從軍用基礎(chǔ)教練機(jī)的發(fā)展看新型基礎(chǔ)教練機(jī)的技術(shù)需求

楊 波，劉 卓，呂 婧

（中航工業(yè)洪都,江西南昌330024)

0 引言

軍用基礎(chǔ)教練機(jī)作為向上承接高級(jí)教練機(jī)向下銜接篩選/初級(jí)教練機(jī)的重要教練裝備，主要用于飛行學(xué)員的基本飛行駕駛技術(shù)和基本戰(zhàn)斗技術(shù)等方面的訓(xùn)練[1]，使飛行學(xué)員在該訓(xùn)練階段熟練掌握基本飛行駕駛技能，并通過該階段對(duì)飛行學(xué)員進(jìn)行考察，以淘汰部分無法適應(yīng)和掌握基本飛行駕駛技術(shù)的學(xué)員。在三代機(jī)成為主力機(jī)種、四代機(jī)逐步服役的今日，飛行員的培訓(xùn)目標(biāo)也發(fā)生了重大的變化[2]，這些變化對(duì)作為飛行員訓(xùn)練體系下重要環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)教練機(jī)，從平臺(tái)特性、系統(tǒng)功能、訓(xùn)練效益、安全性和保障性等方面都提出了新的需求。本文將從軍用基礎(chǔ)教練機(jī)的發(fā)展歷史及未來發(fā)展趨勢入手，以飛行員培訓(xùn)目標(biāo)為核心，從平臺(tái)性能、系統(tǒng)功能、訓(xùn)練效益、安全保障等方面，梳理并探討新型基礎(chǔ)教練機(jī)的技術(shù)需求。

1 軍用基礎(chǔ)教練機(jī)的發(fā)展與現(xiàn)狀

1.1 歷史發(fā)展

教練機(jī)的發(fā)展起始于1909年的軍用教練機(jī)雙座萊特A型飛機(jī)。早期的教練機(jī)，由于作戰(zhàn)飛機(jī)采用活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，飛行速度不大，僅需與戰(zhàn)斗機(jī)性能相似，便可滿足成批飛行員的培養(yǎng)需求。到了20世紀(jì)40年代末到50年代末，隨著噴氣式軍用飛機(jī)的出現(xiàn)，原有的活塞式教練機(jī)無法直接銜接飛行速度大幅提升后的噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)，經(jīng)過改裝或改型后的老式噴氣教練機(jī)可作為活塞式篩選/初級(jí)教練機(jī)與戰(zhàn)斗機(jī)的過渡，用于進(jìn)行高級(jí)訓(xùn)練。這樣的訓(xùn)練方式，使得初級(jí)與高級(jí)訓(xùn)練之間銜接十分不理想，導(dǎo)致整體訓(xùn)練效益不高，因此在60年代初一些飛行訓(xùn)練專業(yè)和飛機(jī)研制公司，開始利用數(shù)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)手段，從訓(xùn)練效益角度出發(fā)，開始基礎(chǔ)教練機(jī)的研制以優(yōu)化飛行訓(xùn)練的銜接關(guān)系[3]。70年代到80年代末，隨著以渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的基礎(chǔ)教練機(jī)壽命逐步達(dá)到退役年限，各飛機(jī)生產(chǎn)廠商又開始了新一輪基礎(chǔ)教練機(jī)的研制并大量應(yīng)用于軍事飛行訓(xùn)練。

基礎(chǔ)教練機(jī)是在60年代初，活塞式初級(jí)教練機(jī)與噴氣式高級(jí)教練機(jī)銜接跨度大，整體訓(xùn)練效益不高的需求背景下，按照提升訓(xùn)練效益、優(yōu)化教練機(jī)搭配結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想，以合理銜接初級(jí)訓(xùn)練與高級(jí)訓(xùn)練為目標(biāo)，開始研制并投入使用的。具有代表性的，如法國的CM.170、美國的T-37和T-2。

隨著第一代以渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的噴氣式基礎(chǔ)教練機(jī)到壽，部分國家根據(jù)訓(xùn)練費(fèi)用、效能研究結(jié)果和訓(xùn)練使用的經(jīng)驗(yàn)積累，開始對(duì)教練機(jī)體制進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。由此引發(fā)了新一輪的教練機(jī)研制。在中級(jí)教練機(jī)領(lǐng)域，一批基礎(chǔ)教練機(jī)陸續(xù)問世并進(jìn)入各國訓(xùn)練體系。它們按照推進(jìn)方式的不同，已基本形成渦扇基礎(chǔ)教練機(jī)和渦槳基礎(chǔ)教練機(jī)兩個(gè)方向。比較著名的有中國的K-8（渦扇）、捷克的L-39（渦扇）、美國的T-6A（渦槳），巴西的EMB-312（渦槳）等[4]。

