力挽狂澜

2017-03-06 18:59:45 航空世界 2016年11期

温杰

9月中旬,美国空军解密了一段视频,首次公开了自动地面防撞系统(AutoGCAS)在千钧一发之际挽救飞行员和战斗机的惊险瞬间。该视频是一架F-16战斗机的平视显示器在训练过程中记录的。作为此次成功避免机毁人亡的先进技术,Auto-GCAS在历经了30多年的研制和发展后,从2014年10月开始陆续配备美国空军的F-16机队。

截至目前,这种先进系统在投入使用的一年多时间里已经4次大显神威,奇迹般地让战斗机恢复安全飞行状态。2015年2月初,美国空军的一架F-16C战斗机从约旦境内起飞,参加打击叙利亚境内“伊斯兰国”武装力量的空袭行动,在持续的空对地打击过程中曾经一度陷入可控飞行撞地(CFIT)的危险境地,但是借助于最新加装的AutoGCAS,奇迹般地成为第一架绝地求生的“战隼”。

时隔一年多后,这一神奇再次发生,并被全程记录下来。此次事件发生在亚利桑那州的美国空中国民警卫队,一名飞行学员与来自美国空军的飞行教员分别驾驶一架F-16战斗机在美国西南部空域飞行,接受战斗机基本机动训练。学员驾驶飞机先执行了滚转,然后开始拉升,使F-16战斗机的过载达到了8.3,目的是体验过载引发的意识丧失(G-LOC)。

在巨大的过载下,这名学员瞬间失去了意识,无法控制F-16战斗机的方向。接着,这架“战隼”机头向下,在发动机全加力状态下,从5182米的高度进入了急剧俯冲状态。仅仅22秒时间,F-16战斗机以几乎低于水平状态50度的姿態飞行,并且达到超声速。

当这架飞机以1087千米/时的速度下降到3755米高度时,伴随飞行的教员焦急地呼叫“2号,改出!”。2秒之后,F-16战斗机已经处于机头低至55度的俯冲状态,高度下降到3292米,速度超过了1135千米/时,焦急的飞行教员再次呼喊“2号,改出!”。

随后不到2秒,当已经发狂般的飞行教员第三次呼叫学员拉起飞机时,Auto-GCAS在F-16战斗机的飞行高度2670米、飞行速度达到1207千米/时的状态下自动执行了改出机动。此时,逐渐恢复意识的学员立即拉动驾驶杆,将飞机的过载由Auto-GCAS标准改出值5.0增加到9.1。此时,F-16战斗机的最低高度大约是1332米,而雷达高度表上的显示的最小高度是896米。机载数据表明,这架F-16战斗机从失去控制到恢复安全状态还不到30秒,飞行员逃过一劫。

Auto-GCAS是一种基于软件的挽救飞机技术,通过采用机载数字地形测绘数据、强大的地形扫描模式和防撞周期算法来来监控飞行轨迹,预测即将发生的撞击地面状态,在最后时刻自动执行规避机动。它的算法由轨迹预测算法(TPA)、地形扫描算法、碰撞评估程序和飞行控制耦合等4个主要部分组成。

具体而言,Auto-GCAS借助于数字地形高程数据库和飞机的能量状态来规划飞行轨迹,通过比较已知的位置和基于前方路线的地形所预测的位置,确定是否存在即将发生的碰撞。如果确定存在碰撞的可能性,该系统将执行一个规避机动。规避轨迹的预测包括持续评估各种规避类型和机动能力,而碰撞评估程序自动地调整扫描/跟踪剖面,以适应最恰当的威胁想定。

然后,系统确定是否需要采取的规避机动、接近地面的最低飞行高度以及采取规避动作所需的时间。然后,系统立即发出规避指令,如果飞行员(无论何种原因)没有采取行动的话,将立即接管飞行控制系统来执行规避机动。一旦消除了潜在威胁,系统将把飞机的飞行控制权限交还给飞行员。

在2008~2010年间,研究团队利用一架F-16D试验机进行了全面的飞行测试,验证了Auto-GCAS在飞行员空间定向障碍或高过载诱发意识丧失、在山谷内高速穿行和低速/高速飞向山峰等多种想定情况下,如何摆脱危险、如何保障飞机在极低高度时安全地高速飞行。试飞表明,Auto-GCAS在防止战斗机撞地的测试中成功率达到98%,可以有效地防止虚假报警或意外拉升,即便是在最苛刻的战术任务情况下也不会产生干扰。

2010年底,Auto-GCAS凭借着令人满意的结果获得了美国空军的青睐,并被列入F-16机队的M6.2+作战飞行计划(OFP)软件升级的一部分。从2014年10月开始,美国空军在配备有数字式电传飞控系统的第40/50批次F-16战斗机上加装Auto-GCAS,目前已基本完成了升级工作。

从经济效益来讲,美国空军只需Auto-GCAS挽救一架飞机就能为这项研制计划埋单,目前已经多次出现了这种情况。毫无疑问,这项技术可谓物有所值。对美国空军而言,这不只是一个安全问题,更是关系到持续作战能力。