运输直升机初始使用试飞评估

王伟钢，田 磊，孟晓伟*

（1.海军装备部，西安 710089；2.中国飞行试验研究院，西安 710089）

美国武器装备试验鉴定大体上分为研制试验与评估、初始使用试验与评估、使用试验与评估等几个阶段[1]。其中初始使用试验与评估是以实际使用要求和适用性为目的，贴近部队实际使用、为支持武器装备的前期小批生产决策和作战使用而进行的试飞，是武器装备试验鉴定体系中重要环节。是把研制试验与评估验证过的试验点带入到贴近实战的任务场景中进行飞行试验，进行初步的作战任务完成能力摸索，为后继使用试验与评估提供支撑。美国在RAH-66、CH-47、UH-60M 等直升机研制试验过程中均进行了初始作战使用与评估。近些年来，国内不少学者开展了一些作战使用试验研究，提出了开展使用试验的思路和方法。例如曹裕华[2]提出了作战试验内容设计方法和试验设计思路。顾国华[3]、赵继广[4]提出了发展系统化的作战试验技术的思路和开展装备作战试验研究的建议。

飞行试验是新型号飞机研制的重要环节，是为新机使用摸索和积累经验确保飞行安全和使用效率的有效途径[5]。国内在基于性能指标的调整、鉴定（定型）试飞方面积累了大量经验。在国家武器装备试验鉴定体系变革新形势下，开展基于作战能力试验鉴定的初始使用试飞越来越受到普遍重视[6]，以实现试验鉴定中性能试验和作战试验的无缝衔接，尽早摸清性能边界底数和作战能力。本文通过对国外运输直升机的作战任务使命、运输直升机战术等分析，从运输直升机作战任务使命分析、初始使用试飞评估指标分解、试飞方法设计、评估方法和评估模型几个方面提出了开展运输直升机初始使用试验试飞的思路和评估方法。

1 运输直升机初始使用试验设计

1.1 作战任务使命分析

任何一种武器装备都是在国家军事战略指导下，以战役为背景、战术使命要求为依据，针对特定的威胁目标和具体的使用任务而研发的[6]。任务使命分析是装备需求论证最初始的环节[7]，所以进行作战使命任务分析和作战任务构想是进行初始使用试验的首先任务。试飞设计的总体思路是以作战需求和作战使命为出发点，以验证作战能力为主基线。本文采用树状分析方法，根据作战任务使命找出每个预定作战任务的关键问题和要素，把关键作战问题分解为可量化数据指标，再依据评估指标、评估模型进行评估。

美军以武装、运输和战勤直升机构建的“铁三角”作战体系，在越南、伊拉克、阿富汗等战争中发挥了重要作用。其中武装直升机侦察、摧毁敌方火力目标、压制敌方火力，运输直升机运载兵员、作战物资，战勤直升机进行战场侦察、炮兵校射、机动布雷等。运输直升机典型任务作战主要包括机降作战、吊挂运输等。通过贴地飞行、隐蔽突防进行超低空飞行，实现纵深机降作战运输，成建制地将参战兵力快速准确地机降至敌纵深或后方，开辟第二战场，用于主要作战方向、掌握关键作战时机、消灭重要目标[8]，典型作战任务剖面如图1 所示（图中各任务段表示：①起飞；②爬升；③出航；④下降；⑤超低空突防；⑥着陆、作战；⑦返航……）。本文为了进一步分析作战过程中的关键问题，将任务剖面细分几个不同的作战事件。

图1 典型运输直升机任务剖面示意图

1.2 构建评估指标

评估指标是进行装备作战试验评估的基础和依据，指标是否合理、完整，直接关系到最后的评价结果能够反映真实情况。按照作战任务、作战事件和作战单元进行逐层分解的方式进行指标体系的分解，得出每个关键问题的关键指标[9]。数据类型可以分为定量的参数和定性的参数，以定量指标为主，定性指标为辅。再由各个数据指标、作战单元、作战事件形成整个作战任务的评估指标的集合，形成一套可试飞实施考核的作战任务能力指标矩阵。

