高級教練機航空電子技術發展趨勢

陳 英，李 維，嚴 菡，占 攀，張明明

（航空工業洪都，江西 南昌，330024）

0 引言

教練機是和平時期飛行員訓練體系的核心組成部分，是部隊戰斗力快速生成和維持的重要保障。傳統觀念上的教練機專用于培養和訓練飛行員的飛行技術，但是在高新技術推動以及裝備需求的牽引下，一些飛機制造商已經著手論證和研制新型高級教練機，并逐漸凸顯出高級教練機“多用途”的特點：一方面，以教練訓練為主，可用于高級駕駛技術、戰斗技術訓練和部分戰術訓練；另一方面，新型高教機可擴展到訓練戰斗機的基本戰術動作和武器使用技巧，并在必要時執行作戰任務，這就是所謂的戰斗機導入教練機（Lead In Fighter Trainer，LIFT），高級教練機的新特征在一定程度上給教練機的航電技術帶來新的要求和發展。本文結合航電系統的發展，對國內外教練機航電技術的應用情況進行梳理，對新型高級教練機航電技術的發展特點、發展趨勢進行分析，提出新型高教機航電發展的某些重要方向，為我國新型高教機航電發展提供一定的參考。

1 航電系統的發展特點

航電系統是綜合航空電子系統的簡稱，航電系統涵蓋了包括通訊、導航、識別、探測、電子戰等在內諸多功能的機載電子設備和系統，一般可分為綜合顯示和控制、無線電與導航、雷達、大氣數據采集、火力控制等功能，是提高飛機性能和效能的重要要素。

航電系統的發展經歷了幾十年，航空電子系統結構也在不斷演變，大致經歷了一個從分立式、混合式、聯合式到高度綜合化的發展過程：早期的航空電子系統通過專門硬件模擬電子線路和繼電器得以實現，在這種“單點解決”的方案下，相應功能的升級需要通過電路及其互聯關系的改變得以實現；隨著數字計算機的發展，“單點解決”的功能被移植到目標計算機上的應用程序中，此時的功能升級可通過更改軟件而得到靈活、快速的實現；此后，總線技術和應用得到普及，出現像MIL-STD-1553B、ARINC 629等高速通訊數據總線，航電系統的線纜、體積逐漸減少，系統結構更加緊密，性能也得到提升。航空電子技術發展到現在，其發展呈現出綜合化、模塊化、通用化、智能化的發展趨勢，某些專用的任務系統也已經成為通用系統，通過在通用體系結構上擴展相應的任務功能，就可以實現不同的任務飛機需求。

由此可見，現代先進航空電子系統是一個集控制、傳感器、顯示、通信為一體的高度信息綜合化網絡，其功能不僅涵蓋了傳統的航空電子儀表，同時還將機載傳感器和電子設備有機綜合在一起，實現數據之間的交互和融合，為飛行員戰術決策和機動提供友好、智能的輔助。總結航空電子發展的幾十年，可以歸納為以下主要特征：

1）開放式的系統構架

開放式的系統構架不僅指硬件產品接口的標準化，同時也指機載軟件對外接口的標準化，開放式的系統構架不僅便于電子設備之間的互聯互通及設備擴充，同時也有利于縮短航電系統的開發與調試周期，這種標準的開放方式能夠大大提高系統軟、硬件的移植性和可靠性。

2）綜合模塊化技術

綜合模塊化技術不僅是實現結構簡化和綜合化的基礎，同時也是系統重構、修改和維護的重要基礎。綜合模塊化技術的一個重要特征就是航電系統的結構分層，尤其是在頂層設計時，必須要考慮數據交互的接口、程序應用與操作系統的結構，權衡系統分層獨立與總體綜合的關系。

3）資源共享

綜合航電系統技術的發展越來越強調資源共享的設計原則，一是安全、可靠、高速的共享總線技術，分系統根據所需對總線中的數據進行選擇，總線技術是航空電子綜合化、智能化發展的基礎；二是傳感器信息的綜合與融合技術，實現對多傳感器信息的互補，獲得比單一傳感器更高準確度和信息量的傳感器網絡。

2 新型高級教練機的航電系統特點

第三代戰斗機強調機動性，大量采用新技術和新工藝，使用電傳飛控和大屏幕顯示，這些特點在很大程度上影響了新一代高級教練機的設計，目前具有代表性的新型高級教練機包括俄羅斯的雅克-130、意大利的M-346以及中國的L-15等，這些新型高級教練機雖然外型相似，但其內在的航電系統還是有所區別。

1）雅克-130

雅克-130是俄羅斯雅科夫列夫設計局設計的高級教練機，其量產型號的航電系統采用了模塊化設計，通過玻璃化座艙（見圖1）可見其采用了多功能顯示器、UFCP以及HUD等人機交互設備，通過發布的技術參數可知,雅克-130采用1553B總線，前后艙各具備3個完全獨立、相互備份的多功能顯示器，具備自動機載自診斷測試系統和頭盔瞄準系統，能夠實現嵌入式仿真訓練，并可掛載武器和副油箱。

