基于云霧化的艦載直升機艦面起降風場環境安全性評估*

（海軍工程大學作戰運籌與規劃系 武漢 430033）

1 引言

艦載直升機廣泛應用于各類驅護艦上，用于海上搜救、垂直補給、反潛、海上兵力物資投送等任務［1～3］，具有其他裝備無法替代的關鍵作用，尤其是現今075型兩棲攻擊艦下水，艦載直升機的重要性更為突出。然而，艦面停機平臺受艦艇結構、上方建筑物等影響，在艦面形成了較為特殊的風場環境［4］，由于艦載直升機低速低空飛行的特性［5］，給直升機起降造成了一定的難度，給艦載直升機安全使用增加了風險。因此，研究評估艦載直升機的艦面起降風場環境安全性，建立相應的艦面起降風場環境安全性指標體系顯得尤為重要。

針對于艦面起降風場環境安全性指標體系而言，為反映出各指標對起降安全的重要性，通常以指標權重大小來判斷某一指標在整個指標體系中的重要性，從而找出對安全性影響較大的指標加以關注，改進并設計相應的輔助著艦裝置以最大程度的避免艦面風場環境對直升機著艦的影響。

目前，確定評估指標權重的方法有很多，根據原始數據的來源可劃分為主觀賦權法、客觀賦權法和組合賦權法［6～8］。在多數情況下，不同的賦權方法獲取的指標權重往往不同，當前的大多數指標權重確定方法，都缺少檢驗得到的權重是否合理的過程，這也使得艦面起降風場環境安全性評估結論不夠合理、科學。因此，如何融合不同賦權方法所獲取的指標權重是合理評估安全性關鍵指標的基礎。

在云模型理論［9］基礎上，結合云霧化［10］性質本身具有檢驗權重是否合理的特點，以霧化的臨界條件對多種賦權方法所獲取的不同評估指標權重進行融合，可彌補單種賦權方法不具有檢驗計算結果是否合理的不足。

綜上，本文以艦載直升機艦面起降風場環境為對象，對風場環境對艦載直升機起降相關影響因素進行分析，建立相應的安全性指標體系，通過云霧化方法對不同賦權方法進行融合，得出更為科學合理的指標權重，同時對結果進行檢驗，以指標權重大小來判斷對安全性影響較大的指標，構建出艦載直升機艦面起降風場環境安全性評估模型。

2 艦面起降風場環境安全性指標體系構建

直升機起飛過程從停機平臺開始升起至艦艇甲板上方一定高度后懸停，而后逐漸移出艦艇舷邊，在懸停位置轉向一定角度后，加速爬升或前飛，最后進入定常平飛，起飛過程結束。降落過程從定常平飛開始，減速進入一定的降高速度和前飛減加速度并保持，而后逐漸將降速至零，從艦艇舷邊進入停機平臺上方懸停。

艦載直升機起降時，在艦面風場的作用下，一般會經過變向區、尾跡區、渦流區三處不同類型空氣流場。參考艦船空氣流場相關研究［11～12］，可以得出影響艦載直升機艦面起降安全性的風場環境指標有低壓渦流、側風切變、逆風切變、下沖氣流、上沖氣流等。這些指標的變化會造成艦載直升機“前沖”、“上鼓”、“后頂”等情況的發生，對直升機安全起降和艦艇的安全航行有較大的影響。經分析，建立二級艦面起降風場環境安全性指標體系如圖1所示。

圖1 艦面起降風場環境安全性指標體系

3 基于云霧化的指標權重優化

圖2 云圖的霧化過程

根據云霧化性質和正態函數的3δ原則，當時，99.7%的云滴在最小邊界期望曲線和最大邊界期望曲線之間，此時云圖的泛正態狀態較好。當時，云圖明顯霧化。因此將作為正態云模型的霧化分界點。

設w1，w2…，wn分別為不同的賦權方法獲取的指標權重系數，可根據正態逆向云發生器求出該指標權重集的數字特征。即有：

通過式（1）～（3）可求得相應的云的數字特征，根據正態正向云發生器生成權重云。不同賦權方法生成的權重云沖突越大，云滴離散度越大，整體呈現霧狀。因此在融合不同賦權方法生成的權重時，可通過設法消除權重云霧化現象得到。

選擇n種不同的賦權方法確定的指標權重系數代入式（1）～（3），通過計算不同因素的云的數字特征En和He，若不滿足，則重新選擇指標權重系數，直到滿足，此時的權重云不存在霧化現象。則可認為各種方法所得權重已經統一，則最終的權重可按式計算出來。即有：

根據云霧化性質可知，這種融合方法本身具有檢驗集成所求得的綜合權重是否合理的特點，彌補了其他權重融合方法不具備檢驗結果是否合理的不足。

最終得到的指標融合權重w*表示艦面起降風場環境安全性指標體系各指標的重要程度，即對艦載直升機起降安全的影響大小，其指標權重越大表示其對直升機起降威脅越大，在起降過程中越應重視。

4 算例

針對于該安全性指標體系，分別用德爾菲法、集值迭代法、相對比較法、層次分析法和連環比率法計算出評估指標權重系數如表1所示。

表1 五種賦權方法權重系數

而后以云霧化性質對其進行檢驗融合。根據式（1）～（3）對不同指標四種以上不同賦權方法獲取權重系數進行計算，得出相應的云模型數字特征。

限于篇幅，僅對指標——低壓渦流進行權重融合演示，如表2所示。

表2 低壓渦流指標權重系數的云數字特征

同理，對其余指標權重進行融合，即可得出融合后指標權重系數，歸一化處理后得出w*=(0.3836，0.1099，0.1259，0.2448，0.1358)。

對所得權重系數進行分析，權重大小表示各指標在艦面起降風場環境安全性指標體系中的重要程度。可以看出，低壓渦流、下沖氣流兩者權重均超過0.2，在艦載直升機起降過程中，其氣流變化應重點關注。同時，與相關CFD數值模擬計算結果［13～14］相對比，上述評估分析結果與之相吻合，驗證了該方法的可行性。

5 結語

為保證艦載直升機安全起降，結合海上艦面風場環境變化對直升機起降的影響，以艦載直升機艦面起降風場環境為研究對象，對風場環境對艦載直升機起降相關影響因素進行分析，建立相應的安全性指標體系，選取低壓渦流、側風切變、下沖氣流、上沖氣流、逆風切變等作為安全性指標，通過云霧化方法對不同指標賦權方法進行融合，得出了更為科學合理的指標權重，以指標權重大小來判斷對安全性影響較大的指標，最后利用算例對本文所提出的方法進行了正確性驗證。算例表明，權重越大的指標對直升機起降安全性影響越大，在起降過程中需重點關注，同時改進并設計相應的輔助著艦裝置以避免其對直升機著艦的影響，著重檢查，全過程監測。