運輸直升機初始使用試飛評估

王偉鋼，田 磊，孟曉偉*

（1.海軍裝備部，西安 710089；2.中國飛行試驗研究院，西安 710089）

美國武器裝備試驗鑒定大體上分為研制試驗與評估、初始使用試驗與評估、使用試驗與評估等幾個階段[1]。其中初始使用試驗與評估是以實際使用要求和適用性為目的，貼近部隊實際使用、為支持武器裝備的前期小批生產決策和作戰(zhàn)使用而進行的試飛，是武器裝備試驗鑒定體系中重要環(huán)節(jié)。是把研制試驗與評估驗證過的試驗點帶入到貼近實戰(zhàn)的任務場景中進行飛行試驗，進行初步的作戰(zhàn)任務完成能力摸索，為后繼使用試驗與評估提供支撐。美國在RAH-66、CH-47、UH-60M 等直升機研制試驗過程中均進行了初始作戰(zhàn)使用與評估。近些年來，國內不少學者開展了一些作戰(zhàn)使用試驗研究，提出了開展使用試驗的思路和方法。例如曹裕華[2]提出了作戰(zhàn)試驗內容設計方法和試驗設計思路。顧國華[3]、趙繼廣[4]提出了發(fā)展系統(tǒng)化的作戰(zhàn)試驗技術的思路和開展裝備作戰(zhàn)試驗研究的建議。

飛行試驗是新型號飛機研制的重要環(huán)節(jié)，是為新機使用摸索和積累經驗確保飛行安全和使用效率的有效途徑[5]。國內在基于性能指標的調整、鑒定（定型）試飛方面積累了大量經驗。在國家武器裝備試驗鑒定體系變革新形勢下，開展基于作戰(zhàn)能力試驗鑒定的初始使用試飛越來越受到普遍重視[6]，以實現(xiàn)試驗鑒定中性能試驗和作戰(zhàn)試驗的無縫銜接，盡早摸清性能邊界底數和作戰(zhàn)能力。本文通過對國外運輸直升機的作戰(zhàn)任務使命、運輸直升機戰(zhàn)術等分析，從運輸直升機作戰(zhàn)任務使命分析、初始使用試飛評估指標分解、試飛方法設計、評估方法和評估模型幾個方面提出了開展運輸直升機初始使用試驗試飛的思路和評估方法。

1 運輸直升機初始使用試驗設計

1.1 作戰(zhàn)任務使命分析

任何一種武器裝備都是在國家軍事戰(zhàn)略指導下，以戰(zhàn)役為背景、戰(zhàn)術使命要求為依據，針對特定的威脅目標和具體的使用任務而研發(fā)的[6]。任務使命分析是裝備需求論證最初始的環(huán)節(jié)[7]，所以進行作戰(zhàn)使命任務分析和作戰(zhàn)任務構想是進行初始使用試驗的首先任務。試飛設計的總體思路是以作戰(zhàn)需求和作戰(zhàn)使命為出發(fā)點，以驗證作戰(zhàn)能力為主基線。本文采用樹狀分析方法，根據作戰(zhàn)任務使命找出每個預定作戰(zhàn)任務的關鍵問題和要素，把關鍵作戰(zhàn)問題分解為可量化數據指標，再依據評估指標、評估模型進行評估。

美軍以武裝、運輸和戰(zhàn)勤直升機構建的“鐵三角”作戰(zhàn)體系，在越南、伊拉克、阿富汗等戰(zhàn)爭中發(fā)揮了重要作用。其中武裝直升機偵察、摧毀敵方火力目標、壓制敵方火力，運輸直升機運載兵員、作戰(zhàn)物資，戰(zhàn)勤直升機進行戰(zhàn)場偵察、炮兵校射、機動布雷等。運輸直升機典型任務作戰(zhàn)主要包括機降作戰(zhàn)、吊掛運輸等。通過貼地飛行、隱蔽突防進行超低空飛行，實現(xiàn)縱深機降作戰(zhàn)運輸，成建制地將參戰(zhàn)兵力快速準確地機降至敵縱深或后方，開辟第二戰(zhàn)場，用于主要作戰(zhàn)方向、掌握關鍵作戰(zhàn)時機、消滅重要目標[8]，典型作戰(zhàn)任務剖面如圖1 所示（圖中各任務段表示：①起飛；②爬升；③出航；④下降；⑤超低空突防；⑥著陸、作戰(zhàn)；⑦返航……）。本文為了進一步分析作戰(zhàn)過程中的關鍵問題，將任務剖面細分幾個不同的作戰(zhàn)事件。

