直升機(jī)航電系統(tǒng)高寒山地環(huán)境飛行試驗(yàn)

袁大天 于芳芳 李太平

摘要：高原、高寒地區(qū)特殊的自然環(huán)境，地形地貌、氣候條件等都會(huì)對(duì)航空裝備的試驗(yàn)和使用產(chǎn)生很大的影響，航空裝備乃至武器裝備環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)的重要性與日俱增，為研究直升機(jī)航電系統(tǒng)高原、高寒環(huán)境適應(yīng)性及其評(píng)價(jià)方法，通過分析高原、高寒環(huán)境對(duì)直升機(jī)航電系統(tǒng)的影響因素，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)方法，得出直升機(jī)航電系統(tǒng)在高原、高寒環(huán)境下適應(yīng)性評(píng)價(jià)值，結(jié)果表明，運(yùn)用模糊評(píng)價(jià)方法能夠有效地進(jìn)行直升機(jī)航電系統(tǒng)高原、高寒環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)，提高試驗(yàn)效率。

關(guān)鍵詞：直升機(jī);航電系統(tǒng);高寒;高原;飛行試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：V275+.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

高原（山地）地區(qū)一般是指海拔在3000m以上，空氣稀薄、氣候干燥、晝夜溫差大的地區(qū)，這類地區(qū)自然條件惡劣，晝夜最大溫差可達(dá)301C。高寒地區(qū)一般是指由于海拔高或者因?yàn)榫暥雀叨纬傻奶貏e寒冷的氣候區(qū)，其最低氣溫可降至-40℃以下。海拔在3000m以上的高原地區(qū)通常也伴隨著高寒，如我國(guó)的青藏高原地區(qū)一個(gè)最顯著的自然地理特征就是高寒，本文的高寒山地特指高寒地區(qū)和高海拔的高原地區(qū)兩種地理環(huán)境。

直升機(jī)在高原、高寒等極端環(huán)境下執(zhí)行任務(wù)，增加或換裝必要的機(jī)載航電設(shè)備，達(dá)到滿足高寒、高原、沙塵等極端環(huán)境下的使用要求。如為適應(yīng)高寒山地環(huán)境下的使用，加裝防除冰裝置、輔助動(dòng)力裝置等設(shè)備，改進(jìn)氣象雷達(dá)、航電和電氣系統(tǒng)。

國(guó)內(nèi)在裝備環(huán)境適應(yīng)性方面開展了一定的研究，總結(jié)出了一些高原環(huán)境對(duì)武器裝備性能的影響[1-5];研究了高原和低壓環(huán)境對(duì)軍工電子產(chǎn)品影響[6，7]，龐志兵[8]等從理論層面分析了武器裝備論證、研制、設(shè)計(jì)定型和使用等全生命周期，提出了提高武器裝備環(huán)境適應(yīng)性水平的對(duì)策，鄒小玲[9]從設(shè)計(jì)角度，提出對(duì)高原直升機(jī)電氣系統(tǒng)改進(jìn)的辦法和措施;鄭宇[10]等對(duì)高原、高寒地區(qū)的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行了分析;在飛行試驗(yàn)領(lǐng)域，主要針對(duì)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的高寒試驗(yàn)開展了一定的研究[11，12]。

本文通過對(duì)高原、高寒環(huán)境的分析，得出影響直升機(jī)航電系統(tǒng)在這類環(huán)境下試驗(yàn)和使用的關(guān)鍵因素，建立環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)重點(diǎn)試飛科目，獲取相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)某直升機(jī)高原、高寒環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，達(dá)到規(guī)范試驗(yàn)科目、提高試驗(yàn)效率、總結(jié)試驗(yàn)方法的目的，以期使這類直升機(jī)能夠盡快投入使用，盡早發(fā)揮效用。

