JSSG系列規(guī)范飛機(jī)生存力要求介紹

李旭東

（中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所，北京 100028）

JSSG系列規(guī)范飛機(jī)生存力要求介紹

李旭東

（中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所，北京 100028）

分析了JSSG系列規(guī)范中飛機(jī)生存力要求的建立方式和指標(biāo)分解特征，探討了在基于性能的規(guī)范中飛機(jī)生存力要求和驗證的新變化，為國內(nèi)制定并應(yīng)用此類規(guī)范提供了參考。

規(guī)范；生存力；分析

《聯(lián)合軍種規(guī)范指南》（JSSG）系列規(guī)范是在美國防務(wù)政策調(diào)整、防務(wù)預(yù)算費(fèi)用大幅縮減、軍方的采辦政策逐漸轉(zhuǎn)向商業(yè)采辦以降低采辦成本，維持防務(wù)專用的核心能力的背景下出現(xiàn)的。JSSG系列規(guī)范分為3個層次（見圖1），包含10余份指南文件（部分標(biāo)準(zhǔn)仍在編制中），體現(xiàn)了采購方對研制過程的控制，反映了國外航空工業(yè)部門對需求要求的逐步細(xì)化過程。

圖1 JSSG系列規(guī)范層次

飛機(jī)生存力是飛機(jī)在人為敵對環(huán)境中躲避威脅或承受威脅殺傷的能力。飛機(jī)的生存力取決于設(shè)計和使用壽命期內(nèi)對增強(qiáng)生存力所采取的措施。現(xiàn)代飛機(jī)的造價和維護(hù)成本越來越高，因此對于飛機(jī)生存力要求更加突出。有資料表明，美國的F–22飛機(jī)不含研發(fā)費(fèi)用的造價為1.3億美元，新一代F–22飛機(jī)每飛行小時的維修費(fèi)用約為4.4萬美元，嚴(yán)重制約了該飛機(jī)的應(yīng)用。

國內(nèi)外一直非常重視飛機(jī)生存力方面的要求并制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。JSSG系列規(guī)范體現(xiàn)了飛機(jī)生存力要求的最新變化。本文針對JSSG系列規(guī)范的飛機(jī)生存力要求進(jìn)行分析，探討國外標(biāo)準(zhǔn)中飛機(jī)生存力要求的最新發(fā)展和性能規(guī)范對飛機(jī)生存力要求的影響，從而為國內(nèi)飛機(jī)生存力規(guī)范的編制與修訂提供參考。

1 JSSG系列規(guī)范飛機(jī)生存力要求簡述

JSSG–2000《航空器系統(tǒng)》主要從軍方的作戰(zhàn)使用角度提出飛機(jī)生存力要求指標(biāo)的要求。要求滿足“任務(wù)、場景、背景、任務(wù)階段和使用條件規(guī)定的任務(wù)生存力概率”。即任務(wù)生存力、一對一生存力、停放飛機(jī)生存力和地面保障生存力。在任務(wù)生存力和一對一生存力中，主要考慮飛機(jī)的任務(wù)類型、任務(wù)階段、損毀級別和生存概率等。

JSSG–2001A《航空器》主要體現(xiàn)對于飛機(jī)平臺本身的生存力要求，是對JSSG–2000的細(xì)化。該標(biāo)準(zhǔn)對于飛機(jī)平臺的生存力要求見圖2。

JSSG–2005《航空電子系統(tǒng)》、JSSG–2006《飛機(jī)結(jié)構(gòu)》、JSSG–2007《渦輪發(fā)動機(jī)》、JSSG–2008《航空器控制管理系統(tǒng)》、JSSG–2009《航空器子系統(tǒng)》等規(guī)范是JSSG系列規(guī)范的第3層次。這些標(biāo)準(zhǔn)是對JSSG–2001A的進(jìn)一步細(xì)化。以JSSG–2006和JSSG–2009中飛機(jī)生存力要求為例，JSSG–2006主要從核環(huán)境和非核環(huán)境兩個方面提出飛機(jī)生存力要求，包括主要結(jié)構(gòu)、飛行操縱面、風(fēng)擋/座艙蓋、其它結(jié)構(gòu)件和損傷后可用性等5個方面。JSSG–2009規(guī)定了JSSG–2001A分配給特定子系統(tǒng)的敏感性和易損性要求，包括常規(guī)性彈藥和導(dǎo)彈破碎帶來的彈道性影響、生化制劑、激光和定向能量武器、核武器、鳥撞、RCS和紅外等可探測性指標(biāo)。

