王偉鋼,田 磊,孟曉偉*
(1.海軍裝備部,西安 710089;2.中國飛行試驗(yàn)研究院,西安 710089)
美國武器裝備試驗(yàn)鑒定大體上分為研制試驗(yàn)與評(píng)估、初始使用試驗(yàn)與評(píng)估、使用試驗(yàn)與評(píng)估等幾個(gè)階段[1]。其中初始使用試驗(yàn)與評(píng)估是以實(shí)際使用要求和適用性為目的,貼近部隊(duì)實(shí)際使用、為支持武器裝備的前期小批生產(chǎn)決策和作戰(zhàn)使用而進(jìn)行的試飛,是武器裝備試驗(yàn)鑒定體系中重要環(huán)節(jié)。是把研制試驗(yàn)與評(píng)估驗(yàn)證過的試驗(yàn)點(diǎn)帶入到貼近實(shí)戰(zhàn)的任務(wù)場(chǎng)景中進(jìn)行飛行試驗(yàn),進(jìn)行初步的作戰(zhàn)任務(wù)完成能力摸索,為后繼使用試驗(yàn)與評(píng)估提供支撐。美國在RAH-66、CH-47、UH-60M 等直升機(jī)研制試驗(yàn)過程中均進(jìn)行了初始作戰(zhàn)使用與評(píng)估。近些年來,國內(nèi)不少學(xué)者開展了一些作戰(zhàn)使用試驗(yàn)研究,提出了開展使用試驗(yàn)的思路和方法。例如曹裕華[2]提出了作戰(zhàn)試驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)方法和試驗(yàn)設(shè)計(jì)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(yàn)技術(shù)的思路和開展裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)研究的建議。
飛行試驗(yàn)是新型號(hào)飛機(jī)研制的重要環(huán)節(jié),是為新機(jī)使用摸索和積累經(jīng)驗(yàn)確保飛行安全和使用效率的有效途徑[5]。國內(nèi)在基于性能指標(biāo)的調(diào)整、鑒定(定型)試飛方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)。在國家武器裝備試驗(yàn)鑒定體系變革新形勢(shì)下,開展基于作戰(zhàn)能力試驗(yàn)鑒定的初始使用試飛越來越受到普遍重視[6],以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)鑒定中性能試驗(yàn)和作戰(zhàn)試驗(yàn)的無縫銜接,盡早摸清性能邊界底數(shù)和作戰(zhàn)能力。本文通過對(duì)國外運(yùn)輸直升機(jī)的作戰(zhàn)任務(wù)使命、運(yùn)輸直升機(jī)戰(zhàn)術(shù)等分析,從運(yùn)輸直升機(jī)作戰(zhàn)任務(wù)使命分析、初始使用試飛評(píng)估指標(biāo)分解、試飛方法設(shè)計(jì)、評(píng)估方法和評(píng)估模型幾個(gè)方面提出了開展運(yùn)輸直升機(jī)初始使用試驗(yàn)試飛的思路和評(píng)估方法。
任何一種武器裝備都是在國家軍事戰(zhàn)略指導(dǎo)下,以戰(zhàn)役為背景、戰(zhàn)術(shù)使命要求為依據(jù),針對(duì)特定的威脅目標(biāo)和具體的使用任務(wù)而研發(fā)的[6]。任務(wù)使命分析是裝備需求論證最初始的環(huán)節(jié)[7],所以進(jìn)行作戰(zhàn)使命任務(wù)分析和作戰(zhàn)任務(wù)構(gòu)想是進(jìn)行初始使用試驗(yàn)的首先任務(wù)。試飛設(shè)計(jì)的總體思路是以作戰(zhàn)需求和作戰(zhàn)使命為出發(fā)點(diǎn),以驗(yàn)證作戰(zhàn)能力為主基線。本文采用樹狀分析方法,根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)使命找出每個(gè)預(yù)定作戰(zhàn)任務(wù)的關(guān)鍵問題和要素,把關(guān)鍵作戰(zhàn)問題分解為可量化數(shù)據(jù)指標(biāo),再依據(jù)評(píng)估指標(biāo)、評(píng)估模型進(jìn)行評(píng)估。
美軍以武裝、運(yùn)輸和戰(zhàn)勤直升機(jī)構(gòu)建的“鐵三角”作戰(zhàn)體系,在越南、伊拉克、阿富汗等戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮了重要作用。其中武裝直升機(jī)偵察、摧毀敵方火力目標(biāo)、壓制敵方火力,運(yùn)輸直升機(jī)運(yùn)載兵員、作戰(zhàn)物資,戰(zhàn)勤直升機(jī)進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)偵察、炮兵校射、機(jī)動(dòng)布雷等。運(yùn)輸直升機(jī)典型任務(wù)作戰(zhàn)主要包括機(jī)降作戰(zhàn)、吊掛運(yùn)輸?shù)取Mㄟ^貼地飛行、隱蔽突防進(jìn)行超低空飛行,實(shí)現(xiàn)縱深機(jī)降作戰(zhàn)運(yùn)輸,成建制地將參戰(zhàn)兵力快速準(zhǔn)確地機(jī)降至敵縱深或后方,開辟第二戰(zhàn)場(chǎng),用于主要作戰(zhàn)方向、掌握關(guān)鍵作戰(zhàn)時(shí)機(jī)、消滅重要目標(biāo)[8],典型作戰(zhàn)任務(wù)剖面如圖1 所示(圖中各任務(wù)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(jìn)一步分析作戰(zhàn)過程中的關(guān)鍵問題,將任務(wù)剖面細(xì)分幾個(gè)不同的作戰(zhàn)事件。
