新一代高級教練機發(fā)展趨勢研究

劉卓 潘應雄（洪都航空工業(yè)集團 江西 南昌 330024)

新一代高級教練機發(fā)展趨勢研究

劉卓 潘應雄（洪都航空工業(yè)集團 江西 南昌 330024)

從帶動高級教練機發(fā)展的動力入手，結(jié)合未來飛行員技能訓練需求和高級教練機的發(fā)展現(xiàn)狀，探究新一代高級教練機的發(fā)展趨勢。

高級教練機；發(fā)展趨勢；飛行員訓練

1 引言

教練機是空、海軍飛行員訓練系統(tǒng)的核心，并依飛行訓練程序由不同性能和檔次的各型飛機組成。根據(jù)在飛行員訓練過程中所處的階段和所承擔的教學任務，教練機大致可分為初級、初/中級、中級、中/高級、高級/戰(zhàn)斗教練機和同型教練機[1]。其中高級教練機一般應用于高級訓練階段（A JT）和改裝訓練階段（LIFT）。高級訓練階段（A JT）是通過復雜氣象、武器、基本戰(zhàn)術(shù)等方面的專門訓練，使學員掌握高級駕駛技術(shù)；改裝訓練階段（LIFT）是讓新飛行員在駕駛先進戰(zhàn)斗機之前，通過技術(shù)訓練，掌握作戰(zhàn)機動和戰(zhàn)術(shù)等方面的技能?？梢哉f，飛行學員經(jīng)過高級教練機的培訓，已具備了駕駛戰(zhàn)斗機同型教練機的資格和水平。因此，高級教練機的發(fā)展與戰(zhàn)斗機的發(fā)展緊密相連，高級教練機的技術(shù)要求與飛行員技能訓練需求息息相關(guān)。本文將從牽引高級教練機發(fā)展的動力入手，結(jié)合飛行員訓練需求的發(fā)展，探究新一代高級教練機的發(fā)展趨勢。

2 高級教練機的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

教練機的歷史可以追溯到20世紀初，1909年世界上第一架軍用教練機雙座萊特A型飛機交付部隊用于飛行員訓練[2]，1913年最早專門設計的教練機美國“阿弗羅”504-K誕生[3]。

1）第一、二次世界大戰(zhàn)期間

隨著第一次和第二次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)，為滿足飛行員的大量需求，德、法、英、美等國生產(chǎn)了大量的教練機以滿足成批飛行學員培養(yǎng)的需求。該階段由于作戰(zhàn)飛機多采用活塞式發(fā)動機，飛行速度不大，飛行員基本采用一型教練機進行飛行訓練，教練機性能與一般戰(zhàn)斗機性能相仿[3]，主要用于飛行員駕駛技能訓練，如美國研制的單翼教練機AT-6。

2）20世紀40年代末～50年代末

軍用飛機進入了噴氣時代，戰(zhàn)斗機飛行速度大幅提升，飛機性能、操縱特性等方面的駕駛技術(shù)與活塞式飛機有所不同[4]，原有的活塞式教練機無法滿足噴氣式飛機的駕駛技能訓練需求，飛行員的訓練被分為兩級，篩選和初級訓練選擇活塞式教練機，高級訓練則選用噴氣式教練機。該階段噴氣式教練機多為在噴氣式戰(zhàn)斗機基礎上的改型，與戰(zhàn)斗機性能相當，主要用于飛行員噴氣式飛機駕駛技能和作戰(zhàn)技能的訓練。如1948年美國在F-80C戰(zhàn)斗機基礎上將其改裝成雙座教練機T-33。

3）20世紀50年代末～70年代中后期

飛機造價和訓練費用不斷上漲，原有的在作戰(zhàn)飛機基礎上改裝的高級教練機已不能滿足降低訓練使用費用的要求，部分國家則根據(jù)國情開始利用數(shù)學、經(jīng)濟學手段分析論證高級教練機的技術(shù)需求，研制專門的高級教練機[8]。該階段高級教練機在飛機性能和系統(tǒng)功能上已與戰(zhàn)斗機形成了合理的技術(shù)銜接，可以高效低成本的滿足飛行員的技能訓練需求。如美國的T-38，法、德合作研制的"阿爾發(fā)噴氣"，英國研制的“鷹”。

