费效分析ppt课件

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1、飞机费用与效能分析 航空学院航空学院 裴扬裴扬飞机总体设计流程飞机总体设计流程课程安排一 飞机设计中与效费相关的根本概念六 复习与考试二 飞机寿命周期费用的概念和分析方法三 民用飞机直接与间接运转费用分析四 军用飞机作战效能分析五 专题引见优化设计、油箱惰化、常用软件等一 飞机设计中与效费相关的根本概念1.1 概念的提出l 飞机系统性能和复杂程度不断提高，费用集聚上涨；l 处理经费缺乏和费用上涨的锋利矛盾，美国从60年代将费用作为与性能和研制进度同等重要的要素对待，提出效能和寿命周期费用的概念；l 我国在80年代开场注重，1992年7月，原国防科工委发布国军标；l 2019年,增设了第22分册

2、。l 1.1 概念的提出1.2 效能分析模型l 美国空军系统效能模型运用最广泛；l 武器系统效能咨询委员会(Weapon System Effectiveness Industry Advisory Committee,WSEIAC)，由空军系统司令部建立；l 对系统效能定义：系统效能是系统预期到达一组专门的义务要求程度的度量；l 1.1 概念的提出l 注重性能到注重效能的艰苦突破；l 注重采购费到注重寿命周期费用的艰苦突破；l 仅注重效能或注重周期费用到着眼于二者一致,即注重效费比；l 1965年开场酝酿的F-16研制方案，共权衡397次，使寿命周期费用节省约42亿美圆。l 效效能能1.1

3、概念的提出美国JSFF35工程四大根本特征：生存力、杀伤性、保证性、可支付性。-ilities-ilities 1.3 ADC模型与相关概念可靠性可靠性维修性维修性保证性保证性义务可靠性义务可靠性生存力生存力可用性可用性可信性可信性才干才干有效性有效性E=A*D*C全寿命周期费用全寿命周期费用LCC费效分析费效分析E/LCC1.3 ADC模型与相关概念-可靠性l 可靠性：系统在规定的条件下和规定的时间内无缺点完成规定功能的才干，主要思索平常的自然环境能够出现的一切缺点的影响；l产品可靠性定义包括以下四要素：l(1)规定的时间；l(2)规定的环境和运用条件；l(3)规定的义务和功能；l(4)详细

4、的可靠性目的值。l可靠度：是指产品在规定的条件下、在规定的时间内，产品完成规定功能的概率。它是时间的函数，记作R(t),也称为可靠度函数：R(t)=P(Tt)，T表示从开场任务到发生缺点的任务时间，t为任一指定时间。l 当t=0时，R(0)=1;当t=时，R()=01.3 ADC模型与相关概念-可靠性平均缺点间隔时间MTBF：F-4、F-15和F-22分别为1.0/2.6/5.0小时。失效率：t时辰尚未失效的产品在该时辰后的单位时间内发生失效的概率。浴盆曲线Bathtub curve：假设取产品的失效率作为产品的可靠性特征值，它是以运用时间为横坐标，以失效率为纵坐标的一条曲线。因该曲线两头高，

5、中间低，有些像浴盆，所以称为“浴盆曲线。失效率随运用时间变化分为三个阶段：早期失效期Infant Mortality、偶尔失效期Random Failures和耗损失效期Wearout。1.3 ADC模型与相关概念-维修性l维修性：系统在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序方法进展维修时，坚持或恢复其功能形状的才干；l平均修复时间MTTR，F15A和F18A设计时的目的值分别为1.95/1.98小时。l修复率(t)对应失效率:定义为修缮时间已到达某个时辰，但尚未修复的产品，在该时辰后的单位时间内完成修缮的概率；l维修度M(t)=P(T=t)，T表示产品发生缺点后修复到完好形状的时间，t为任

6、一指定时间。1.3 ADC模型与相关概念-维修性lPHMPrognostics and Health Management：缺点预测与安康管理l世界上大部分配备的维护多以定期检查、事后维修为主，不仅耗费大量的人力和物力，而且效率低下；lPHM技术是综合利用现代信息技术、人工智能技术的最新研讨成果而提出的一种全新的管理安康形状的处理方案；l提早预知将要发生缺点的时间和位置，预测整个系统的RULRemain Useful Life，剩余运用寿命，同时，PHM记录分析系统的安康数据，像管理人体安康一样，对系统进展安康管理。1.3 ADC模型与相关概念-维修性l将维修方式从事后维修、定期维修转变为视情

