前往。对完成同一位任务的成功概率计算方法并不复杂。首先要求出单机失败概率,即:
1-单机任务完成概率
如果派两架飞机去都失败的概率为两架单机失败概率的乘积,即
(1-单机任务完成概率)×(1-单机任务完成概率)
所以如果派N架同样飞机去执行这一任务都失败的概率为单机失败概率的N次方,即
(1-单机任务完成概率)N
结果N架飞机去的成功概率计算公式为:
1-(1-单机任务完成概率)N
仍以F-22飞机为例,完成飞行1.7小时的任务,单机去的失败概率为
1-0.368=0.632
如果派4架飞机去都失败的概率为0.6324=0.16,所以成功的概率为1-0.16=0.84,即84%。
有一个实际战例很说明这种评估的必要性。1986年4月15日,美国为“教训”利比亚,在午夜出动大批战斗轰炸机偷袭卡扎菲的住所,拟将其置于死地。当时,美国能出动的飞机是驻在英国的新型F-111F,并且决定使用先进的激光精确制导炸弹GBU-10。这任务本来派1-2架飞机即可完成。但法、意和西班牙都拒绝让美机通过其上空。而从英国前往只能沿欧洲西海岸飞行,通过直布罗陀才能到达利比亚,航时单程就需要3.5-4小时。而当时精选的F-111F飞机的MFHBF不超过1.25小时。所以理论上单机完成任务概率极低,只有0.0608,即6.1%左右。为提高完成任务概率,于是美国一共派出18架F-111F。另外还有27架A-7E、A-6E、F/A18飞机从地中海的航母起飞进行先期防空系统摧毁攻击。但18架F-111F的理论成功概率也只有68%。
事实表明这样安排是必要的。在出航过程中,未到直布罗陀。已经有4架F-111F因故障返航,后来2架找不到目标放弃攻击,1架被击落,只有3架对卡扎菲住所投弹,另外8架用来攻击的黎波里机场和附近兵营。在整个行动中共损失了两架F-111F。但这次偷袭没有伤害到卡扎菲本人。可以想像,如果当天只派几架MFHBF那么低的飞机长途奔袭,能否有飞机到达目标都是问题。
飞机飞行一小时的费用,就不用解释了。F-22飞行小时费用是比较高的。F-15飞机一小时3,04万美元。美国军机平均每年飞行时间为250-350小时。
编辑 秦蓁
本文不打算讨论文内观点和数据的正确性,而只是想简单地解释这些很难得的数据是用来说明什么问题的。
这些数据都属于统计类型,轻易不予以发表。资料上给出的这类数据可以是实际统计值,也可以是结合理论的估算值。前者要在飞机使用一段时间后才能得出,而且会随着飞机使用经验的积累和技术上的改进有所变化。同一种飞机在不同时间、不同地点和不同部队使用,统计结果也会不同,所以不能视之为相对确定的生产技术数据。但总的量级或优劣却是可以看出来的。
估算值则是根据研制时局部和部件试验结果统计后再计算而得,主要用于实际使用前作方案评估和对比用。为了获得研制合同,各研制单位提供的估算值一般都比较乐观。当然也有对新技术认识不足的原因。这次该报刊上发表的F-22数据,据称是实际统计值,对评估该武器装备的真正作战效能和如何改善或是否值得改善很有参考价值。现分别将各数据解释如后。
飞行小时维护工时(MMH/FH)
飞机飞行前和飞行后都要做维护工作。假如一架飞机飞行2小时,5个机务人员飞行前后一共要做4小时维护工作,这类飞机的飞行小时维护工时就是4*5 2=10。只飞一次的数据不能用,很多同类飞机要飞一段时间才能统计出来。F-22的“最近”的统计值(可能指2009年以来)是30工时,也有说是35工时。

在F-22刚决定研制时,根据洛马公司的数据和美空军评估,该数值能达到4.6工时,与现在的数值相差很大。很明显,当年对使用隐身技术带来的维修工作量严重估计不足,因此原来预计每架飞机直接维修人员只要8-9名(当时F-15飞机是16~17名),现在恐怕不可能了。根据F-22维修所需工时看,维护人员可能要增加几倍。