4）20世紀80年代初～90年代初

隨著空氣動力學、飛機動力系統(tǒng)、火控系統(tǒng)、武器系統(tǒng)等方面技術(shù)的飛速發(fā)展，第三代戰(zhàn)斗機廣泛應用，傳統(tǒng)的以“機械能”為核心駕駛方法已無法滿足第三代戰(zhàn)斗機對飛行員駕駛技能提出的要求，如注意力分配與轉(zhuǎn)移方式、飛行員的駕駛職能、機動飛行方式等方面均發(fā)生了較大的變化。因此，各國對已有的高級教練機進行了一系列的信息化改造計劃，其重點是使高級教練機在座艙環(huán)境方面與戰(zhàn)斗機形成銜接，以使其盡可能地滿足飛行員訓練的新需求。如英國在1992年改進的鷹60和鷹100系列，該機在鷹的基礎上增加了數(shù)據(jù)總線、平顯等先進航空儀表設備。

5）20世紀90年代至今

在原有高級教練機基礎上的信息化改進，無法從根本上解決訓練需求矛盾，傳統(tǒng)教練機無法滿足機動飛行方式變化帶來的技能訓練需求。一些國家開始了著手新一代高級教練機的研制，以期可以完全滿足第三代戰(zhàn)斗機飛行員高級訓練的技能需求，并可兼顧第四代戰(zhàn)斗機飛行員的訓練。如俄羅斯的雅克-130，韓、美聯(lián)合研制的T-50，意大利的M 346和中國的L15。

目前，隨著新一代高級教練機平臺的日趨成熟，新一代高級教練機已逐步開始裝備部隊。美國空軍已正式啟動未來教練機計劃代號T-X，預計2014年首架交付，參與競爭和評估的高級教練機是美、韓合作的T-50和意大利的M-346；俄羅斯已于2002年選定雅克-130作為其新型通用高級教練機，2010年2月，第一批雅克-130已移交給俄空軍并已開始培訓飛行員；歐洲已形成聯(lián)合高級教練機項目，項目涉及歐洲12個國家，意大利的M 346高級教練機將成為該項目的使用機型；韓國空軍已裝備T-50高級教練機并已形成訓練能力。

3 牽引高級教練機發(fā)展的動力

從高級教練機的發(fā)展歷史可以看出，高級教練機的發(fā)展是隨著戰(zhàn)斗機的發(fā)展而同步發(fā)展。由于高級教練機主要用途是訓練飛行員的高級駕駛和作戰(zhàn)技術(shù)等方面的飛行技能，其使用目的是使飛行學員經(jīng)過高級教練機的訓練，能夠掌握戰(zhàn)斗機的“駕馭技術(shù)”，適應作戰(zhàn)環(huán)境，因此作為高級教練機需要在平臺性能、系統(tǒng)功能上與作戰(zhàn)飛機相似，以期在訓練使用中，使學員可以更多地掌握作戰(zhàn)飛機的駕駛和戰(zhàn)術(shù)技能；與此同時，在造價和使用訓練費用方面，又要求高級教練機可以使學員低成本地實現(xiàn)如同駕駛戰(zhàn)斗機相類似地訓練感受，以降低訓練使用的費用和成本。

可以說，牽引高級教練機發(fā)展的動力在于兩個主要方面，一方面是戰(zhàn)爭對飛行員的技能水平需求的變化和發(fā)展；另一方面是如何更低成本地實現(xiàn)訓練需求。

4 新一代高級教練機的發(fā)展趨勢

4.1 滿足飛行員技能訓練需求的發(fā)展

未來作戰(zhàn)環(huán)境和戰(zhàn)斗機的技術(shù)水平將帶動飛行員技能訓練需求的發(fā)展。未來戰(zhàn)爭是在全天候、全地理環(huán)境下的聯(lián)合作戰(zhàn)體系和復雜的信息化環(huán)境下進行的，同時戰(zhàn)斗機機動能力強、更加依靠信息技術(shù)。這就要求飛行員能夠掌握先進的信息系統(tǒng)和駕駛技術(shù)，在復雜的技術(shù)和任務環(huán)境下具有更強的信息綜合、機載系統(tǒng)管理和態(tài)勢感知能力，原有的飛行員技能要求和評判篩選標準將發(fā)生重大變化[5]。

4.1.1 高機動飛行

先進戰(zhàn)斗機在機動性和敏捷性方面將有較大的提升，一般采用高升阻比氣動布局、發(fā)動機加速性好、推重比大，垂直機動和水平機動能力好，具有高機動、高敏捷特性。飛行員需在高級訓練階段盡可能地掌握駕駛技能、適應高機動條件的過載負荷。