圖2 JSSG–2001A飛機(jī)生存力要求

2 JSSG系列規(guī)范飛機(jī)生存力要求分析

2.1 JSSG–2000《航空器系統(tǒng)》

JSSG–2000對于生存力的要求在結(jié)構(gòu)上分為兩部分。從生存的角度來說，任務(wù)生存能力與作戰(zhàn)效能相關(guān)，可被看作是一對一、一對多、多對一、多對多情形的綜合。對于特定任務(wù)階段的一對一的生存力，它與可測試的系統(tǒng)特性直接有關(guān)。任務(wù)生存力可以通過一對一的生存力建立。生存力要求的提出需要考慮各種飛機(jī)性能的折中，例如速度、機(jī)動性、任務(wù)高度、視野、電子對抗和任務(wù)計劃。

飛機(jī)在基地中的易損性也是飛機(jī)生存力的一個非常重要的方面。飛機(jī)在基地時沒有自我防衛(wèi)、避免威脅或采取防范措施的能力。因此，在飛機(jī)研制過程中需要在基地設(shè)施等方面對飛機(jī)生存力給予關(guān)注。飛機(jī)保障設(shè)備的生存能力同樣也值得關(guān)注，對于特定保障設(shè)備被摧毀而造成的飛機(jī)失事與飛機(jī)失事本身同樣重要。因此作為飛機(jī)研制的頂層規(guī)范，其對飛機(jī)生存力的要求實(shí)際上是從使用角度考慮了飛機(jī)平臺本身和飛機(jī)保障系統(tǒng)等多方面的影響。

2.2 JSSG–2001A《航空器》

JSSG–2001A中，飛機(jī)生存力要求主要從敏感性和易損性兩個方面提出。其中，電子防護(hù)與輻射控制規(guī)定的內(nèi)容有所重疊，故在JSSG–2001B中略去了此項要求。對于一架飛機(jī)而言，標(biāo)準(zhǔn)中的條款是密切相關(guān)的。如果飛機(jī)的紅外隱身與雷達(dá)隱身不匹配，在對抗中會被敵方先進(jìn)光電系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)。雷達(dá)吸波材料與紅外吸波材料存在不兼容的問題，對于機(jī)體表面雷達(dá)吸波材料用于修復(fù)電磁缺陷區(qū)，（例如口蓋、縫隙等），其余部分可以涂敷紅外隱身材料，尾噴管腔體紅外隱身材料和雷達(dá)隱身材料應(yīng)用區(qū)域應(yīng)該綜合優(yōu)化，才能保證降低腔體紅外輻射的同時，實(shí)現(xiàn)尾噴管腔體雷達(dá)隱身。作為性能規(guī)范，具體指標(biāo)應(yīng)是在上述問題綜合考慮的基礎(chǔ)上提出的。

生物及化學(xué)威脅生存力是JSSG系列規(guī)范中相對較新的內(nèi)容。這項要求起初用于F–22飛機(jī)研制。研制部門為此制定了一整套生物及化學(xué)威脅生存力設(shè)計計劃，這套計劃在F–35的研制過程中得到了進(jìn)一步深化。生物及化學(xué)威脅生存力設(shè)計過程由4個部分構(gòu)成，即任務(wù)威脅圖、飛機(jī)要求、性能規(guī)范和設(shè)計評估，其中以性能規(guī)范最為重要。性能規(guī)范在設(shè)計過程中將飛機(jī)的要求轉(zhuǎn)化為子系統(tǒng)的要求，并綜合考慮飛機(jī)與保障設(shè)備的兼容性。生物及化學(xué)威脅生存力的提出，對空勤人員防護(hù)和機(jī)體設(shè)計等飛機(jī)生存力相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的修訂提出了新需求。