附表l中数据表明,在现代战斗机中30-35人工小时的要求是相当高的。
F-117和B-2飞机开始在部队使用时,飞行小时维护工时超过130。这是由于隐身技术造成的。飞机每飞行一次后都要更新隐身涂层和舱口缝隙密封条等等。维修飞机还要在良好的机库内,温度、湿度有严格限制。据称经过几年的努力,采用新技术涂料,现在改进很大。
(IN COMMSSION
RATE或MISSION CAPABILITY)
该参数国内外有几种不同定义。一种是以部队已决定准备好明天参加飞行的飞机数量为基准,到时真能用上的飞机数与之相比,这样得出的良好率都很高。一种是以该类型飞机总数为基准,根据当时可用飞机数量计算。由于飞机总有一些会作定期维修或送厂翻修,这样计算出的良好率就比较低。后一类统计值与不同时间段有关,还与飞机使用安排计划有关。但如果这种飞机设备很多,既复杂又容易坏,很多时候部队修理不了还要送工厂,缺乏及时更换的零备件等,那良好率是绝对高不了的。现公布的F-22统计值是“从2008年10月到2009年5月各部队可用于保卫美国领空的平均值是55%”,属于后一种良好率。真正可以使用的飞机只有一半多一点,而拥有现代空军的国家一般要求是80%以上。

刚服役的飞机或已接近退役年龄的飞机良好率都会低一些。局部战争期间,例如1991年1月到2月28日的海湾战争,集中使用优选的性能好的飞机。特殊供应零备件,良好率就比较高。F-22原来承诺值是0.93,比F-15的0.86高很多,而目前只能达到0.55。一些现役战斗机的统计值如附表2。
故障前平均飞行小时(MFHBF)
这里说的“故障”是指飞机的任何部件包括飞机本身,出现影响完成任务的故障(failure),而不是一般的不影响完成任务的电气或机械失灵(defect)。假设某型飞机在一段期间内出动任务总飞行时间100小时,一共出现50次因故障不能完成任务。它的故障前平均飞行时间就是2.0小时。当然这是统计平均值,不能理解为每次飞行2小时便一定要出一次故障。有时它可以执行多次几小时的任务,而有时则会只飞二三十分钟便出故障。

如果通过实践或试验知道飞机中各影响完成任务的关键部件的“故障前平均使用时间”(MTBF),包括飞机本身出严重故障的平均飞行时间,即可以粗略地计算出全机“故障前平均飞行小时”。计算公式为:
1/MFHBF=1/(部件1MTBF) 1/(部件2MTBF) …… 1/(飞机本身MTBF)
假设可能影响飞机完成任务的4个部件为飞机机体、发动机、武器装备系统和隐身技术系统,它们的MTBF分别为:机体500小时、发动机300小时、武器装备系统20小时和隐身技术系统4小时。根据计算公式即:
1/MFHBF=1/500 1/300 1/20 1/4=0.305
所以MFHBF=1/0.305=3.28小时
严格说。“故障前平均飞行小时”(MFHBF)与“故障前平均使用时间”(MTBF)有些区别。部件或飞机在地面总是要作调试,不飞行时还要有一定工作时间。所以一个部件的MTBF如果是10小时,地面调试2小时,它的MFHBF便只有8小时。当然,这里只是粗略地谈维修的理论,真正进行维修工作的理论分析要考虑的因素还很多。
特别值得注意的是全机的MFHBF一定比最容易出故障的部件的MTBF或MFHBF还要小一些。所以如果战斗机雷达的MTBF只有2小时,全机的MFHBF一定会小于2.0。而且飞机设备越多,很多设备又容易出故障,全机的MFHBF就会很低。例如飞机上只要有三个MTBF为5.0小时的关键部件,全机的MFHB为5 3=1.66,再加上其它部件的影响,即不可能大于1.6小时。一般来说,随着飞机使用经验的积累和薄弱器材的改善或更换新型器材,MFHBF数值会逐年增加。