以运输直升机机降作战任务为例，按照直升机任务剖面的时间和空间顺序进行作战事件划分，可以简单分为出动准备、起飞爬升、巡航、超低空突防等几个事件。在执行机降作战任务时，经常采取贴地飞行方式进入战区，以躲避雷达探测、隐蔽作战企图、避免遭受敌方袭击，缩短暴露在敌方地面火力攻击范围的时间。超低空突防事件则可以分解为贴地越障飞行、穿越山谷越障等达到接近作战目标区域几个作战单元。贴地越障根据任务使用需求，应满足纵向以离地7～30 m 的高度、120～200 km/h 的速度贴地飞行，以躲避敌方的雷达探测[10]，在飞行中躲避障碍物（如小山）时，能够以最快的速度拉起越过障碍物同时以最短的时间贴着山坡向下飞行，暴露给敌方地面火力的时间小于7.5 s。借鉴ADS-33E 定义，定义的贴地越障性能指标见表1。国外如RAH-66、NH-90、UH-60M 等多款直升机均按照急拉杆急推杆、障碍滑雪等科目的要求验证直升机的贴地越障、规避机动飞行能力。

表1 贴地越障性能指标

1.3 试验方法设计

依据初始使用试飞的目的、关键作战问题、指标体系等开展试验方案的设计对于确保试验的成功和质量具有非常重要的作用，科学合理的试验方案有助于合理配置资源、数据采集、试验任务的顺利完成。本次的试验方案采取环境逼近实战化、试验系统工程、试验技术可行性和经济适用性等原则。试验采取按照不同任务分解的作战单元为先最小试验单元进行设计，根据分解的评估指标和矩阵设计相关的测试方案，考虑不同作战任务、不同的作战环境的影响形成一个完整的试验矩阵。

以运输直升机穿越山谷飞行能力验证为例，试飞方法为：选择典型任务构型，平原、高原的良好目视（GVE）和不良目视环境（DVE）；通过设计定量的穿越山谷宽度、速度、高度要求等量化指标，设计出穿越山谷飞行能力验证的机动飞行轨迹。试飞动作设计：①由沿着试验路线中线的无加速平飞状态开始本机动科目；②完成一系列间隔150 m（至少为路线每边尺寸的2 倍）的平滑转弯；③转弯离中线的距离至少15 m，允许的最大横向偏差为15 m；④本机动科目在参考高度30 m 以下完成；⑤在中线上以平飞改出，结束本机动科目（图2）。

图2 穿越山谷模拟的实例

2 评估方法和评估模型

2.1 定性指标评定方法

由于测试系统采集的数据具有精确度高、可信性强、客观性强等特点，试验评估者都希望使用测试系统记录数据的定量评估方法。以实测试验数据为基础进行分析、建模、计算，对照指标要求给出试验评估结论。但受到在一些情况下无法直接测量、测量精度难以保证等多方面因素导致无法使用定量评估方法，加上试验中人的因素耦合，完全用数学方法和定量数据表达极其困难[5]，则必须采用定性评定的方式。定性评估以人的主观判断为基础，直接面向试验所关注的核心问题进行宏观上评估，过滤试验中过于细节的问题，降低了试验的复杂程度。由于存在一定的主观认识差异性，不同试验人员对于同一试验现象的主观评估结论存在一定差异。工程师们总是希望任何指标都可以用数值或指标的形式体现，另外为了进行综合评估，所以需要对定性评估结果进行定量化和标准化。本文采用对问卷调查结果进行百分制量化，采用标准差权值法给出评定结果。

