袁大天，于芳芳，李太平

（中國飛行試驗研究院，西安 710089）

高原地區(qū)海拔高，空氣稀薄，氣候干燥，晝夜溫差大，晝夜最大溫差可達30 ℃。高寒地區(qū)一般是指由于海拔高或因為緯度高而形成的特別寒冷的氣候區(qū)，其最低氣溫可降至零下40 ℃以下。海拔在3000 m以上的高原地區(qū)通常也伴隨著高寒，例如我國的青藏高原一個最顯著的自然地理特征就是高寒。為滿足在高原高寒等極端環(huán)境下執(zhí)行任務的需求，直升機在設計時會增加或換裝必要的機載航電設備。例如，加裝防除冰系統(tǒng)，改進航電和電氣系統(tǒng)。

國內(nèi)在裝備環(huán)境適應性方面開展了一定的研究，總結(jié)出了一些高原環(huán)境對武器裝備性能的影響[1-5]，研究了高原和低壓環(huán)境對軍工電子產(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、設計定型和使用全壽命周期，提出了提高武器裝備環(huán)境適應性水平的對策。鄒小玲[9]從設計角度，提出對高原直升機電氣系統(tǒng)改進的辦法和措施，開展了高原高寒地區(qū)的戰(zhàn)場環(huán)境以及裝備保障方法研究[10-11]。在飛行試驗領域，主要針對渦軸發(fā)動機進行了高寒試驗[12-13]，開展了裝備的環(huán)境適應性評價與效能評估研究[14-16]，取得了一定的成果。可以看出，以上研究多集中在理論研究與設計分析，實際試驗數(shù)據(jù)與理論模型相結(jié)合的研究相對較少，尤其是對于直升機航電系統(tǒng)在高原高寒環(huán)境下的適應性評估較少。美國在1919 年就開始將簡單的溫度、振動試驗納入到裝備的驗收試驗中，隨后西方各國和前蘇聯(lián)相繼效仿，開展了裝備環(huán)境適應性的研究和試驗，取得了相當?shù)某晒纬闪梭w系和標準。在試驗方面，開展了高原環(huán)境特點下的試驗研究[17]；在設計方面，為適應高寒地區(qū)防除冰系統(tǒng)的用電需求，給出槳葉加熱面積的估算規(guī)則；在人才培養(yǎng)方面，其強調(diào)為充分發(fā)揮武器裝備的作戰(zhàn)效能，必須加強環(huán)境工程專家隊伍建設[18]。

文中通過對高原高寒環(huán)境的分析，得出影響直升機航電系統(tǒng)在這類環(huán)境下試驗和使用的關鍵因素，建立了環(huán)境適應性評價指標體系。有針對性地設計重點試飛科目，開展實地試飛，獲取相關試驗數(shù)據(jù)。將試驗數(shù)據(jù)與理論模型有機結(jié)合，運用模糊綜合評價方法對某直升機高原高寒環(huán)境適應性進行評價，達到規(guī)范試驗科目，提高試驗效率?？偨Y(jié)試驗方法的目的，以期使這類直升機能夠盡快投入使用，盡早發(fā)揮效用。

1 直升機高原高寒環(huán)境適應性試驗的必要性

高原高寒環(huán)境適應性試驗是指檢驗直升機在規(guī)定的高原和高寒等極端環(huán)境下實現(xiàn)其預定全套功能的能力，是裝備的一個重要質(zhì)量特性。近幾年，我國對直升機環(huán)境適應性試驗的要求不斷提高，一方面，CCAR29 部《運輸類旋翼航空器適航規(guī)定》中，對直升機高原高寒環(huán)境下的飛行和使用提出了適航要求；另一方面，試驗體系也在根據(jù)用戶的需求和裝備的發(fā)展不斷完善，由過去的重點考核指標符合性逐步轉(zhuǎn)變到指標符合加使用能力綜合試驗。這些都要求在試驗設計之初和試驗過程中給予裝備環(huán)境適應性試驗與評估足夠的重視，通過環(huán)境適應性試驗不但可以檢驗直升機在高原高寒地區(qū)的功能、性能，還可以總結(jié)出一套在高原高寒地區(qū)執(zhí)行不同任務的使用和保障方法，以便為今后在這類特殊地區(qū)執(zhí)行任務打下基礎。