1.2 發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)過多年的發(fā)展，目前在基礎(chǔ)教練機(jī)使用方面，渦扇基礎(chǔ)教練機(jī)和渦槳基礎(chǔ)教練機(jī)有其各自的技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)，例如在飛行性能方面，渦扇基礎(chǔ)教練機(jī)具有更好的飛行性能，使其在使用方面具有更好的潛力，可以承擔(dān)部分高級(jí)訓(xùn)練內(nèi)容；在經(jīng)濟(jì)性方面，渦槳基礎(chǔ)教練機(jī)因其動(dòng)力裝置的特性，使其具有更為經(jīng)濟(jì)的燃油消耗和使用成本[5]。這兩種基礎(chǔ)教練機(jī)由其各自特點(diǎn)在全球市場上都獲得了較為廣泛的客戶。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，渦扇教練機(jī)的市場占有率在55%左右，渦槳教練機(jī)的市場占有率在45%左右，呈現(xiàn)出各占半壁江山的局面[4]。

隨著新一代高級(jí)教練機(jī)逐步進(jìn)入各國訓(xùn)練體系，基礎(chǔ)教練機(jī)根據(jù)飛行學(xué)員訓(xùn)練目標(biāo)和需求的變化，通過在人機(jī)界面、航電系統(tǒng)等方面的不斷優(yōu)化升級(jí)，來適應(yīng)訓(xùn)練體制變革對(duì)基礎(chǔ)教練機(jī)提出的新需求。例如，通過改變傳統(tǒng)的分立式儀表和瞄準(zhǔn)具的座艙布局形式，升級(jí)發(fā)展平視顯示器和智能多功能顯示等，提升先進(jìn)高級(jí)教練機(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)展對(duì)人機(jī)界面的需求；通過增加現(xiàn)代化機(jī)載設(shè)備或優(yōu)化航電系統(tǒng)構(gòu)架，提升航電系統(tǒng)能力，優(yōu)化功能銜接性；通過增加目標(biāo)搜索與探測設(shè)備，增加武器外掛品種，擴(kuò)展使用用途，提升戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練能力并使其具備一定的空戰(zhàn)和對(duì)地目標(biāo)打擊能力。

2 新型基礎(chǔ)教練機(jī)的技術(shù)需求分析

近年來，世界各國的第三代戰(zhàn)斗機(jī)已成為主力機(jī)種，第四代戰(zhàn)斗機(jī)也逐步服役，飛行員的培訓(xùn)目標(biāo)與需求發(fā)生了重大的變化，世界各國根據(jù)飛行員訓(xùn)練需求變化，以訓(xùn)練效益最大化為目標(biāo)，開始換裝以中國的L15、俄羅斯的YAK-130、意大利的M346和韓國的T-50為代表的新一代高級(jí)教練機(jī)。隨著新一代高級(jí)教練機(jī)的服役和飛行員培訓(xùn)目標(biāo)的變化，基礎(chǔ)教練機(jī)在角色與定位方面也發(fā)生著調(diào)整和優(yōu)化，這就需要在新的訓(xùn)練需求與教練機(jī)體系銜接性關(guān)系中，分析和探討新型基礎(chǔ)教練機(jī)的技術(shù)需求。

2.1 飛行性能

基礎(chǔ)教練機(jī)的發(fā)展必須著眼整個(gè)訓(xùn)練體系需求，使其與篩選/初級(jí)教練機(jī)和高級(jí)教練機(jī)之間形成適中的跨度、恰當(dāng)?shù)你暯樱赃_(dá)到整個(gè)訓(xùn)練體系效益的最大化。新型基礎(chǔ)教練機(jī)不能過分追求飛行性能，這樣會(huì)使飛機(jī)的訓(xùn)練效費(fèi)比不高，銜接不合理。因此，要求新型基礎(chǔ)教練機(jī)的飛行性能應(yīng)當(dāng)適度，滿足銜接性要求即可。