2.2 评估模型

2.2.1 定量数据指标评定模型

定量数据指标的评估以试验过程中采集可测量的量化数据为主，以作战试验评估的指标要求为依据，根据作战行动目标和指标特点构建指标评估模型。评估指标对应的直升机行动的最终结果与该行动需要的评估指标的标准数值进行比较，通过计算获得评估指标成绩，根据直升机指标特点建立了A、B、C、D 4 种不同的评估模型。

模型A：对于数据结果数值越小越好的模型，式（1）中，S 为评定成绩，x 为指标实测值，r 为指标标准值。

模型B：对于数据结果数值越大越好的模型，式（2）中，S 为评定成绩，x 为指标实测值，r 为指标标准值。

模型C：对于数据结果数值越接近指标标准值r越好的模型，式（3）中，S 为评定成绩，x 为指标实测值，r 为指标标准值；M，m 为指标允许的上下边界（m＜r M）。

模型D：对于数据结果数值越接近（包括落入）指标标准区间[r1，r2]越好的模型，式（4）中，S 为评定成绩，x 为指标实测值，r 为指标标准值，M，m 为指标允许的上下边界（m＜r1＜r2＜M）。

2.2.2 作战单元评价模型

作战单元评定模型分为一次试验和多次试验评定模型。式（5）中：SC为一次试验评定成绩，Wi为第i 个指标的权重系数，Sgi为第i 个DATA 指标的权评定成绩。式（6）中：ST为多次同类试验评定成绩，Wci为第i 个指标的权重系数，Sci为第i 个指标的权评定成绩，对于不同次试验和不同层级的指标进行加权。

2.2.3 作战单元评价模型

作战事件的评定模型，式（7）中：Sd为作战事件评定成绩，Wi为第i 个指标的权重系数，Sci为第i 个作战单元的权评定成绩，θ1 为影响因子，主要考虑人员对地形、设备熟悉程度和技术水平。

2.3 评估结果

由于所需的评估指标体系中数据类型多样性，既包含定量指标又包含定性指标，不同指标之间的量纲也存在差异。为实现评估结果的合理化、结构化和科学化，本文采用了定量指标模型化、定性指标定量化，以及数学模型将多个指标合成整体性评估结果，将层层分解的多个指标、多作战单元指标进行线性加权、混合加权等进行处理。建立不同的定量评估模型以及定性评价标准，通过定性和定量相结合的评估算法给出综合评估结论，见表2 和表3。对于超低空突防环境的机动效能分为穿越山谷、快速通过敌方火力区域几个关键的环节，通过试飞获得的各个数据单元的成绩评定模型和评定结果见表2，对各个主要环节的加权结果见表3，由结果可见超低空突防需要进一步提高，经分析该结果与直升机过载包线试飞的性能指标较为一致，主要原因是负过载能力低于要求的指标。

表2 超低空突防指标评估

表3 作战环节综合评定 分

3 结论

本文主要以运输直升机为对象开展了初始使用试飞方法设计和评估思路研究，以运输直升机作战任务分析为出发点，采用层层的树状分解的方式开展了评估指标定义和指标体系的构建，进行了整个任务剖面中穿越山谷等最小作战单元的试飞方法设计。主要结论如下。

1）本文根据试验指标特点建立的评估模型，可采用定量和定性指标对运输直升机作战环节进行综合评定。

2）超低空突防环境的机动效能分为穿越山谷、快速通过敌方火力区域等关键环节，通过对某型运输直升机超低空突防任务的关键环节进行综合评估，其超低空突防能力需要进一步提高，经分析该结果与直升机过载包线试飞的性能指标较为一致，主要原因是负过载能力低于要求的指标。

3）本研究是对基于作战能力的新试验鉴定模式和新技术的探索，所形成的运输直升机初始使用试飞方法和设计思路，可为后续其他类型的直升机初始试验试飞提供一定的借鉴。但本研究结果由于缺乏多个型号的实践应用，在指标体系的合理性、评估结果形式等方面仍需进一步深化研究。