從軍用基礎教練機的發展看新型基礎教練機的技術需求

楊 波，劉 卓，呂 婧

（中航工業洪都,江西南昌330024)

0 引言

軍用基礎教練機作為向上承接高級教練機向下銜接篩選/初級教練機的重要教練裝備，主要用于飛行學員的基本飛行駕駛技術和基本戰斗技術等方面的訓練[1]，使飛行學員在該訓練階段熟練掌握基本飛行駕駛技能，并通過該階段對飛行學員進行考察，以淘汰部分無法適應和掌握基本飛行駕駛技術的學員。在三代機成為主力機種、四代機逐步服役的今日，飛行員的培訓目標也發生了重大的變化[2]，這些變化對作為飛行員訓練體系下重要環節的基礎教練機，從平臺特性、系統功能、訓練效益、安全性和保障性等方面都提出了新的需求。本文將從軍用基礎教練機的發展歷史及未來發展趨勢入手，以飛行員培訓目標為核心，從平臺性能、系統功能、訓練效益、安全保障等方面，梳理并探討新型基礎教練機的技術需求。

1 軍用基礎教練機的發展與現狀

1.1 歷史發展

教練機的發展起始于1909年的軍用教練機雙座萊特A型飛機。早期的教練機，由于作戰飛機采用活塞式發動機為動力，飛行速度不大，僅需與戰斗機性能相似，便可滿足成批飛行員的培養需求。到了20世紀40年代末到50年代末，隨著噴氣式軍用飛機的出現，原有的活塞式教練機無法直接銜接飛行速度大幅提升后的噴氣式戰斗機，經過改裝或改型后的老式噴氣教練機可作為活塞式篩選/初級教練機與戰斗機的過渡，用于進行高級訓練。這樣的訓練方式，使得初級與高級訓練之間銜接十分不理想，導致整體訓練效益不高，因此在60年代初一些飛行訓練專業和飛機研制公司，開始利用數學和經濟學手段，從訓練效益角度出發，開始基礎教練機的研制以優化飛行訓練的銜接關系[3]。70年代到80年代末，隨著以渦噴發動機為動力的基礎教練機壽命逐步達到退役年限，各飛機生產廠商又開始了新一輪基礎教練機的研制并大量應用于軍事飛行訓練。

基礎教練機是在60年代初，活塞式初級教練機與噴氣式高級教練機銜接跨度大，整體訓練效益不高的需求背景下，按照提升訓練效益、優化教練機搭配結構的設計思想，以合理銜接初級訓練與高級訓練為目標，開始研制并投入使用的。具有代表性的，如法國的CM.170、美國的T-37和T-2。

隨著第一代以渦噴發動機為動力的噴氣式基礎教練機到壽，部分國家根據訓練費用、效能研究結果和訓練使用的經驗積累，開始對教練機體制進行優化調整。由此引發了新一輪的教練機研制。在中級教練機領域，一批基礎教練機陸續問世并進入各國訓練體系。它們按照推進方式的不同，已基本形成渦扇基礎教練機和渦槳基礎教練機兩個方向。比較著名的有中國的K-8（渦扇）、捷克的L-39（渦扇）、美國的T-6A（渦槳），巴西的EMB-312（渦槳）等[4]。

1.2 發展現狀

經過多年的發展，目前在基礎教練機使用方面，渦扇基礎教練機和渦槳基礎教練機有其各自的技術優缺點，例如在飛行性能方面，渦扇基礎教練機具有更好的飛行性能，使其在使用方面具有更好的潛力，可以承擔部分高級訓練內容；在經濟性方面，渦槳基礎教練機因其動力裝置的特性，使其具有更為經濟的燃油消耗和使用成本[5]。這兩種基礎教練機由其各自特點在全球市場上都獲得了較為廣泛的客戶。據初步統計，渦扇教練機的市場占有率在55%左右，渦槳教練機的市場占有率在45%左右，呈現出各占半壁江山的局面[4]。