7、维修、预防性维修的问题，降低维修保证费用，缩短维修时间，提高战备完好率和义务胜利率，加快武器配备维修方式向基于形状维修转变的进程。l普通而言，PHM系统主要有六个部分构成：l数据采集l信息归纳处置 l形状监测 l安康评价l缺点预测l保证决策 1.3 ADC模型与相关概念-维修性lPHM是JSF实现经济接受性、保证性和生存性目的的一个关键所在。1.3 ADC模型与相关概念-生存力l战伤抢修与平常维修的区别(以下3页维修课中已学)l抢修时间l 战伤修缮时间普通要求在24小时或48小时以内，甚至6小时以内。l修缮条件l引起维修的缘由l修缮技术规范l 平常配备修缮是为了恢复其固有可靠性和平安性而制定的

8、。修缮后的配备要能恢复其全面性能，维持其运用寿命，并不断运用到下次规定的维修期限。而战伤修缮必需尽快完成，用最短时间恢复配备的根本运用功能，以便迅速投入战斗。l修缮技术人员程度和备件要求不同。1.3 ADC模型与相关概念-生存力l 战伤抢修1.3 ADC模型与相关概念-生存力l 战伤抢修1.3 ADC模型与相关概念-保证性l 保证性：系统设计特性和方案保证资源满足平/战时运用要求的才干；l 设计特性：使飞机便于操作、检测、维修、装卸、运输、耗费品补给等的设计特性；l 保证资源：非设计特性，指人力和物力；例如：人员数量与技术等级、保证设备和工具类型、备件种类与数量、定货和运输时间、补给时间等。l

9、 度量目的：再次出动预备时间TAT(Turnaround Time,F22为18min，F15C为22min)是在预定的运用及维修保证条件下,延续执行义务的飞机从终了上次义务前往到再次出动执行下一次义务所需求的预备时间；l 平均后勤延误时间MLDT(mean logistic delay time)。1.3 ADC模型与相关概念-保证性l设计特性影响TAT：飞机再次出动预备任务工程涉及飞机外观检查、武器弹药的装挂、油料气体的充填以及各种检查任务.在配备的设计时思索如何快捷地进展这些任务,就可以在运用中缩短再次出动预备时间.军用飞机的设计特性影响再次出动预备任务流程,如为了保证平安任务,武器装挂

10、必需在一系列检查任务完成之后才干进展。l F/A22 机身底部离地面只需0.9m,几乎一切的部件或系统都在肩膀高的高度范围之内,便于地面检查人员不需求借助其它工具就能进展大部分的外观检查,飞机上有能为飞行员供氧的机载制氧系统,因此不需求地面液氧设备,还拥有1个辅助动力安装,因此不需求地面电瓶车,这些设计措施都可以大大缩短了飞机的再次出动预备时间.1.3 ADC模型与相关概念-义务可靠性l根本可靠性：这里的缺点是指引起引起维修任务的事件或形状。这种缺点能够影响,能够不影响产品完成义务的功能。涉及维修人力，费用和后勤保证要求。l义务可靠性定义为：产品在规定的义务剖面内完成规定功能的才干。l根本可靠

11、性模型是一个全串联模型。l义务可靠性是一种用来描画产品在执行义务过程中完成其规定功能的才干的模型，复杂产品的义务可靠性模型往往是一个由串联、并联及旁联构成的复杂构造。1.3 ADC模型与相关概念-义务可靠性lF/A-18A飞机的根本可靠性框图发动机1发动机2燃油系统应急燃油系统液压泵1液压泵2液压飞行操纵系统备用手动系统通用液压系统环境控制系统左发电机右发电机应急电源系统配电系统超高频通 讯甚高频通 讯雷达武器控制系统武器塔康系统惯性导航备用罗盘大气数据系统固定增稳机体起落架机内测试1.3 ADC模型与相关概念-义务可靠性lF/A-18A飞机的义务可靠性框图发动机1发动机2燃油系统应急燃油系统

12、发动机1发动机1液压飞行操纵系统备用手动系统液压飞行操纵系统右发电机左发电机应急电源系统配电系统环境控制系统超高频通讯甚高频通讯雷达甚高频通讯武器塔康系统惯性导航备用罗盘超高频通讯备用罗盘雷达起落架液压泵1液压泵21.3 ADC模型与相关概念-生存力l 生存力(Survivability)lThe Fundamentals of Aircraft Combat Survivability Analysis and Design,Robert E.Ball,2019 1.3 ADC模型与相关概念-生存力视频1.3 ADC模型与相关概念-生存力1.3 ADC模型与相关概念-生存力1.3 ADC模型