至于F-22有多少关键部件使得它的MFHBF只有1.7小时还不清楚。初步考虑不会全是隐身技术造成。因为很多现役或退役不久的战斗机,如F-111其MFHBF也是很低的(见附表3),而这些飞机并没有采用隐身技术。F-22在刚研制时的MFHBF预测值是3.0小时,比当时F-15飞机的1.5小时好得多。事实上目前达不到。
任务完成概率
知道MFHBF值,即可用来估算飞机不考虑对方的防御能力等等时承担某一任务的成功概率。也就是说,只要飞机不出故障,全过程正常飞行就算是任务成 功。计算该概率对安排出动多少架飞机很重要。
首先算单机任务完成概率。它取决于飞机的任务飞行时间和MFHBF的比值。任务飞行时间愈长,MFHBF值愈低,任务完成概率就愈低。计算要用到自然数e(等于2.718…),所以这里不详述了。已经根据任务飞行时间与飞机的MFHBF的比值求出结果列于附表4,只要用表中相关数据即可查得“任务完成概率”。
例如要派一架F-22飞机去完成一项飞行时间1.7小时的任务,即任务时间/MFHBF=1.0。从表中可知只有36.8%的可能完成任务,是很低的。为完成任务,军方一般都要求这个概率大于70%。因此,为提高完成这任务的可靠性,要派出多架F-22去才成。而从表中还可看到,如果要完成只飞行半小时的任务,派一架F-22去,即T/MFHBF=0.5/1.7=0.294,则查表可知成功概率达到74%。
多架飞机完成同一位任务的完成概率
为保证完成任务,可以同时派多架飞机前往。对完成同一位任务的成功概率计算方法并不复杂。首先要求出单机失败概率,即:
1-单机任务完成概率
如果派两架飞机去都失败的概率为两架单机失败概率的乘积,即
(1-单机任务完成概率)×(1-单机任务完成概率)
所以如果派N架同样飞机去执行这一任务都失败的概率为单机失败概率的N次方,即
(1-单机任务完成概率)N
结果N架飞机去的成功概率计算公式为:
1-(1-单机任务完成概率)N
仍以F-22飞机为例,完成飞行1.7小时的任务,单机去的失败概率为
1-0.368=0.632
如果派4架飞机去都失败的概率为0.6324=0.16,所以成功的概率为1-0.16=0.84,即84%。
有一个实际战例很说明这种评估的必要性。1986年4月15日,美国为“教训”利比亚,在午夜出动大批战斗轰炸机偷袭卡扎菲的住所,拟将其置于死地。当时,美国能出动的飞机是驻在英国的新型F-111F,并且决定使用先进的激光精确制导炸弹GBU-10。这任务本来派1-2架飞机即可完成。但法、意和西班牙都拒绝让美机通过其上空。而从英国前往只能沿欧洲西海岸飞行,通过直布罗陀才能到达利比亚,航时单程就需要3.5-4小时。而当时精选的F-111F飞机的MFHBF不超过1.25小时。所以理论上单机完成任务概率极低,只有0.0608,即6.1%左右。为提高完成任务概率,于是美国一共派出18架F-111F。另外还有27架A-7E、A-6E、F/A18飞机从地中海的航母起飞进行先期防空系统摧毁攻击。但18架F-111F的理论成功概率也只有68%。
事实表明这样安排是必要的。在出航过程中,未到直布罗陀。已经有4架F-111F因故障返航,后来2架找不到目标放弃攻击,1架被击落,只有3架对卡扎菲住所投弹,另外8架用来攻击的黎波里机场和附近兵营。在整个行动中共损失了两架F-111F。但这次偷袭没有伤害到卡扎菲本人。可以想像,如果当天只派几架MFHBF那么低的飞机长途奔袭,能否有飞机到达目标都是问题。
飞机飞行一小时的费用,就不用解释了。F-22飞行小时费用是比较高的。F-15飞机一小时3,04万美元。美国军机平均每年飞行时间为250-350小时。
编辑 秦蓁