因此，新一代高級教練機應具備高機動、高敏捷特性，能夠模擬戰(zhàn)斗機的作戰(zhàn)機動過程中帶給飛行員的負荷感受，使飛行學員更好地掌握和適應先進戰(zhàn)斗機的駕駛。這就要求，新一代高級教練機在研制中應采用與戰(zhàn)斗機相似的氣動布局、大推重比發(fā)動機。

4.1.2 操縱動作

先進戰(zhàn)斗機均采用電傳操縱系統(tǒng)，飛機可以自動增穩(wěn)、改善飛行品質(zhì)，飛行員操縱負荷小、無需額外增加操縱動作量，大量降低操縱動作強度[2]。飛行員可以分出大部分精力用于管理機載系統(tǒng)信息、戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢信息等作戰(zhàn)所需信息的處理工作。

因此，新一代高級教練機應采用電傳操縱系統(tǒng)，使其具有與戰(zhàn)斗機相似的操縱感受，在高級訓練階段使學員真正掌握先進戰(zhàn)斗機的駕駛技能，降低傳統(tǒng)操縱方式帶來的不必要的訓練時間消耗和飛行學員淘汰。

4.1.3 注意力分配與轉(zhuǎn)移

先進戰(zhàn)斗機座艙設備綜合化程度高，信息管理多已實現(xiàn)模塊化，采用時間分割顯示方式。飛行員在實施瞄準攻擊、航行、起飛、著陸等飛行過程中，可在保持視線集中于前方的情況下，獲得所需的火控計算、導航以及飛行軌跡等信息，無需再轉(zhuǎn)回座艙內(nèi)觀察儀表，即使需要觀察，也可通過綜合顯示器獲取信息[2]。飛行員的注意力分配與轉(zhuǎn)移范圍發(fā)生了重大變化，飛行員需要在高級訓練階段建立良好的注意力分配與轉(zhuǎn)移習慣。

因此，新一代高級教練機應采用與先進戰(zhàn)斗機相似的座艙布局，使飛行學員在高級訓練階段掌握滿足先進戰(zhàn)斗機駕駛需求的注意力分配與轉(zhuǎn)移習慣。

4.1.4 判斷與決策

先進戰(zhàn)斗機信息處理的自動化程度高，可以采取“托付監(jiān)控式”的信息管理方式，飛行員只要在幾個重要時機做出目標輸入和決策選擇，飛機就能夠自動地收集與處理信息，使飛行狀態(tài)達到飛行員的要求。此外，由于先進戰(zhàn)斗機具有迎角、過載等極限限制功能。飛行中，飛行員不必再過多地關(guān)注迎角是否會超過臨界迎角、飛機是否會失速進入螺旋等問題，實現(xiàn)“無憂慮飛行”[2]。飛行員在執(zhí)行飛行任務過程中的判斷決策發(fā)生了顯著的變化。

因此，新一代高級教練機應在航電、飛控系統(tǒng)功能上與先進戰(zhàn)斗機相似，培養(yǎng)飛行員良好的判斷與決策習慣。

4.2 低成本地實現(xiàn)訓練需求

未來飛行員的訓練需求，要求高級教練機應在飛行品質(zhì)、系統(tǒng)功能、座艙布局等方面與戰(zhàn)斗機相似，以滿足飛行員的技能訓練需求。這樣必然會增加高級教練機的采購和訓練使用成本。因此，新一代高級教練機在研發(fā)過程中，必須考慮低成本滿足訓練需求的可能性，優(yōu)化高級教練機的系統(tǒng)配置和功能，在滿足訓練需求的基礎上降低制造和采購成本，并通過提高機體壽命的方式，降低訓練使用成本。

4.2.1 嵌入式訓練

機載嵌入式訓練系統(tǒng)可以低成本地模擬先進戰(zhàn)斗機的系統(tǒng)功能，并可為飛行員提供虛擬的單機或協(xié)同作戰(zhàn)環(huán)境。該系統(tǒng)可以在高級教練機上模擬先進戰(zhàn)機所具備的多功能雷達、電子戰(zhàn)、空空和空地武器投射、紅外和光電傳感器、武器和任務管理系統(tǒng)等，從而降低飛機配裝上述系統(tǒng)所帶來的成本增加和武器投射過程中帶來的訓練成本增加。

4.2.2 長壽命

飛行員訓練使用費用，主要取決于所使用教練機的全壽命周期費用，而決定全壽命周期費用的關(guān)鍵在于教練機的飛行小時壽命情況，長飛行小時壽命可以降低全壽命周期費用[6]、減少教練機采購數(shù)量，節(jié)省整個體制訓練過程中的訓練使用費用。