圖1雅克-130座艙

2）M-346

M-346是一款由意大利阿萊尼亞馬基公司研制的新型噴氣式軍用教練機，座艙布局合理，人機界面友好，其前后座艙配備了3個互為余度的多功能彩色顯示器（見圖2），采用雙冗余的1553B總線技術，配有敵我識別系統、激光陀螺儀慣性導航系統和擁有夜視功能的先進頭盔顯示器，整個飛機有9個掛點，保留了將其改裝為輕型戰斗機的能力。M-346空戰訓練系統，官方名稱為嵌入式戰術訓練仿真，是M-346高級教練機的核心特征之一。M-346嵌入式戰術訓練仿真與航電系統綜合集成設計，使M-346具備了全范圍的仿真訓練能力。

3）L-15

L-15是一款由航空工業洪都設計的新一代高級教練機，最大速度達到1.4馬赫數，相較于雅克-130和M-346，L-15具有更加優秀的氣動設計，座艙環境布局合理，具備UFCP、HUD等人機交互設備，前、后艙裝有3個尺寸更大的多功能彩色顯示器，能夠進行嵌入式訓練，并且具備安裝雷達、武器、電子吊艙的能力。

圖2 M-346座艙

通過對上述目前主流高級教練機航電系統的分析可知，它們普遍具有以下特征：一是采用1553多路傳輸總線網絡，構成機載的綜合集中分布網絡系統；二是具備綜合顯示與控制功能，具有良好的人機交互界面；三是都具有改裝成為輕型戰斗機的能力，可以作為多用途飛機使用；四是新一代高級教練機都非常重視嵌入式訓練系統的開發和使用，擴展教練機的訓練能力，提升訓效比。

3 新型高教機航電系統的重要發展方向

在科技不斷發展的今天，戰斗機的作戰模式已經發生了巨大的變化，因此，新型高級教練機必須迎合新的作戰訓練需求，在培養和提升飛行員基本戰技戰術水平的同時，也可用于部隊對新戰法、戰術的研究，甚至是進行實戰演練。

1）網絡化的信息綜合態勢感知與交互

未來作戰飛機在戰場環境中不是單純的作為武器投射平臺，而是作為多維度網絡戰的組成部分，因此，飛行員在使用新型高教機進行訓練時，需要同時滿足對其飛行技術和戰術意識進行培養的要求，不僅需要進行起飛、導航、編隊、簡單占位等基本機動的技術訓練，同時也要培養飛行員學會使用雷達、數據鏈等獲取戰場信息，對戰場環境作出準確分析和判斷，并使用武器等實施戰術機動和打擊的行為，完成現代戰場的基本作戰程序。

因此，未來航空電子系統的綜合程度將進一步提升，各種機載傳感器信息、數據鏈信息、顯示控制終端構成一個龐大的信息網絡，其中傳感器的信息綜合是航空電子系統綜合的關鍵技術之一，各種傳感器（如雷達紅外和光電等探測系統、電子戰系統、通信導航識別系統）除了自身的模塊化外，還將實現在各自分系統中更為深入的綜合和資源數據共享，同時，人機交互界面或方式也將得到變革，現有的多塊多功能顯示器更新為大屏幕顯示器，將能夠更好的反應戰場態勢，有利于飛行員對戰場全局的把控，而具備了頭盔瞄準系統等新型人機交互系統的高級教練機，將有利于飛行員對未來戰爭模式的掌握。

2）嵌入式虛擬訓練

和平時期的實戰訓練機會較少，利用機載和地面設備仿真戰場環境有助于提升飛行員在戰場環境下的戰術決策與機動能力，因此，嵌入式空戰訓練技術應運而生，各國軍方及空戰訓練研究機構也開始將目光投向嵌入式訓練系統，同時，嵌入式訓練也是目前世界主流高級教練機航電系統必備的功能之一。

高級教練機配備嵌入式訓練系統，一方面能夠減少大量設備采購和維護成本，另一方面也降低了訓練消耗，降低了訓練費用，提升了訓練效果。嵌入式空戰訓練是一種內置的作戰功能系統，它在機載計算中虛擬空對空或面對空威脅、虛擬傳感器及虛擬武器等，使飛行員在所設計的生動而充滿挑戰性的虛擬場景中對抗大量的逼真虛擬對手，使受訓者獲得與實戰相符的心理與生理適應性，大幅提升訓練質量。同時，嵌入式空戰訓練系統可以在和平時期和作戰間隙為部隊提供全時段、全方位和不間斷的訓練，有效提高部隊的戰備能力和應對突發事件的反應能力。

4 結語

航空電子技術在不斷取得新的發展和進步，這些技術可能最先被使用在戰斗機中，然而，為了形成面向戰場環境的新訓練體制，高級教練機除了向學員提供“傳授型”和“維持型”訓練外，還需要具備向學員和教員提供摸索新戰法、進行“研究型”訓練的能力，這就要求新一代高級教練機成為具有網絡化、智能化和嵌入式訓練能力的綜合訓練系統，從而使高級教練機獲得扮演更多角色（輕型攻擊機等）的能力。