1 直升機(jī)高原、高寒環(huán)境試驗(yàn)的必要性

近幾年，我國(guó)直升機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，其飛行試驗(yàn)的要求也不斷提高，由過去的重點(diǎn)考核指標(biāo)符合性轉(zhuǎn)變到指標(biāo)符合加使用能力綜合試飛，尤其是裝備的環(huán)境適應(yīng)性在試驗(yàn)設(shè)計(jì)之初和試驗(yàn)過程中均得到了極大的重視。

高原、高寒特殊地區(qū)的試驗(yàn)不同于平原內(nèi)陸地區(qū)的試驗(yàn)，由于其自然條件惡劣，試驗(yàn)窗口期短，如果對(duì)試驗(yàn)環(huán)境的影響不進(jìn)行分析，對(duì)試驗(yàn)科目的設(shè)置不進(jìn)行研究，勢(shì)必導(dǎo)致試驗(yàn)難點(diǎn)和重點(diǎn)不明晰，科目設(shè)置隨意，費(fèi)效比低，試驗(yàn)數(shù)據(jù)雜亂的問題，如由于地勢(shì)高，高原常造成其獨(dú)有的局部氣候，氣候現(xiàn)象變化迅速，因此，在高原地區(qū)開展氣象雷達(dá)試驗(yàn)，應(yīng)該在完成作用距離檢查的基礎(chǔ)上，更加關(guān)注氣象雷達(dá)應(yīng)對(duì)突發(fā)性氣候現(xiàn)象預(yù)警的靈敏度。高寒地區(qū)氣候寒冷，容易達(dá)到結(jié)冰條件，而加溫系統(tǒng)、防除冰系統(tǒng)均屬于大負(fù)載設(shè)備，因此，在高寒地區(qū)開展供電系統(tǒng)試驗(yàn)，應(yīng)該在進(jìn)行供電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性檢查的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)關(guān)注大負(fù)載和應(yīng)急供電能力的檢查。本文就這些特殊地區(qū)對(duì)裝備的功能、性能和環(huán)境適應(yīng)性評(píng)估進(jìn)行深入探討，對(duì)此開展分析和研究，使特殊地區(qū)試驗(yàn)向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化邁進(jìn)。

通過飛行試驗(yàn)不但可以檢驗(yàn)直升機(jī)是否適應(yīng)高原、高寒地區(qū)的自然環(huán)境，還可以總結(jié)出一套在高原、高寒地區(qū)執(zhí)行不同任務(wù)的使用方法，以便為今后在這類特殊地區(qū)執(zhí)行任務(wù)打下基礎(chǔ)。

2 高原、高寒環(huán)境對(duì)直升機(jī)航電系統(tǒng)試驗(yàn)的影響分析

2.1 高原環(huán)境對(duì)直升機(jī)航電系統(tǒng)試驗(yàn)的影響分析

高原環(huán)境氧濃度較平原地區(qū)低，氣候干燥，屬于沙塵暴的高發(fā)地區(qū)，起降環(huán)境較平原地區(qū)惡劣許多，而且直升機(jī)由于其使用特點(diǎn)，多在野外或簡(jiǎn)易機(jī)場(chǎng)起降，旋翼下洗流的揚(yáng)沙作用較平原大許多，對(duì)人員和機(jī)載設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生一定的影響。設(shè)計(jì)單位會(huì)針對(duì)這一特點(diǎn)在設(shè)計(jì)階段對(duì)機(jī)體結(jié)構(gòu)和機(jī)載設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)以適應(yīng)高原環(huán)境的使用。因此，在試驗(yàn)過程中，我們應(yīng)針對(duì)環(huán)境特點(diǎn)以及設(shè)計(jì)改進(jìn)的具體情況，有重點(diǎn)、有針對(duì)性地設(shè)計(jì)試驗(yàn)科目。高原環(huán)境對(duì)直升機(jī)航電系統(tǒng)的影響分析及試驗(yàn)重點(diǎn)科目見表1。圖1為沙塵環(huán)境下旋翼與沙粒摩擦產(chǎn)生的靜電效應(yīng)示意。