科學高效地開展環(huán)境適應性試驗的重要環(huán)節(jié)之一就是對試驗環(huán)境對被試設備的影響進行分析。高原高寒特殊地區(qū)的試驗不同于平原內(nèi)陸地區(qū)的試驗，由于其自然條件惡劣，試驗窗口期短，如果對試驗環(huán)境的影響不進行分析，對試驗科目的設置不進行研究，勢必導致試驗難點和重點不明晰，科目設置隨意，費效比低等問題。因此，在試驗開展之前，應先對試驗環(huán)境給直升機航電系統(tǒng)帶來的影響開展分析，以便有針對性、有重點地設置試驗和評估內(nèi)容，提高試驗效率，使直升機高原高寒環(huán)境適應性試驗逐步規(guī)范化、標準化、系統(tǒng)化。

2 高原高寒環(huán)境影響因素及試驗

2.1 高原環(huán)境

2.1.1 高原環(huán)境影響分析及試驗科目

高原環(huán)境適應性試驗主要是針對高原野外機場砂塵大、起降環(huán)境惡劣、氧濃度較平原地區(qū)低、氣候變化快等特點，檢查直升機航電系統(tǒng)是否能有效使用。在試驗之初，應針對高原環(huán)境特點以及設計改進的具體情況，有重點、有針對性地設計試驗科目。高原環(huán)境對直升機航電系統(tǒng)的典型影響分析及重點試驗科目見表1。

2.1.2 高原環(huán)境試驗準備

在高原地區(qū)組織試驗的主要準備工作有：機組人員必須完成高原飛行理論培訓和模擬器培訓；飛行計劃應充分考慮航路氣象、地形、備降機場以及應急處置預案；機務和場務部門在試驗前應充分檢查直升機狀態(tài)，尤其是環(huán)控系統(tǒng)和防砂裝置，掌握好當天氣象條件；試驗組織部門應充分考慮高原環(huán)境對試驗人員的生理和心理影響，確保試驗安全。

2.2 高寒環(huán)境

2.2.1 高寒環(huán)境影響分析及試驗科目

高寒環(huán)境適應性試驗主要是針對高寒地區(qū)緯度高、氣溫低、旋翼、尾槳等易結(jié)冰等特點，檢查直升機航電系統(tǒng)、防除冰系統(tǒng)等是否能有效使用。同時，通過高寒地區(qū)試驗盡早發(fā)現(xiàn)可能存在的環(huán)境適應性問題，暴漏直升機飛行安全隱患。高寒環(huán)境對直升機航電系統(tǒng)的典型影響分析及重點試驗科目見表2。

表2 高寒環(huán)境典型影響分析及重點試驗科目

2.2.2 高寒環(huán)境試驗準備

在高寒地區(qū)組織試驗的主要準備工作有：機組人員必須完成高寒環(huán)境飛行理論培訓和模擬器培訓，熟悉迅速脫離結(jié)冰區(qū)和積冰嚴重時的應急處置預案；飛行計劃應充分考慮航路氣象、地形、備降機場；機務部門在飛行前應充分做好防除冰系統(tǒng)和供電系統(tǒng)的檢查和準備工作，場務部門應及時清理停機坪和跑道，以防止起飛和降落時出現(xiàn)吹雪現(xiàn)象，影響目視起 降條件。

3 直升機航電系統(tǒng)高原高寒環(huán)境適應性評價

3.1 評價指標體系

通過上述高原高寒環(huán)境對直升機航電系統(tǒng)試驗的影響分析，利用層次分析法建立了直升機高原高寒環(huán)境適應性評價指標體系，如圖1 所示。

圖1 直升機航電系統(tǒng)高原高寒適應性評價指標體系

3.2 指標權(quán)重確定

對于直升機航電系統(tǒng)高原高寒環(huán)境適應性評價指標體系中各級指標的權(quán)重，這里采用層次分析法加專家評估來確定，假設指標iT 與 1iT+的相對重要度為ak，由多位專家針對一級和二級評價指標進行兩兩對比打分，得到判斷矩陣M。

