綜合飛行控制系統(tǒng)效能評估技術(shù)研究

趙 慧，李 剛，李吉寬，劉小雄

（1、西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院，陜西 西安 710072；2、空軍試飛局，陜西 西安 710089）

引言

綜合飛行控制技術(shù)主要研究飛機(jī)發(fā)動機(jī)和飛行控制系統(tǒng)的綜合控制，以提高飛機(jī)的整體飛行性能。近年來，在飛機(jī)飛行控制技術(shù)上的重大發(fā)展是將飛機(jī)的飛行控制與發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)綜合。一般來說，綜合飛行/推進(jìn)控制技術(shù)包括系統(tǒng)功能綜合和系統(tǒng)物理綜合。功能綜合是提高飛機(jī)系統(tǒng)整體性能的有效途徑，物理綜合可改善系統(tǒng)有效性和效能。系統(tǒng)效能是研制使用該系統(tǒng)所追求的總體目標(biāo)，是裝備系統(tǒng)規(guī)劃、研制和裝備部隊的基本依據(jù)，是評價系統(tǒng)優(yōu)劣最重要的綜合性指標(biāo)，是判斷裝備作戰(zhàn)勝負(fù)的重要依據(jù)。作戰(zhàn)效能反映的是系統(tǒng)在作戰(zhàn)運用中系統(tǒng)效能的發(fā)揮程度和結(jié)果，因此可以說，建立綜合飛行控制系統(tǒng)效能指標(biāo)體系及評估模型，對綜合飛行控制系統(tǒng)效能進(jìn)行評估，是對作戰(zhàn)效能進(jìn)行評估的基礎(chǔ)，對于提高綜合飛行控制系統(tǒng)性能和提高飛機(jī)總體作戰(zhàn)能力具有十分重要意義[1]。

1 效能評估基本步驟

效能評估常采用ADC方法，ADC模型是將系統(tǒng)的效能作為系統(tǒng)的有效性（可用性）、可信賴性（可靠性）、和能力的函數(shù)來研究。建立評估模型可分為四部分，即描述狀態(tài)、確定有效性向量、確定可信度矩陣、確定能力向量或矩陣。將有效性向量、可信度矩陣和能力向量（矩陣）連乘，其積就是武器系統(tǒng)的總的效能量度值。層次分析法（The analytic hierarchy process，AHP）是系統(tǒng)工程中經(jīng)常使用的分析方法。用層次分析法研究系統(tǒng)效能的基本思想，是將系統(tǒng)所包含的全體因素（包括諸多技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)、可靠性、維修性、保障性及與它們相關(guān)的諸多中間的綜合品質(zhì)指標(biāo)）劃分為不同的層次（如目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層），并用框圖形式表示各層次的遞階結(jié)構(gòu)與各因素的從屬關(guān)系[2]。

根據(jù)綜合飛行控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對其進(jìn)行效能評估步驟如下：

1）建立系統(tǒng)效能的評估體系，將系統(tǒng)的效能分為可用性、可行性和能力三部分；

2）用AHP法建立系統(tǒng)效能的能力評估體系；

3）對同一層次中各因素相對于上一層因素的重要性進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造權(quán)重判斷矩陣；

4）計算判斷矩陣每一行元素的乘積；

5）計算判斷矩陣的最大特征根；

6）將每層指標(biāo)的權(quán)重相乘，計算出底層指標(biāo)相對于固有能力的權(quán)重；

7）運用底層的效用值和各層的指標(biāo)權(quán)重計算能力的效能矩陣；

8）根據(jù)系統(tǒng)的故障間隔時間和修復(fù)時間算出系統(tǒng)的可用性矩陣和可信性矩陣；

9）運用ADC方法算出系統(tǒng)的總效能值[3]。

2 飛行/推力綜合控制系統(tǒng)效能評估

飛行/推力綜合控制系統(tǒng)效能評估指標(biāo)體系中第一層為目標(biāo)層：飛行/推力綜合控制系統(tǒng)效能(E)；第二層為準(zhǔn)則層，主要從飛行/推力綜合控制系統(tǒng)效能的各個方面，系統(tǒng)的可用性、可信性及系統(tǒng)固有能力來考慮；第三層為子準(zhǔn)則層，即把第二層的準(zhǔn)則具體化，用不同的指標(biāo)來度量，比如固有能力包括機(jī)動性能、基本性能、續(xù)航性能和控制操縱性能[4]。

飛行/推力綜合控制系統(tǒng)用于改善飛機(jī)的操作性能和控制能力。飛行器的可用性由故障率和維修率組成，飛行可靠性、環(huán)境適應(yīng)性和平均壽命影響飛機(jī)的可信性，衡量一個飛行/推力綜合控制系統(tǒng)的能力由飛機(jī)的機(jī)動性能、基本性能、續(xù)航性能和控制操縱性能組成。飛機(jī)的機(jī)動能力是飛機(jī)快速執(zhí)行對敵攻擊，遇險逃脫的重要保障。最大爬升率是飛機(jī)迅速上升到指定高度的能力度量，駕駛員所能抵抗的最大過載，這是飛機(jī)完成超機(jī)動動作的保證。

飛行/推力綜合控制系統(tǒng)的基本性能包括最大馬赫數(shù)、起飛著陸性能、空氣流量、涵道比、推重比和升限。起飛著陸性能是飛機(jī)進(jìn)行其他活動的基本條件，也反映了飛機(jī)的抗擾動性能，最大馬赫數(shù)保證飛機(jī)最快到達(dá)目的地，而升限是飛機(jī)躲避雷達(dá)并順利完成探測任務(wù)的條件，起飛著陸性能保證飛機(jī)正常的起落[5]。

飛機(jī)能否按照指定的命令到達(dá)目的地是飛行/推力綜合控制系統(tǒng)性能好壞的反映，續(xù)航性能反映了飛行/推力綜合控制系統(tǒng)的持久力。顯然，最大航程和巡航速度直接反映了續(xù)航能力，同樣的任務(wù)，飛機(jī)的控制方法有很多，但是如何用最少的油耗完成任務(wù)，體現(xiàn)了飛行/推力綜合控制系統(tǒng)的先進(jìn)性[6]。

飛行/推力綜合控制系統(tǒng)所要承擔(dān)改善飛行品質(zhì)這一基本任務(wù)，操縱期望參數(shù)CAP指標(biāo)是飛行/推力綜合系統(tǒng)改善飛機(jī)操縱性的重要指標(biāo)，飛行/推力綜合控制系統(tǒng)的作用是實現(xiàn)對制導(dǎo)指令的跟蹤，控制精度和跟蹤誤差反映跟蹤性能。

由以上分析建立飛行/推力綜合控制系統(tǒng)效能評價模型如圖1所示：

圖1 飛行/推力綜合控制系統(tǒng)效能評估模型

圖2 效能評估結(jié)果圖

根據(jù)上文介紹的評估步驟，應(yīng)用AHP和ADC模型分析方法建立軟件算法模型，帶入飛機(jī)綜合系統(tǒng)的性能指標(biāo)和相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計算，仿真解算結(jié)果如圖2所示。

3 結(jié)論

本文建立了飛行/推力綜合控制系統(tǒng)的評估體系，采用ADC法對系統(tǒng)進(jìn)行評估，用層次分析法對系統(tǒng)的能力進(jìn)行評估，得出了系統(tǒng)的可用性、可信性和能力，進(jìn)而求出了系統(tǒng)的效能值，為飛機(jī)設(shè)計和任務(wù)編排提供理論基礎(chǔ)。