隨著新一代高級教練機逐步進入各國訓練體系，基礎教練機根據飛行學員訓練目標和需求的變化，通過在人機界面、航電系統等方面的不斷優化升級，來適應訓練體制變革對基礎教練機提出的新需求。例如，通過改變傳統的分立式儀表和瞄準具的座艙布局形式，升級發展平視顯示器和智能多功能顯示等，提升先進高級教練機和戰斗機發展對人機界面的需求；通過增加現代化機載設備或優化航電系統構架，提升航電系統能力，優化功能銜接性；通過增加目標搜索與探測設備，增加武器外掛品種，擴展使用用途，提升戰術訓練能力并使其具備一定的空戰和對地目標打擊能力。

2 新型基礎教練機的技術需求分析

近年來，世界各國的第三代戰斗機已成為主力機種，第四代戰斗機也逐步服役，飛行員的培訓目標與需求發生了重大的變化，世界各國根據飛行員訓練需求變化，以訓練效益最大化為目標，開始換裝以中國的L15、俄羅斯的YAK-130、意大利的M346和韓國的T-50為代表的新一代高級教練機。隨著新一代高級教練機的服役和飛行員培訓目標的變化，基礎教練機在角色與定位方面也發生著調整和優化，這就需要在新的訓練需求與教練機體系銜接性關系中，分析和探討新型基礎教練機的技術需求。

2.1 飛行性能

基礎教練機的發展必須著眼整個訓練體系需求，使其與篩選/初級教練機和高級教練機之間形成適中的跨度、恰當的銜接，以達到整個訓練體系效益的最大化。新型基礎教練機不能過分追求飛行性能，這樣會使飛機的訓練效費比不高，銜接不合理。因此，要求新型基礎教練機的飛行性能應當適度，滿足銜接性要求即可。

根據新型基礎教練機在體系中的上、下銜接要求，以典型的篩選/初級教練機和新一代高級教練機為設計目標，采用飛行性能銜接性外推分析方法對新型基礎平臺主要性能進行分析。選取上世紀50年代至2010年前美國、蘇聯（俄羅斯）、英國、法國、中國、日本、意大利等國家訓練體制中的各型教練機作為分析樣本[4]，對其各級教練機的銜接性進行統計回歸，分析出教練機銜接性系數隨年代的變化數據和擬合曲線，外推未來新型基礎教練機的平臺主要性能需求，見表1。

2.2 座艙布局

基礎教練機的座艙布局應同時考慮銜接性要求和不同用戶的不同需求，使得飛行學員養成與培訓目標相一致的注意力分配和轉移習慣，形成與高級教練機和作戰飛機良好的銜接。這已成為基礎教練機在座艙布局方面發展的必然方向。在座艙布局設計方面需采用平視顯示器，并盡量采用標準化的座艙布局，與高級教練機和戰斗機形成良好的銜接。同時，考慮不同用戶的飛行學員初始能力存在一定的差異，在座艙儀表板和操縱臺設計方面應采用模塊化設計，通過搭建通用性結構平臺，實現座艙布局的客戶訂制化。

表1 新型基礎教練機的主要飛行性能要求

2.3 系統功能

基礎教練機在系統功能上需要以最小的成本代價，滿足對高級教練機系統功能的模擬，同時能夠與篩選/初級教練機構成平滑銜接，形成適度的跨度，降低淘汰率。

1）操縱系統

飛行學員在基礎訓練階段主要是完成基本駕駛技術的掌握與熟悉，更加強調飛行學員對基本飛行理論、概念與實質的體會和理解[6]。作為該訓練階段使用的基礎教練機，應采用機械操縱系統，在操縱特性上與篩選/初級教練機合理銜接，使學員更好地掌握基本飛行駕駛技術。對于采用渦槳發動機的基礎教練機，應采用適當的技術措施，最大限度地減輕扭矩影響，獲得與噴氣式飛機相近的操縱特性。