2.2 高寒環(huán)境對(duì)直升機(jī)航電系統(tǒng)試驗(yàn)的影響分析

高寒地區(qū)冬季氣溫極低，尤其是在經(jīng)過一夜冷浸透后，對(duì)直升機(jī)航電系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、飛行性能都會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。若濕度達(dá)到一定條件，旋翼、尾槳、風(fēng)擋、進(jìn)氣道等部件容易結(jié)冰，形成冰附著層，嚴(yán)重影響飛行安全。因此，在高寒地區(qū)應(yīng)重點(diǎn)檢查低溫環(huán)境下機(jī)載設(shè)備的適應(yīng)性以及防除冰系統(tǒng)的功能，另外，直升機(jī)旋翼系統(tǒng)結(jié)冰試飛剛處于起步階段，技術(shù)難度和試飛風(fēng)險(xiǎn)較大，我們希望通過高寒地區(qū)試驗(yàn)盡早發(fā)現(xiàn)問題，暴露安全隱患，為后續(xù)的直升機(jī)旋翼系統(tǒng)結(jié)冰試飛積累經(jīng)驗(yàn)。高寒環(huán)境對(duì)直升機(jī)航電系統(tǒng)的影響分析及試驗(yàn)重點(diǎn)科目見表2。

圖2、圖3為直升機(jī)典型的在高寒地區(qū)試驗(yàn)中旋翼和尾槳產(chǎn)生積冰的情況，因此，在高寒地區(qū)需要重點(diǎn)開展防除冰系統(tǒng)的檢查。

3 直升機(jī)高原、高寒環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)模型

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

通過上述高原、高寒環(huán)境對(duì)直升機(jī)航電系統(tǒng)試驗(yàn)的影響分析，結(jié)合試驗(yàn)情況，利用層次分析法建立某直升機(jī)高原、高寒環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)基本指標(biāo)體系，如圖4所示，二級(jí)指標(biāo)中的能力一是指在高原、高寒環(huán)境下，能夠達(dá)到技術(shù)要求中所規(guī)定的功能、性能指標(biāo)的能力，二是在高原、高寒環(huán)境下，各設(shè)備針對(duì)預(yù)定任務(wù)的完成度。

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

采用專家評(píng)估和層次分析法來確定直升機(jī)高原、高寒環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)體系中各級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，將該層的各元素兩兩比較，將比較結(jié)果構(gòu)造為一個(gè)判斷矩陣。評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)重要度評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表3，由多位試飛員針對(duì)一級(jí)和二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行兩兩對(duì)比打分，得到判斷矩陣A。式中：a_ij為第i個(gè)指標(biāo)相對(duì)于第j個(gè)指標(biāo)的相對(duì)重要度，a_ij=1，a_ij=1/a_ij（i，j =1，2，…，n），一般判斷矩陣應(yīng)由熟悉問題的專家獨(dú)立給出，這里為參與試驗(yàn)的試飛員。采用乘積根法計(jì)算各級(jí)指標(biāo)權(quán)重值，得到的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重見表4。

3.3 模糊綜合評(píng)價(jià)

構(gòu)造指標(biāo)等級(jí)模糊子集，將被評(píng)價(jià)對(duì)象的模糊指標(biāo)定量化，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。模糊綜合評(píng)價(jià)主要為如下幾個(gè)步驟：

（1）確定評(píng)價(jià)因素集：根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系得到因素集，即U（U₁₁，U₁₂…U₂₆），這里共設(shè)置12個(gè)指標(biāo)。

（2）確定評(píng)價(jià)評(píng)語集：C=（C₁，C₂，C₃，C₄，C₅），評(píng)語集可以設(shè)定為3級(jí)、5級(jí)、7級(jí)等，最高可設(shè)為9級(jí)，在此，我們將評(píng)語級(jí)設(shè)定為“很好、較好、一般、差、很差”5個(gè)等級(jí)，分別用“0.9，0.7，0.5，0.3，0.1”表示，其實(shí)質(zhì)是將高原高寒環(huán)境對(duì)直升機(jī)性能的影響程度按大小劃分為相應(yīng)的技術(shù)等級(jí)。