根據(jù)新型基礎(chǔ)教練機(jī)在體系中的上、下銜接要求，以典型的篩選/初級(jí)教練機(jī)和新一代高級(jí)教練機(jī)為設(shè)計(jì)目標(biāo)，采用飛行性能銜接性外推分析方法對(duì)新型基礎(chǔ)平臺(tái)主要性能進(jìn)行分析。選取上世紀(jì)50年代至2010年前美國、蘇聯(lián)（俄羅斯）、英國、法國、中國、日本、意大利等國家訓(xùn)練體制中的各型教練機(jī)作為分析樣本[4]，對(duì)其各級(jí)教練機(jī)的銜接性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸，分析出教練機(jī)銜接性系數(shù)隨年代的變化數(shù)據(jù)和擬合曲線，外推未來新型基礎(chǔ)教練機(jī)的平臺(tái)主要性能需求，見表1。

2.2 座艙布局

基礎(chǔ)教練機(jī)的座艙布局應(yīng)同時(shí)考慮銜接性要求和不同用戶的不同需求，使得飛行學(xué)員養(yǎng)成與培訓(xùn)目標(biāo)相一致的注意力分配和轉(zhuǎn)移習(xí)慣，形成與高級(jí)教練機(jī)和作戰(zhàn)飛機(jī)良好的銜接。這已成為基礎(chǔ)教練機(jī)在座艙布局方面發(fā)展的必然方向。在座艙布局設(shè)計(jì)方面需采用平視顯示器，并盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化的座艙布局，與高級(jí)教練機(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)形成良好的銜接。同時(shí)，考慮不同用戶的飛行學(xué)員初始能力存在一定的差異，在座艙儀表板和操縱臺(tái)設(shè)計(jì)方面應(yīng)采用模塊化設(shè)計(jì)，通過搭建通用性結(jié)構(gòu)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)座艙布局的客戶訂制化。

表1 新型基礎(chǔ)教練機(jī)的主要飛行性能要求

2.3 系統(tǒng)功能

基礎(chǔ)教練機(jī)在系統(tǒng)功能上需要以最小的成本代價(jià)，滿足對(duì)高級(jí)教練機(jī)系統(tǒng)功能的模擬，同時(shí)能夠與篩選/初級(jí)教練機(jī)構(gòu)成平滑銜接，形成適度的跨度，降低淘汰率。

1）操縱系統(tǒng)

飛行學(xué)員在基礎(chǔ)訓(xùn)練階段主要是完成基本駕駛技術(shù)的掌握與熟悉，更加強(qiáng)調(diào)飛行學(xué)員對(duì)基本飛行理論、概念與實(shí)質(zhì)的體會(huì)和理解[6]。作為該訓(xùn)練階段使用的基礎(chǔ)教練機(jī)，應(yīng)采用機(jī)械操縱系統(tǒng)，在操縱特性上與篩選/初級(jí)教練機(jī)合理銜接，使學(xué)員更好地掌握基本飛行駕駛技術(shù)。對(duì)于采用渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)教練機(jī)，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施，最大限度地減輕扭矩影響，獲得與噴氣式飛機(jī)相近的操縱特性。

2）動(dòng)力裝置

動(dòng)力裝置應(yīng)從降低燃油消耗方面考慮，選擇推重比（功重比）與平臺(tái)性能匹配的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)或渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)。由于新型基礎(chǔ)教練機(jī)使用頻繁、強(qiáng)調(diào)全壽命周期費(fèi)用，需要選用的發(fā)動(dòng)機(jī)具有優(yōu)異的可靠性，以保證良好的出勤率；具有更長的使用壽命，可實(shí)現(xiàn)視情更換，以減少發(fā)動(dòng)機(jī)備件儲(chǔ)備和換發(fā)次數(shù)，降低全壽命周期費(fèi)用。

3）系統(tǒng)

新型基礎(chǔ)教練機(jī)的航電、機(jī)電等系統(tǒng)應(yīng)能支撐平臺(tái)的使用和運(yùn)作，航電系統(tǒng)方面應(yīng)預(yù)留適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展接口和武器應(yīng)用接口，為后續(xù)增加戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練和擴(kuò)展執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)提供平臺(tái)基礎(chǔ)保障；采用嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)，擴(kuò)展訓(xùn)練能力；采用輕型零零彈射座椅、常規(guī)供氧系統(tǒng)和座艙環(huán)控系統(tǒng)，滿足飛行員的生命保障需求。