圖1 典型運輸直升機任務剖面示意圖

1.2 構建評估指標

評估指標是進行裝備作戰(zhàn)試驗評估的基礎和依據，指標是否合理、完整，直接關系到最后的評價結果能夠反映真實情況。按照作戰(zhàn)任務、作戰(zhàn)事件和作戰(zhàn)單元進行逐層分解的方式進行指標體系的分解，得出每個關鍵問題的關鍵指標[9]。數據類型可以分為定量的參數和定性的參數，以定量指標為主，定性指標為輔。再由各個數據指標、作戰(zhàn)單元、作戰(zhàn)事件形成整個作戰(zhàn)任務的評估指標的集合，形成一套可試飛實施考核的作戰(zhàn)任務能力指標矩陣。

以運輸直升機機降作戰(zhàn)任務為例，按照直升機任務剖面的時間和空間順序進行作戰(zhàn)事件劃分，可以簡單分為出動準備、起飛爬升、巡航、超低空突防等幾個事件。在執(zhí)行機降作戰(zhàn)任務時，經常采取貼地飛行方式進入戰(zhàn)區(qū)，以躲避雷達探測、隱蔽作戰(zhàn)企圖、避免遭受敵方襲擊，縮短暴露在敵方地面火力攻擊范圍的時間。超低空突防事件則可以分解為貼地越障飛行、穿越山谷越障等達到接近作戰(zhàn)目標區(qū)域幾個作戰(zhàn)單元。貼地越障根據任務使用需求，應滿足縱向以離地7～30 m 的高度、120～200 km/h 的速度貼地飛行，以躲避敵方的雷達探測[10]，在飛行中躲避障礙物（如小山）時，能夠以最快的速度拉起越過障礙物同時以最短的時間貼著山坡向下飛行，暴露給敵方地面火力的時間小于7.5 s。借鑒ADS-33E 定義，定義的貼地越障性能指標見表1。國外如RAH-66、NH-90、UH-60M 等多款直升機均按照急拉桿急推桿、障礙滑雪等科目的要求驗證直升機的貼地越障、規(guī)避機動飛行能力。

表1 貼地越障性能指標

1.3 試驗方法設計

依據初始使用試飛的目的、關鍵作戰(zhàn)問題、指標體系等開展試驗方案的設計對于確保試驗的成功和質量具有非常重要的作用，科學合理的試驗方案有助于合理配置資源、數據采集、試驗任務的順利完成。本次的試驗方案采取環(huán)境逼近實戰(zhàn)化、試驗系統(tǒng)工程、試驗技術可行性和經濟適用性等原則。試驗采取按照不同任務分解的作戰(zhàn)單元為先最小試驗單元進行設計，根據分解的評估指標和矩陣設計相關的測試方案，考慮不同作戰(zhàn)任務、不同的作戰(zhàn)環(huán)境的影響形成一個完整的試驗矩陣。

以運輸直升機穿越山谷飛行能力驗證為例，試飛方法為：選擇典型任務構型，平原、高原的良好目視（GVE）和不良目視環(huán)境（DVE）；通過設計定量的穿越山谷寬度、速度、高度要求等量化指標，設計出穿越山谷飛行能力驗證的機動飛行軌跡。試飛動作設計：①由沿著試驗路線中線的無加速平飛狀態(tài)開始本機動科目；②完成一系列間隔150 m（至少為路線每邊尺寸的2 倍）的平滑轉彎；③轉彎離中線的距離至少15 m，允許的最大橫向偏差為15 m；④本機動科目在參考高度30 m 以下完成；⑤在中線上以平飛改出，結束本機動科目（圖2）。

圖2 穿越山谷模擬的實例

2 評估方法和評估模型

2.1 定性指標評定方法

由于測試系統(tǒng)采集的數據具有精確度高、可信性強、客觀性強等特點，試驗評估者都希望使用測試系統(tǒng)記錄數據的定量評估方法。以實測試驗數據為基礎進行分析、建模、計算，對照指標要求給出試驗評估結論。但受到在一些情況下無法直接測量、測量精度難以保證等多方面因素導致無法使用定量評估方法，加上試驗中人的因素耦合，完全用數學方法和定量數據表達極其困難[5]，則必須采用定性評定的方式。定性評估以人的主觀判斷為基礎，直接面向試驗所關注的核心問題進行宏觀上評估，過濾試驗中過于細節(jié)的問題，降低了試驗的復雜程度。由于存在一定的主觀認識差異性，不同試驗人員對于同一試驗現(xiàn)象的主觀評估結論存在一定差異。工程師們總是希望任何指標都可以用數值或指標的形式體現(xiàn)，另外為了進行綜合評估，所以需要對定性評估結果進行定量化和標準化。本文采用對問卷調查結果進行百分制量化，采用標準差權值法給出評定結果。