2）動力裝置

動力裝置應從降低燃油消耗方面考慮，選擇推重比（功重比）與平臺性能匹配的渦扇發動機或渦槳發動機。由于新型基礎教練機使用頻繁、強調全壽命周期費用，需要選用的發動機具有優異的可靠性，以保證良好的出勤率；具有更長的使用壽命，可實現視情更換，以減少發動機備件儲備和換發次數，降低全壽命周期費用。

3）系統

新型基礎教練機的航電、機電等系統應能支撐平臺的使用和運作，航電系統方面應預留適當的擴展接口和武器應用接口，為后續增加戰術訓練和擴展執行作戰任務提供平臺基礎保障；采用嵌入式訓練系統，擴展訓練能力；采用輕型零零彈射座椅、常規供氧系統和座艙環控系統，滿足飛行員的生命保障需求。

2.4 經濟性

隨著飛機技術的進步，和軍費限制，越來越多的用戶開始在提高訓練效益的基礎上追求低成本[7]。由于基礎教練機在培訓體制中使用時間長，其經濟性地位顯得更為突出。用戶不僅僅需要以單一的采購成本或燃油成本來衡量選擇，也要綜合考慮包括培訓、使用維護、綜合保障、場站建設等各方面的成本，以實現訓練效益最大化。

新型基礎教練機在研制過程中，需要開展全壽命周期的成本設計與控制。通過合理確定技術指標和要求，適度選擇新的設計制造技術，盡可能使用貨架產品，下載并應用成熟的系統，實現新型基礎教練機的經濟性要求。

2.5 安全性

盡管提高訓練效益和低成本投入是教練機發展追求的目標，但是飛行員本身才是重中之重，故飛行員在訓練階段的自身安全性是教練機的重要需求之一。而作為基礎教練機，在其上進行飛行訓練的往往都是剛從活塞式低速飛機（300 km/h左右）[1]上畢業的飛行學員，對于剛剛接觸到更高的速度、更為復雜的人機界面和彈射座椅等新事物，其技術和心理都處于成長階段，學員、教練機、環境、任務等安全性因素相互影響、作用，會對飛行訓練安全造成重大影響。這些對基礎教練機平臺的安全性提出了更高的要求。

新型基礎教練機在考慮飛行性能、系統功能的銜接性和經濟性的同時，要更加注重安全性設計，提高飛機平臺的可靠性和安全性。在座艙布局方面應更加注重防差錯設計，防止飛行學員誤操作對飛行安全的影響；在系統功能設計方面應注重系統余度設計，減少飛行學員的心理負擔；在氣動平臺設計方面應注重平臺的失速螺旋特性，提升飛機的安全性能。

3 結語

通過基礎教練機的發展歷史以及現狀可以看出，基礎教練機作為在教練機體系中的過渡機種，其產生和發展與飛行員訓練目標、用戶對教練機搭配的選擇以及高級教練機的發展等各個方面都密切相關。隨著新一代高級教練機的服役和飛行員培訓目標的變化，基礎教練機在角色與定位方面也發生著不斷調整和優化，在新的訓練需求和教練機體系銜接性關系中，新型基礎教練機在飛行性能、座艙布局、系統功能、安全性和經濟性等方面都有著其特定的技術需求，這些技術需求也成為新型基礎教練機適應訓練體系的發展方向。

[1]世界飛機手冊編寫組，世界飛機手冊2000，航空工業出版社，2000.

[2]劉卓，新一代高級教練機發展趨勢研究，教練機，2010.4.

[3]郭道平，高級教練機迎來第三次浪潮，國際航空，2003.7.

[4]Paul Jackson MRAeS,Jane's ALL THE WORDLD'S AIR CRAFT 2004-2005 [M],Jane's Information Group Inc,2004.

[5]世界中小型航空發動機手冊編委會，世界中小型航空發動機手冊，航空工業出版社，2006.

[6]丁邦昕，飛機駕駛學，藍天出版社，2004.

[7]飛機設計手冊編委會，技術經濟設計，航空工業出版社，2001.