2.4 經(jīng)濟(jì)性

隨著飛機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，和軍費(fèi)限制，越來越多的用戶開始在提高訓(xùn)練效益的基礎(chǔ)上追求低成本[7]。由于基礎(chǔ)教練機(jī)在培訓(xùn)體制中使用時(shí)間長，其經(jīng)濟(jì)性地位顯得更為突出。用戶不僅僅需要以單一的采購成本或燃油成本來衡量選擇，也要綜合考慮包括培訓(xùn)、使用維護(hù)、綜合保障、場站建設(shè)等各方面的成本，以實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練效益最大化。

新型基礎(chǔ)教練機(jī)在研制過程中，需要開展全壽命周期的成本設(shè)計(jì)與控制。通過合理確定技術(shù)指標(biāo)和要求，適度選擇新的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，盡可能使用貨架產(chǎn)品，下載并應(yīng)用成熟的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)新型基礎(chǔ)教練機(jī)的經(jīng)濟(jì)性要求。

2.5 安全性

盡管提高訓(xùn)練效益和低成本投入是教練機(jī)發(fā)展追求的目標(biāo)，但是飛行員本身才是重中之重，故飛行員在訓(xùn)練階段的自身安全性是教練機(jī)的重要需求之一。而作為基礎(chǔ)教練機(jī)，在其上進(jìn)行飛行訓(xùn)練的往往都是剛從活塞式低速飛機(jī)（300 km/h左右）[1]上畢業(yè)的飛行學(xué)員，對(duì)于剛剛接觸到更高的速度、更為復(fù)雜的人機(jī)界面和彈射座椅等新事物，其技術(shù)和心理都處于成長階段，學(xué)員、教練機(jī)、環(huán)境、任務(wù)等安全性因素相互影響、作用，會(huì)對(duì)飛行訓(xùn)練安全造成重大影響。這些對(duì)基礎(chǔ)教練機(jī)平臺(tái)的安全性提出了更高的要求。

新型基礎(chǔ)教練機(jī)在考慮飛行性能、系統(tǒng)功能的銜接性和經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，要更加注重安全性設(shè)計(jì)，提高飛機(jī)平臺(tái)的可靠性和安全性。在座艙布局方面應(yīng)更加注重防差錯(cuò)設(shè)計(jì)，防止飛行學(xué)員誤操作對(duì)飛行安全的影響；在系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)方面應(yīng)注重系統(tǒng)余度設(shè)計(jì)，減少飛行學(xué)員的心理負(fù)擔(dān)；在氣動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)方面應(yīng)注重平臺(tái)的失速螺旋特性，提升飛機(jī)的安全性能。

3 結(jié)語

通過基礎(chǔ)教練機(jī)的發(fā)展歷史以及現(xiàn)狀可以看出，基礎(chǔ)教練機(jī)作為在教練機(jī)體系中的過渡機(jī)種，其產(chǎn)生和發(fā)展與飛行員訓(xùn)練目標(biāo)、用戶對(duì)教練機(jī)搭配的選擇以及高級(jí)教練機(jī)的發(fā)展等各個(gè)方面都密切相關(guān)。隨著新一代高級(jí)教練機(jī)的服役和飛行員培訓(xùn)目標(biāo)的變化，基礎(chǔ)教練機(jī)在角色與定位方面也發(fā)生著不斷調(diào)整和優(yōu)化，在新的訓(xùn)練需求和教練機(jī)體系銜接性關(guān)系中，新型基礎(chǔ)教練機(jī)在飛行性能、座艙布局、系統(tǒng)功能、安全性和經(jīng)濟(jì)性等方面都有著其特定的技術(shù)需求，這些技術(shù)需求也成為新型基礎(chǔ)教練機(jī)適應(yīng)訓(xùn)練體系的發(fā)展方向。

[1]世界飛機(jī)手冊編寫組，世界飛機(jī)手冊2000，航空工業(yè)出版社，2000.

[2]劉卓，新一代高級(jí)教練機(jī)發(fā)展趨勢研究，教練機(jī)，2010.4.

[3]郭道平，高級(jí)教練機(jī)迎來第三次浪潮，國際航空，2003.7.

[4]Paul Jackson MRAeS,Jane's ALL THE WORDLD'S AIR CRAFT 2004-2005 [M],Jane's Information Group Inc,2004.

[5]世界中小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)手冊編委會(huì)，世界中小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)手冊，航空工業(yè)出版社，2006.

[6]丁邦昕，飛機(jī)駕駛學(xué)，藍(lán)天出版社，2004.

[7]飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊編委會(huì)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)，航空工業(yè)出版社，2001.