2.3 JSSG–2006《飛機(jī)結(jié)構(gòu)》等

在JSSG系列標(biāo)準(zhǔn)的第3層中，以JSSG–2006《飛機(jī)結(jié)構(gòu)》中飛機(jī)生存力要求為例，影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)生存力的最主要因素為關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和主要操縱面的損傷。根據(jù)飛機(jī)任務(wù)的不同，為滿足JSSG–2001A中的有關(guān)規(guī)定，JSSG–2006按照核環(huán)境與非核環(huán)境兩種情況提出了結(jié)構(gòu)生存力的具體要求。JSSG–2001A中由其他子系統(tǒng)決定的生存力要求，與JSSG–2006類似的分解到各自的規(guī)范中。核武器威脅下的生存力在JSSG–2001A中沒有充分展開，但從MIL–HDBK–273《在核武器威脅下提高飛機(jī)生存力設(shè)計和評估指南》中可以了解到相關(guān)內(nèi)容。

2.4 JSSG系列規(guī)范飛機(jī)生存力要求指標(biāo)分解

JSSG系列規(guī)范反映了系統(tǒng)工程的思想，與飛機(jī)生存力要求的確定方法相一致。在飛機(jī)生存力設(shè)計過程中，首先根據(jù)任務(wù)和使用要求給出一個飛機(jī)生存力要求的概率指標(biāo)，將該指標(biāo)向下分解給各子系統(tǒng)/專業(yè)，提出各子系統(tǒng)/專業(yè)的生存力要求。經(jīng)過各子系統(tǒng)/專業(yè)的分析與設(shè)計，可以得出本系統(tǒng)/專業(yè)可實(shí)現(xiàn)的生存力指標(biāo)及實(shí)現(xiàn)手段。由各子系統(tǒng)/專業(yè)的指標(biāo)可以得出飛機(jī)生存力要求的初步值，根據(jù)初步值與最初概率指標(biāo)的差異，綜合考慮各自的實(shí)現(xiàn)手段，調(diào)整飛機(jī)外形、結(jié)構(gòu)形式和系統(tǒng)布置，經(jīng)過迭代可以得到成熟度較高的飛機(jī)生存力指標(biāo)。結(jié)合飛機(jī)的性能、成本和費(fèi)用等因素，適當(dāng)調(diào)整飛機(jī)生存力要求指標(biāo)，從而確保飛機(jī)整體性能最優(yōu)。

在JSSG系列規(guī)范中，由JSSG–2000分析得出的飛機(jī)生存概率PS，通過公式（1）可以計算出對應(yīng)的殺傷概率PK。PK由命中概率PH和該命中下的條件殺傷概率PK/H決定，見公式（2），這兩個指標(biāo)在JSSG–2001中通過易損性和敏感性規(guī)定。PH主要取決于探測概率PD、瞄準(zhǔn)概率PLOD、發(fā)射概率PL、成功制導(dǎo)概率PG和彈頭爆炸概率PDET等，見公式（3）。飛機(jī)敏感性要求主要通過采取措施改變上述概率實(shí)現(xiàn)。而相應(yīng)的措施如降低RCS信號、提高飛機(jī)飛行性能和采取防護(hù)措施等，則由JSSG–2001及其下層規(guī)范提出具體要求和實(shí)現(xiàn)手段。

飛機(jī)的易損性分析是飛機(jī)生存力分析的另外一個重要方面。針對飛機(jī)不同的關(guān)鍵部件，所選取的殺傷準(zhǔn)則不同，以殺傷概率準(zhǔn)則為例，分析流程見圖3。

飛機(jī)不同關(guān)鍵部件的條件殺傷概率計算方法不同，典型的計算方法見公式（4）和公式（5）。公式（4）則主要適用于小直徑的管路、電纜和拉桿等。而公式（5）適用于較大的飛機(jī)關(guān)鍵部件，如飛行操縱面、座艙蓋等。飛機(jī)的易損面積主要由射彈特性（類型、尺寸等）、遭遇情況（攻擊方向、撞擊速度等）、飛機(jī)破壞等級（KK，K，A，B等）和飛機(jī)特性（關(guān)鍵部件、燃油配置等）決定。因此，應(yīng)通過采取通過部件的余度與分離、布置與遮擋、損傷抑制，部件屏蔽和精簡元器件等手段降低易損性。對于飛機(jī)結(jié)構(gòu)、燃油系統(tǒng)、動力系統(tǒng)等關(guān)鍵部件，JSSG–2006這一層級的規(guī)范主要針對這些方面提出相關(guān)要求。