2.2 評估模型

2.2.1 定量數據指標評定模型

定量數據指標的評估以試驗過程中采集可測量的量化數據為主，以作戰(zhàn)試驗評估的指標要求為依據，根據作戰(zhàn)行動目標和指標特點構建指標評估模型。評估指標對應的直升機行動的最終結果與該行動需要的評估指標的標準數值進行比較，通過計算獲得評估指標成績，根據直升機指標特點建立了A、B、C、D 4 種不同的評估模型。

模型A：對于數據結果數值越小越好的模型，式（1）中，S 為評定成績，x 為指標實測值，r 為指標標準值。

模型B：對于數據結果數值越大越好的模型，式（2）中，S 為評定成績，x 為指標實測值，r 為指標標準值。

模型C：對于數據結果數值越接近指標標準值r越好的模型，式（3）中，S 為評定成績，x 為指標實測值，r 為指標標準值；M，m 為指標允許的上下邊界（m＜r M）。

模型D：對于數據結果數值越接近（包括落入）指標標準區(qū)間[r1，r2]越好的模型，式（4）中，S 為評定成績，x 為指標實測值，r 為指標標準值，M，m 為指標允許的上下邊界（m＜r1＜r2＜M）。

2.2.2 作戰(zhàn)單元評價模型

作戰(zhàn)單元評定模型分為一次試驗和多次試驗評定模型。式（5）中：SC為一次試驗評定成績，Wi為第i 個指標的權重系數，Sgi為第i 個DATA 指標的權評定成績。式（6）中：ST為多次同類試驗評定成績，Wci為第i 個指標的權重系數，Sci為第i 個指標的權評定成績，對于不同次試驗和不同層級的指標進行加權。

2.2.3 作戰(zhàn)單元評價模型

作戰(zhàn)事件的評定模型，式（7）中：Sd為作戰(zhàn)事件評定成績，Wi為第i 個指標的權重系數，Sci為第i 個作戰(zhàn)單元的權評定成績，θ1 為影響因子，主要考慮人員對地形、設備熟悉程度和技術水平。

2.3 評估結果

由于所需的評估指標體系中數據類型多樣性，既包含定量指標又包含定性指標，不同指標之間的量綱也存在差異。為實現(xiàn)評估結果的合理化、結構化和科學化，本文采用了定量指標模型化、定性指標定量化，以及數學模型將多個指標合成整體性評估結果，將層層分解的多個指標、多作戰(zhàn)單元指標進行線性加權、混合加權等進行處理。建立不同的定量評估模型以及定性評價標準，通過定性和定量相結合的評估算法給出綜合評估結論，見表2 和表3。對于超低空突防環(huán)境的機動效能分為穿越山谷、快速通過敵方火力區(qū)域幾個關鍵的環(huán)節(jié)，通過試飛獲得的各個數據單元的成績評定模型和評定結果見表2，對各個主要環(huán)節(jié)的加權結果見表3，由結果可見超低空突防需要進一步提高，經分析該結果與直升機過載包線試飛的性能指標較為一致，主要原因是負過載能力低于要求的指標。

表2 超低空突防指標評估

表3 作戰(zhàn)環(huán)節(jié)綜合評定 分

3 結論

本文主要以運輸直升機為對象開展了初始使用試飛方法設計和評估思路研究，以運輸直升機作戰(zhàn)任務分析為出發(fā)點，采用層層的樹狀分解的方式開展了評估指標定義和指標體系的構建，進行了整個任務剖面中穿越山谷等最小作戰(zhàn)單元的試飛方法設計。主要結論如下。

1）本文根據試驗指標特點建立的評估模型，可采用定量和定性指標對運輸直升機作戰(zhàn)環(huán)節(jié)進行綜合評定。

2）超低空突防環(huán)境的機動效能分為穿越山谷、快速通過敵方火力區(qū)域等關鍵環(huán)節(jié)，通過對某型運輸直升機超低空突防任務的關鍵環(huán)節(jié)進行綜合評估，其超低空突防能力需要進一步提高，經分析該結果與直升機過載包線試飛的性能指標較為一致，主要原因是負過載能力低于要求的指標。

3）本研究是對基于作戰(zhàn)能力的新試驗鑒定模式和新技術的探索，所形成的運輸直升機初始使用試飛方法和設計思路，可為后續(xù)其他類型的直升機初始試驗試飛提供一定的借鑒。但本研究結果由于缺乏多個型號的實踐應用，在指標體系的合理性、評估結果形式等方面仍需進一步深化研究。