圖1 典型運(yùn)輸直升機(jī)任務(wù)剖面示意圖
評(píng)估指標(biāo)是進(jìn)行裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)評(píng)估的基礎(chǔ)和依據(jù),指標(biāo)是否合理、完整,直接關(guān)系到最后的評(píng)價(jià)結(jié)果能夠反映真實(shí)情況。按照作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)事件和作戰(zhàn)單元進(jìn)行逐層分解的方式進(jìn)行指標(biāo)體系的分解,得出每個(gè)關(guān)鍵問題的關(guān)鍵指標(biāo)[9]。數(shù)據(jù)類型可以分為定量的參數(shù)和定性的參數(shù),以定量指標(biāo)為主,定性指標(biāo)為輔。再由各個(gè)數(shù)據(jù)指標(biāo)、作戰(zhàn)單元、作戰(zhàn)事件形成整個(gè)作戰(zhàn)任務(wù)的評(píng)估指標(biāo)的集合,形成一套可試飛實(shí)施考核的作戰(zhàn)任務(wù)能力指標(biāo)矩陣。
以運(yùn)輸直升機(jī)機(jī)降作戰(zhàn)任務(wù)為例,按照直升機(jī)任務(wù)剖面的時(shí)間和空間順序進(jìn)行作戰(zhàn)事件劃分,可以簡(jiǎn)單分為出動(dòng)準(zhǔn)備、起飛爬升、巡航、超低空突防等幾個(gè)事件。在執(zhí)行機(jī)降作戰(zhàn)任務(wù)時(shí),經(jīng)常采取貼地飛行方式進(jìn)入戰(zhàn)區(qū),以躲避雷達(dá)探測(cè)、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(shí)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(dá)到接近作戰(zhàn)目標(biāo)區(qū)域幾個(gè)作戰(zhàn)單元。貼地越障根據(jù)任務(wù)使用需求,應(yīng)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(dá)探測(cè)[10],在飛行中躲避障礙物(如小山)時(shí),能夠以最快的速度拉起越過障礙物同時(shí)以最短的時(shí)間貼著山坡向下飛行,暴露給敵方地面火力的時(shí)間小于7.5 s。借鑒ADS-33E 定義,定義的貼地越障性能指標(biāo)見表1。國外如RAH-66、NH-90、UH-60M 等多款直升機(jī)均按照急拉桿急推桿、障礙滑雪等科目的要求驗(yàn)證直升機(jī)的貼地越障、規(guī)避機(jī)動(dòng)飛行能力。
表1 貼地越障性能指標(biāo)
依據(jù)初始使用試飛的目的、關(guān)鍵作戰(zhàn)問題、指標(biāo)體系等開展試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)對(duì)于確保試驗(yàn)的成功和質(zhì)量具有非常重要的作用,科學(xué)合理的試驗(yàn)方案有助于合理配置資源、數(shù)據(jù)采集、試驗(yàn)任務(wù)的順利完成。本次的試驗(yàn)方案采取環(huán)境逼近實(shí)戰(zhàn)化、試驗(yàn)系統(tǒng)工程、試驗(yàn)技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)適用性等原則。試驗(yàn)采取按照不同任務(wù)分解的作戰(zhàn)單元為先最小試驗(yàn)單元進(jìn)行設(shè)計(jì),根據(jù)分解的評(píng)估指標(biāo)和矩陣設(shè)計(jì)相關(guān)的測(cè)試方案,考慮不同作戰(zhàn)任務(wù)、不同的作戰(zhàn)環(huán)境的影響形成一個(gè)完整的試驗(yàn)矩陣。
以運(yùn)輸直升機(jī)穿越山谷飛行能力驗(yàn)證為例,試飛方法為:選擇典型任務(wù)構(gòu)型,平原、高原的良好目視(GVE)和不良目視環(huán)境(DVE);通過設(shè)計(jì)定量的穿越山谷寬度、速度、高度要求等量化指標(biāo),設(shè)計(jì)出穿越山谷飛行能力驗(yàn)證的機(jī)動(dòng)飛行軌跡。試飛動(dòng)作設(shè)計(jì):①由沿著試驗(yàn)路線中線的無加速平飛狀態(tài)開始本機(jī)動(dòng)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(zhuǎn)彎;③轉(zhuǎn)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(jī)動(dòng)科目在參考高度30 m 以下完成;⑤在中線上以平飛改出,結(jié)束本機(jī)動(dòng)科目(圖2)。