13、与相关概念-生存力发动机转子爆破：l 生存力:飞机躲避或者接受人为敌对要挟环境的才干。l生存力主要分为两部分：l 敏感性：要挟探测、发射、跟踪、引爆、命中等；l 易损性：飞机被要挟命中后的反响l 生存力的量度为生存概率PSl PS=1 PH PK/Hl PH：飞机被人为敌对环境要挟命中的概率；l PK/H：飞机在被要挟命中后杀伤的概率。l 1.3 ADC模型与相关概念-生存力1.3 ADC模型与相关概念-生存力作战飞机生存力的历史回想一战期间 飞行员尽量在高空作战，以避开地面火力的打击；飞行员戴步兵头盔、固定于飞机座椅上的火炉盖等实现装甲防护；机炮打击敌方飞机等。1917年，德国设计了一架双引

14、擎轰炸机：关键区域加装了重880磅、厚0.2英寸的钢制平板装甲；英国在一些飞机上安装了钢制座椅，并用0.50.625英寸厚的镀镍铬钢板包围散热器、油箱和飞行员等。1.3 ADC模型与相关概念-生存力作战飞机生存力的历史回想二战期间，根据战斗阅历，添加必要部件。许多飞机加装了电子对抗安装、比如箔条和电子噪声干扰等；轰炸机编队飞行、自卫武器与战斗机护航等；有的飞机配备雷达尾随告警安装；座舱附近加装装甲，飞行员运用防弹服；自封油箱、油箱惰性系统、驾驶舱和发动机舱装灭火安装等。第一次课。1.3 ADC模型与相关概念-生存力作战飞机生存力的历史回想二战之后 1948年，第一个飞机易损性任务会议在阿伯丁器

15、材实验场召开；会议主题为：易损性问题与提高飞机设计程度所需求的技术；不幸的是，一种新观念未来战争将是核战争使生存力研讨停滞；朝鲜战争 朝鲜战争中，非核生存力重新得到人们注重：主要生存力手段表现为装甲和自封油箱的设计、协同战术等；然而，朝鲜战争后，军用飞机设计重点又倾向于核战争的思索。50-60年代，非核生存力极少得到关注。1.3 ADC模型与相关概念-生存力作战飞机生存力的历史回想东南亚冲突，生存力问题引起足够注重。Table 1:U.S.aircraft losses in SEA(Southeast Asia Conflict,69-73)ServiceFixed-wingRotary-w

16、ingTotalU.S.Air Force1679581737U.S.Navy53113544U.S.Marine Corps194270464U.S.Army15722462403Total hostile action2561 2587 5148 Operational mishaps115922823441Total3720486985891.3 ADC模型与相关概念-生存力作战飞机生存力的历史回想近年，作战飞机生存力得到足够注重。1971年，美国成立飞机生存力结合技术协调组JTCG/AS，协调三军海陆空开发设计新规范与技术提高生存力；1984年，美国成立生存力/易损性信息分析中心SUR

17、VIAC，搜集、储存、传播和分析生存力技术信息、模型和数据库；1987年，国会经过实弹法 Live Fire Test Law，要求一切武器系统在消费前均要进展全尺寸实弹实验；1989年，美国生存力专家Ball教授在 AIAA成立了生存力技术委员会；1991年，美国国防部于年将军用飞机的生存力作为一项高度优先的设计要求，并使其成为一个贯穿于设计一直的原那么。例如 RAH-66，F-22,F-35等。1.3 ADC模型与相关概念-生存力 F-22 Raptor：First look,first shot,first killWithout StealthWith Stealth1.3 ADC模型

18、与相关概念-生存力1.3 ADC模型与相关概念-生存力S波段波段(2GHz-4GHz)C 波段波段(4GHz-8GHz)X波段波段(8GHz-12GHz)Ku波段波段(12GHz-18GHz)0.5m*0.5m板，板，0.1m入射波入射波1.3 ADC模型与相关概念-生存力1.3 ADC模型与相关概念-生存力1.3 ADC模型与相关概念-生存力1.3 ADC模型与相关概念-生存力1.3 ADC模型与相关概念-生存力1.3 ADC模型与相关概念-生存力1.3 ADC模型与相关概念-生存力1.3 ADC模型与相关概念-生存力1.3 ADC模型与相关概念-生存力1.3 ADC模型与相关概念-生存力视