式中：D —射彈直徑，m；

d —關(guān)鍵部件直徑，m；

θ—管狀件受損部件對應(yīng)中心角。

式中：Ai—部件i的易損面積，m2；

Ap—部件i的暴露面積，m2；

3 JSSG系列規(guī)范中飛機(jī)生存力要求的變化

3.1 要求建立方式的變化

JSSG系列規(guī)范改變了設(shè)計要求的建立方式，以往“如何設(shè)計”的要求被徹底取代了。以往飛機(jī)生存力要求的標(biāo)準(zhǔn)中多采用“飛控系統(tǒng)應(yīng)采用多余度分離技術(shù)”的表述，這樣的易損性設(shè)計要求很容易理解，但也很容易導(dǎo)致設(shè)計方案不滿足重量要求或是成本更高而不是最優(yōu)方案。飛機(jī)設(shè)計通常有多個選擇方案，應(yīng)該通過權(quán)衡研究選擇出潛在的最優(yōu)方案，如重量輕，成本低。權(quán)衡研究應(yīng)與設(shè)計準(zhǔn)則相協(xié)調(diào)以確保飛機(jī)生存力要求不會與其他要求發(fā)生矛盾。易損性要求對于其他要求的影響也需要分析。JSSG系列規(guī)范采用了基于性能的要求來定義需求要求，通過確定恰當(dāng)?shù)?、合適的、可測量的要求，JSSG系列規(guī)范可以使采辦雙方選擇達(dá)到性能要求的一組最優(yōu)組合。

3.2 生存力驗證的變化

生存力要求的驗證是JSSG系列規(guī)范的重要特點(diǎn)，能夠體現(xiàn)美軍采辦政策。按JSSG系列規(guī)范的要求，驗證主要分為5個階段，即：系統(tǒng)要求審查、初步設(shè)計審查、關(guān)鍵設(shè)計審查、首飛審查和系統(tǒng)驗證審查。這種劃分與我國飛機(jī)研制5個階段的劃分不完全一致，比如我國將首飛納入工程研制階段。因此，在制定此類標(biāo)準(zhǔn)過程中要充分考慮這方面的差異，以避免出現(xiàn)混亂。對于JSSG系列規(guī)范中規(guī)定的描述、檢查、分析、仿真、演示和試驗等驗證方法的使用也應(yīng)充分考慮各種驗證方法的精確程度。以生存力要求驗證為例，美國目前已開發(fā)了30余種飛機(jī)生存力評估與設(shè)計方面的計算程序。飛機(jī)生存力要求非常適合JSSG的規(guī)范模式，因為這些分析工具生存力特性評估變得十分容易，較為典型的易損性評估程序有飛機(jī)易損面積、修復(fù)時間計算程序（COVART）、射擊線生成程序（SHOTGEN）、易損面積計算程序（VAREA、VAREA02）等，F(xiàn)–35使用COVART軟件評估了關(guān)鍵設(shè)備遮擋和備份設(shè)備分離技術(shù)。

4 結(jié)束語

通過JSSG系列規(guī)范的分析，可以了解基于性能的規(guī)范中飛機(jī)生存力要求的建立方式和國外飛機(jī)生存力要求標(biāo)準(zhǔn)的最新變化，JSSG系列規(guī)范中飛機(jī)生存力要求的指標(biāo)自頂向下逐級分解、界限清晰、可驗證性強(qiáng)，我國借鑒并吸收J(rèn)SSG系列規(guī)范的思想和做法將有利提高我國裝備研制水平。

（編輯：雨晴）

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C

1003–6660（2010）03–0053–04

[收修訂稿日期] 2010-03-10