圖2 穿越山谷模擬的實(shí)例
由于測(cè)試系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)具有精確度高、可信性強(qiáng)、客觀性強(qiáng)等特點(diǎn),試驗(yàn)評(píng)估者都希望使用測(cè)試系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)的定量評(píng)估方法。以實(shí)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析、建模、計(jì)算,對(duì)照指標(biāo)要求給出試驗(yàn)評(píng)估結(jié)論。但受到在一些情況下無法直接測(cè)量、測(cè)量精度難以保證等多方面因素導(dǎo)致無法使用定量評(píng)估方法,加上試驗(yàn)中人的因素耦合,完全用數(shù)學(xué)方法和定量數(shù)據(jù)表達(dá)極其困難[5],則必須采用定性評(píng)定的方式。定性評(píng)估以人的主觀判斷為基礎(chǔ),直接面向試驗(yàn)所關(guān)注的核心問題進(jìn)行宏觀上評(píng)估,過濾試驗(yàn)中過于細(xì)節(jié)的問題,降低了試驗(yàn)的復(fù)雜程度。由于存在一定的主觀認(rèn)識(shí)差異性,不同試驗(yàn)人員對(duì)于同一試驗(yàn)現(xiàn)象的主觀評(píng)估結(jié)論存在一定差異。工程師們總是希望任何指標(biāo)都可以用數(shù)值或指標(biāo)的形式體現(xiàn),另外為了進(jìn)行綜合評(píng)估,所以需要對(duì)定性評(píng)估結(jié)果進(jìn)行定量化和標(biāo)準(zhǔn)化。本文采用對(duì)問卷調(diào)查結(jié)果進(jìn)行百分制量化,采用標(biāo)準(zhǔn)差權(quán)值法給出評(píng)定結(jié)果。
2.2.1 定量數(shù)據(jù)指標(biāo)評(píng)定模型
定量數(shù)據(jù)指標(biāo)的評(píng)估以試驗(yàn)過程中采集可測(cè)量的量化數(shù)據(jù)為主,以作戰(zhàn)試驗(yàn)評(píng)估的指標(biāo)要求為依據(jù),根據(jù)作戰(zhàn)行動(dòng)目標(biāo)和指標(biāo)特點(diǎn)構(gòu)建指標(biāo)評(píng)估模型。評(píng)估指標(biāo)對(duì)應(yīng)的直升機(jī)行動(dòng)的最終結(jié)果與該行動(dòng)需要的評(píng)估指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行比較,通過計(jì)算獲得評(píng)估指標(biāo)成績(jī),根據(jù)直升機(jī)指標(biāo)特點(diǎn)建立了A、B、C、D 4 種不同的評(píng)估模型。
模型A:對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)果數(shù)值越小越好的模型,式(1)中,S 為評(píng)定成績(jī),x 為指標(biāo)實(shí)測(cè)值,r 為指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值。
模型B:對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)果數(shù)值越大越好的模型,式(2)中,S 為評(píng)定成績(jī),x 為指標(biāo)實(shí)測(cè)值,r 為指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值。
模型C:對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)果數(shù)值越接近指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值r越好的模型,式(3)中,S 為評(píng)定成績(jī),x 為指標(biāo)實(shí)測(cè)值,r 為指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值;M,m 為指標(biāo)允許的上下邊界(m<r M)。
模型D:對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)果數(shù)值越接近(包括落入)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間[r1,r2]越好的模型,式(4)中,S 為評(píng)定成績(jī),x 為指標(biāo)實(shí)測(cè)值,r 為指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值,M,m 為指標(biāo)允許的上下邊界(m<r1<r2<M)。
2.2.2 作戰(zhàn)單元評(píng)價(jià)模型