（3）確定各因素集的權(quán)重矢量：W（W₁，W₂，…W_m），m=1，2，…，12，該值已由前面的層次分析法得到。

（4）確定各評(píng)價(jià)項(xiàng)目的模糊綜合評(píng)判矩陣：D=d_ij）_m×n根據(jù)評(píng)價(jià)等級(jí)C_i確定每一個(gè)評(píng)價(jià)方案相對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度d_ij，從而得到從因素集U到評(píng)語集C的模糊關(guān)系矩陣D：式中：n為評(píng)價(jià)方案;m為評(píng)價(jià)指標(biāo);d_ij為方案j對(duì)應(yīng)于評(píng)價(jià)指標(biāo)i的隸屬度，i=1，2，…，m，j=1，2，…，n。

（4）計(jì)算評(píng)價(jià)結(jié)果：B=W·D。根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重矢量W和模糊綜合評(píng)判矩陣D，計(jì)算得到直升機(jī)高原高寒環(huán)境適應(yīng)性的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

綜上所述，我們可以運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)某型直升機(jī)的高原高寒適應(yīng)性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，由多名參與試驗(yàn)的試飛員對(duì)其二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)打分，按照最大隸屬度原則確定評(píng)價(jià)對(duì)象的隸屬度統(tǒng)計(jì)值，見表5。

利用前面已獲得的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算得到該直升機(jī)高原、高寒環(huán)境適應(yīng)性的量化綜合評(píng)價(jià)值，B=W ·D=0.7826，綜合評(píng)價(jià)值越高則代表其高原、高寒環(huán)境適應(yīng)性越好。根據(jù)評(píng)價(jià)值與評(píng)語集“0.9，0.7，0.5，0.3，0.1”進(jìn)行比較，該直升機(jī)綜合評(píng)價(jià)值落在[0.7，0.9]區(qū)間內(nèi)，因此，可以給該直升機(jī)的高原、高寒環(huán)境適應(yīng)性評(píng)估為“較好”。

4 結(jié)論

通過分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）高原地區(qū)直升機(jī)航電系統(tǒng)主要受氣候、低氣壓、沙塵影響，可能帶來的影響主要是氣候突變導(dǎo)致迷航或危險(xiǎn)接近、供電系統(tǒng)失效概率增大、沙塵靜電引起電子設(shè)備故障等，應(yīng)主要對(duì)直升機(jī)的氣象雷達(dá)、供電系統(tǒng)、電磁兼容性等進(jìn)行驗(yàn)證。

（2）高寒地區(qū)直升機(jī)航電系統(tǒng)主要受高緯度、低溫影響，可能帶來的影響主要是衛(wèi)星通信系統(tǒng)建鏈困難、供電系統(tǒng)負(fù)載增大、環(huán)控系統(tǒng)加溫效率下降、電子設(shè)備低溫環(huán)境下故障率增加，應(yīng)主要對(duì)直升機(jī)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、無線電導(dǎo)航系統(tǒng)等進(jìn)行驗(yàn)證。

（3）高原、高寒環(huán)境從多方面影響直升機(jī)航電系統(tǒng)的性能，不能用某單項(xiàng)性能指標(biāo)來評(píng)價(jià)其的高原、高寒環(huán)境適應(yīng)性水平，需要考慮多方面的影響因素，通過開展高原、高寒飛行試驗(yàn)和環(huán)境適應(yīng)性模糊綜合評(píng)價(jià)方法相結(jié)合可以為高原高寒地區(qū)直升機(jī)航電系統(tǒng)的適應(yīng)性提供一定的參考，運(yùn)用該方法，得出某直升機(jī)的高原、高寒適應(yīng)性綜合評(píng)價(jià)值為0.7826，適應(yīng)性較好。

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