式中：元素ija 表示第i 個指標針對第j 個指標的相對重要度，iia =1，ija =1/jia ，(i， j =1，2，…，m)。判 斷 矩 陣 應 滿 足 一 致 性 條 件，即：或表明判斷矩陣M 具有滿意的一致性，滿足直升機航電系統(tǒng)高原高寒環(huán)境適應性評價要求。一般地，判斷矩陣M 中各元素的分值由熟悉問題的專家根據(jù)評價指標相對重要度評分定義（見表3）獨立給出。

表3 指標相對重要度評分定義

由表3 確定矩陣M 中各元素的分值后續(xù)，則利用式（2）計算各級指標權(quán)重值，得到的各指標權(quán)重值。

3.3 模糊綜合評價

考慮與評價對象相關的各種因素，對其所作的綜合評價，定量化被評價對象的模糊指標。將權(quán)重系數(shù)模糊矩陣和模糊關系矩陣通過模糊運算，最終可以得到綜合指標對各個評價等級的隸屬度矩陣。模糊綜合評價步驟如下所述。

式中：n 表示評價意見；m 表示評價指標；ijd 表示意見j 對應于指標i 的隸屬度，i= 1，2，…，m， j= 1，2，…，n。

5）計算評價結(jié)果。評價結(jié)果R K= ?D。根據(jù)模糊評判矩陣D 和評價指標權(quán)重向量K ，計算得到直升機航電系統(tǒng)高原高寒環(huán)境適應性的模糊綜合評價結(jié)果。

通過開展實地試驗，收集試驗數(shù)據(jù)，運用模糊綜合評價法對某型直升機的高原高寒適應性進行綜合評價。由多名參與試驗的試飛員對指標體系中的各指標相對重要度進行打分，確定針對該型直升機各指標的權(quán)重值，見表4。然后對其二級指標進行模糊評價打分，按照最大隸屬度原則確定評價對象（指標）的隸屬度統(tǒng)計值，詳見表5。

利用獲得的評價指標權(quán)重，計算得到該直升機航電系統(tǒng)高原高寒環(huán)境適應性的量化綜合評價值，R K= ?D=0.7692。綜合評價值越高，則代表其高原高寒環(huán)境適應性越好。根據(jù)評價值與評語集“0.1，0.3，0.5，0.7，0.9”進行比較，該直升機綜合評價值落在[0.7，0.9]區(qū)間內(nèi)，因此，可以給該直升機航電系統(tǒng)的高原高寒環(huán)境適應性評估為“較好”。

表4 評價指標權(quán)重值

表5 二級指標隸屬度統(tǒng)計

4 結(jié)論

1）高原地區(qū)直升機航電系統(tǒng)主要受地形、低氣壓、砂塵影響，可能帶來的危害主要是通信質(zhì)量變差、供電系統(tǒng)失效概率增大、砂塵靜電引起電子設備故障等，應主要對直升機的通信系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)、電磁兼容性等進行驗證。

2）高寒地區(qū)直升機航電系統(tǒng)主要受高緯度、低溫影響，可能帶來的危害主要是衛(wèi)星通信系統(tǒng)建鏈困難、供電系統(tǒng)負載增大、環(huán)控系統(tǒng)加溫效率下降、電子設備低溫環(huán)境下故障率增加，應主要對直升機的衛(wèi)星通信系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、無線電導航系統(tǒng)等進行驗證。

3）高原高寒環(huán)境從多方面影響直升機航電系統(tǒng)的性能，不能用某單項性能指標來評價其高原高寒環(huán)境適應性，需要考慮多方面的影響因素。通過高原高寒實地飛行試驗和環(huán)境適應性模糊評價方法相結(jié)合，可以為高原高寒地區(qū)直升機航電系統(tǒng)的環(huán)境適應性評價提供參考。運用該方法，得出某直升機航電系統(tǒng)的高原高寒適應性綜合評價值為0.7692，適應性較好。