19、频1视频21.3 ADC模型与相关概念-生存力1.3 ADC模型与相关概念-生存力低红外涂层低红外涂层低视觉颜色低视觉颜色与机身分别的与机身分别的发动机排气口发动机排气口先进二维红外减缩器先进二维红外减缩器低噪声低噪声1.3 ADC模型与相关概念-生存力冗余座舱控制冗余座舱控制干舱和油箱空隙干舱和油箱空隙火情维护火情维护双传动器双传动器单发缺点正单发缺点正常任务才干常任务才干冗余控制舵面冗余控制舵面冲击容限传动冲击容限传动装甲飞行员座椅装甲飞行员座椅三重液压系统三重液压系统三重飞行控制系统三重飞行控制系统1.3 ADC模型与相关概念-生存力1.3 ADC模型与相关概念-生存力 F/A18战斗/

20、攻击机 美国70年代中期研制。在这种飞机研制前，美国海军刚刚公布了海军飞机生存性大纲，要求在研或新研的美海军飞机必需在设计时思索飞机生存性问题。麦道公司和诺斯罗普公司对设计方案进展了深化研讨，最后经过权衡，提出了飞机生存性方案。主构造采用余度以阻止构造损伤；采用两台发动机提供动力；配备两套电传支配系统；配备机械式备份支配系统；发动机远离油箱以防止发生火灾；油箱填充泡沫资料；主油箱和燃油管路采用自密封阻燃液压油。1.3 ADC模型与相关概念-生存力1.3 ADC模型与相关概念-生存力1.3 ADC模型与相关概念-生存力F-22投放箔条干扰弹 F-22投放曳光弹 1.3 ADC模型与相关概念-生存

21、力1.3 ADC模型与相关概念-生存力UH-60A直升机 1.3 ADC模型与相关概念-生存力1.3 ADC模型与相关概念-ADl可用性(Availability)：指系统在任一随机时辰需求和开场执行义务时，处于可任务或可运用形状的程度，即当需求的时候，系统能否可用？l度量参数：可用度A、出动架次率SGR(sortie generation rate)；l可信性(Dependability)：在义务开场时可用度给定的情况下,在规定的义务剖面的任一时辰,系统可任务并可以完成其规定功能的度量。l度量参数：可信度l 1.3 ADC模型与相关概念-ADl可靠性(MTBF升高)、维修性(MTTR降低)、

22、保证性(TAT降低)升高，出动架次率显著提高。l 1.3 ADC模型与相关概念-才干l才干是指飞行器在自然运用环境及敌对环境下均正常延续任务时。飞行器能否完成义务(如摧毁目的)，它给出的是理想义务形状下能够的结果，代表系统纯粹的作战才干。l它是受系统的机动性、武器的精度、作用间隔、杀伤力及其他设备的性能影响。l国内外研讨较多的作战效能本质是飞机的才干空战格斗才干、攻击才干，可称之为狭义的效能。l 1.3 ADC模型与相关概念飞行器系统的有效性是其可用性、可信性及性能的综合反映。EADC，式中E为系统效能；A为系统可用度在义务开场时的矢量阵；D为系统可信度在某一时间间隔内的条件概率矩阵；C为性能

23、，即系统在给定的形状下完成义务要求的概率阵。飞行器的可用性，可信性及才干是在作战义务的不同环境及不同时期中起作用的，三者是相互依托的。如假设可用性不高，那么在义务初期就只需很低的出动架次率，那么胜利完成义务的能够性显然就很小。可用性高但可信性不高或者可用性、可信性均高而才干不高等都会对义务的完成有很大的影响。1.3 ADC模型与相关概念-LCCl飞机的寿命周期费用(life cycle cost)l (1)费用(cost)l 耗费资源(人、财、物和时间)称为费用，通常用货币度量。l (2)飞机寿命周期费用(life cycle cost，LCC)l 在预期的寿命周期内，为飞机的论证、研制、消费、运用、维修与保证、退役所付出的一切费用之和称为飞机的寿命周期费用。1.3 ADC模型与相关概念-LCCl美国亚利桑那州戴维斯空军基地“飞机坟场，最大。l沙漠，2600英亩1300个规范足球场，4200架军用飞机l1英亩=40.5公亩=4046.9平方米l此外，加州的莫哈维沙漠，最重要的空军基地和航天基地,著名的爱德华空军基地就位于此处。主要是民用飞机，1500多架。1.3 ADC模型与相关概念-LCC