作戰(zhàn)單元評(píng)定模型分為一次試驗(yàn)和多次試驗(yàn)評(píng)定模型。式(5)中:SC為一次試驗(yàn)評(píng)定成績(jī),Wi為第i 個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù),Sgi為第i 個(gè)DATA 指標(biāo)的權(quán)評(píng)定成績(jī)。式(6)中:ST為多次同類試驗(yàn)評(píng)定成績(jī),Wci為第i 個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù),Sci為第i 個(gè)指標(biāo)的權(quán)評(píng)定成績(jī),對(duì)于不同次試驗(yàn)和不同層級(jí)的指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)。
2.2.3 作戰(zhàn)單元評(píng)價(jià)模型
作戰(zhàn)事件的評(píng)定模型,式(7)中:Sd為作戰(zhàn)事件評(píng)定成績(jī),Wi為第i 個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù),Sci為第i 個(gè)作戰(zhàn)單元的權(quán)評(píng)定成績(jī),θ1 為影響因子,主要考慮人員對(duì)地形、設(shè)備熟悉程度和技術(shù)水平。
由于所需的評(píng)估指標(biāo)體系中數(shù)據(jù)類型多樣性,既包含定量指標(biāo)又包含定性指標(biāo),不同指標(biāo)之間的量綱也存在差異。為實(shí)現(xiàn)評(píng)估結(jié)果的合理化、結(jié)構(gòu)化和科學(xué)化,本文采用了定量指標(biāo)模型化、定性指標(biāo)定量化,以及數(shù)學(xué)模型將多個(gè)指標(biāo)合成整體性評(píng)估結(jié)果,將層層分解的多個(gè)指標(biāo)、多作戰(zhàn)單元指標(biāo)進(jìn)行線性加權(quán)、混合加權(quán)等進(jìn)行處理。建立不同的定量評(píng)估模型以及定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),通過定性和定量相結(jié)合的評(píng)估算法給出綜合評(píng)估結(jié)論,見表2 和表3。對(duì)于超低空突防環(huán)境的機(jī)動(dòng)效能分為穿越山谷、快速通過敵方火力區(qū)域幾個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié),通過試飛獲得的各個(gè)數(shù)據(jù)單元的成績(jī)?cè)u(píng)定模型和評(píng)定結(jié)果見表2,對(duì)各個(gè)主要環(huán)節(jié)的加權(quán)結(jié)果見表3,由結(jié)果可見超低空突防需要進(jìn)一步提高,經(jīng)分析該結(jié)果與直升機(jī)過載包線試飛的性能指標(biāo)較為一致,主要原因是負(fù)過載能力低于要求的指標(biāo)。
表2 超低空突防指標(biāo)評(píng)估
表3 作戰(zhàn)環(huán)節(jié)綜合評(píng)定 分
本文主要以運(yùn)輸直升機(jī)為對(duì)象開展了初始使用試飛方法設(shè)計(jì)和評(píng)估思路研究,以運(yùn)輸直升機(jī)作戰(zhàn)任務(wù)分析為出發(fā)點(diǎn),采用層層的樹狀分解的方式開展了評(píng)估指標(biāo)定義和指標(biāo)體系的構(gòu)建,進(jìn)行了整個(gè)任務(wù)剖面中穿越山谷等最小作戰(zhàn)單元的試飛方法設(shè)計(jì)。主要結(jié)論如下。
1)本文根據(jù)試驗(yàn)指標(biāo)特點(diǎn)建立的評(píng)估模型,可采用定量和定性指標(biāo)對(duì)運(yùn)輸直升機(jī)作戰(zhàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合評(píng)定。
2)超低空突防環(huán)境的機(jī)動(dòng)效能分為穿越山谷、快速通過敵方火力區(qū)域等關(guān)鍵環(huán)節(jié),通過對(duì)某型運(yùn)輸直升機(jī)超低空突防任務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合評(píng)估,其超低空突防能力需要進(jìn)一步提高,經(jīng)分析該結(jié)果與直升機(jī)過載包線試飛的性能指標(biāo)較為一致,主要原因是負(fù)過載能力低于要求的指標(biāo)。
3)本研究是對(duì)基于作戰(zhàn)能力的新試驗(yàn)鑒定模式和新技術(shù)的探索,所形成的運(yùn)輸直升機(jī)初始使用試飛方法和設(shè)計(jì)思路,可為后續(xù)其他類型的直升機(jī)初始試驗(yàn)試飛提供一定的借鑒。但本研究結(jié)果由于缺乏多個(gè)型號(hào)的實(shí)踐應(yīng)用,在指標(biāo)體系的合理性、評(píng)估結(jié)果形式等方面仍需進(jìn)一步深化研究。