4.2.3 綜合保障

綜合保障費用是飛機全壽命費用的主要組成部分，軍機全壽命費用中，使用保障費用所占比例達50%～60%以上[6]。因此，新一代高級教練機在研制過程需要注重飛機的綜合保障性，優(yōu)化維修規(guī)劃、保障設備、備件供應等各方面綜合保障要素[7]，提高綜合保障水平，降低全壽命費用。

4.3 新一代高級教練機的發(fā)展趨勢

結(jié)合飛行員訓練技能需求的發(fā)展和低成本實現(xiàn)訓練需求的要求，新一代高級教練機在平臺飛行性能、操縱品質(zhì)、航電系統(tǒng)等方面應與未來戰(zhàn)斗機接近或形成銜接。其主要技術(shù)發(fā)展趨勢如下：

1）采用合理的氣動布局形式，采用高推重比的渦扇發(fā)動機，適應戰(zhàn)斗機性能的提升，具備模擬先進戰(zhàn)斗機的操縱方式和飛行性能的能力，能夠?qū)崿F(xiàn)高機動、高敏捷性、大迎角、持續(xù)大過載的飛行訓練；

2）采用電傳操縱系統(tǒng)，有效的減輕飛行員的操縱負擔，具有桿力可編程和邊界限制功能，為培養(yǎng)正確的注意力分配轉(zhuǎn)移和判斷決策習慣提供基礎保障；

3）采用先進綜合航電系統(tǒng)和玻璃化座艙環(huán)境，與先進戰(zhàn)斗機相似，為飛行學員培養(yǎng)、提高、固化戰(zhàn)場姿態(tài)感知的能力，成為真正的“系統(tǒng)管理戰(zhàn)斗飛行員”提供教練平臺；

4）采用機載嵌入式訓練系統(tǒng),低成本地模擬先進戰(zhàn)機的信息、武器和任務管理系統(tǒng)功能，降低研制成本和訓練使用費用；

5）采用先進的結(jié)構(gòu)、強度設計方法，提高機體使用壽命，降低全壽命周期費用；

6）注重綜合保障性，降低使用保障費用。

5 結(jié)束語

高級教練機發(fā)展的歷史表明，牽引高級教練機發(fā)展的動力主要來源于飛行員技能訓練的需求發(fā)展和低成本滿足訓練需求的要求。目前，以L15為代表的新一代高級教練機在研制過程中已經(jīng)充分考慮并權(quán)衡了現(xiàn)代戰(zhàn)爭對飛行員技能訓練提出的各種需求，并通過技術(shù)手段實現(xiàn)了“低成本復現(xiàn)先進戰(zhàn)斗機的性能和系統(tǒng)功能”的要求。新一代高級教練機的服役將更好地滿足第三、四代戰(zhàn)斗機飛行員的訓練需求，提高飛行員的訓練效率，大幅降低訓練費用。

[1] 世界飛機手冊編寫組.世界飛機手冊（2000）.航空工業(yè)出版社，2001

[2] 丁邦昕，飛機駕駛學.藍天出版社,2004

[3] 李德順，趙景增等.航空兵與空戰(zhàn).航空工業(yè)出版社,1996

[4] 顧誦芬，史超禮等.世界航空發(fā)展史，河南科學技術(shù)出版社，1998

[5] AERMACCHI WORLD，2007，9

[6] 飛機設計手冊編委會.技術(shù)經(jīng)濟設計，航空工業(yè)出版社，2001

[7] 飛機設計手冊編委會.產(chǎn)品綜合保障，航空工業(yè)出版社，2000

[8] 郭道平.高級教練機迎來第三次浪潮，國際航空，2000

Research on the Developmental Trend of New Generation Advanced Jet Trainer

Liu Zhuo, Pan Yingxiong
(Hongdu Aviation Indust ry Group, Nanchang, Jiangxi, 330024)

The paper probes into future development trend of new generation advanced jet t rainer,star ting f rom the drive factors of advanced jet t rainer’s development, in combination with the future requirements of pilot cadet’s ski l l t raining and the current developmental status of AJT.

Advanced jet t rainer；developmental trend；pi lot cadet’t raining

2010-09-30）

劉卓，男，1981年7月出生，工程師，研究方向為飛機總體設計；

潘應雄，男，1982年11月出生，工程師，研究方向為飛機總體設計。