直升機航電系統(tǒng)高寒山地環(huán)境飛行試驗

袁大天 于芳芳 李太平

摘要：高原、高寒地區(qū)特殊的自然環(huán)境，地形地貌、氣候條件等都會對航空裝備的試驗和使用產(chǎn)生很大的影響，航空裝備乃至武器裝備環(huán)境適應性試驗的重要性與日俱增，為研究直升機航電系統(tǒng)高原、高寒環(huán)境適應性及其評價方法，通過分析高原、高寒環(huán)境對直升機航電系統(tǒng)的影響因素，建立評價指標體系，運用模糊綜合評價方法，得出直升機航電系統(tǒng)在高原、高寒環(huán)境下適應性評價值，結果表明，運用模糊評價方法能夠有效地進行直升機航電系統(tǒng)高原、高寒環(huán)境適應性評價，提高試驗效率。

關鍵詞：直升機;航電系統(tǒng);高寒;高原;飛行試驗

中圖分類號：V275+.1 文獻標識碼：A

高原（山地）地區(qū)一般是指海拔在3000m以上，空氣稀薄、氣候干燥、晝夜溫差大的地區(qū)，這類地區(qū)自然條件惡劣，晝夜最大溫差可達301C。高寒地區(qū)一般是指由于海拔高或者因為緯度高而形成的特別寒冷的氣候區(qū)，其最低氣溫可降至-40℃以下。海拔在3000m以上的高原地區(qū)通常也伴隨著高寒，如我國的青藏高原地區(qū)一個最顯著的自然地理特征就是高寒，本文的高寒山地特指高寒地區(qū)和高海拔的高原地區(qū)兩種地理環(huán)境。

直升機在高原、高寒等極端環(huán)境下執(zhí)行任務，增加或換裝必要的機載航電設備，達到滿足高寒、高原、沙塵等極端環(huán)境下的使用要求。如為適應高寒山地環(huán)境下的使用，加裝防除冰裝置、輔助動力裝置等設備，改進氣象雷達、航電和電氣系統(tǒng)。

國內在裝備環(huán)境適應性方面開展了一定的研究，總結出了一些高原環(huán)境對武器裝備性能的影響[1-5];研究了高原和低壓環(huán)境對軍工電子產(chǎn)品影響[6，7]，龐志兵[8]等從理論層面分析了武器裝備論證、研制、設計定型和使用等全生命周期，提出了提高武器裝備環(huán)境適應性水平的對策，鄒小玲[9]從設計角度，提出對高原直升機電氣系統(tǒng)改進的辦法和措施;鄭宇[10]等對高原、高寒地區(qū)的戰(zhàn)場環(huán)境進行了分析;在飛行試驗領域，主要針對渦軸發(fā)動機的高寒試驗開展了一定的研究[11，12]。

本文通過對高原、高寒環(huán)境的分析，得出影響直升機航電系統(tǒng)在這類環(huán)境下試驗和使用的關鍵因素，建立環(huán)境適應性評價指標體系，有針對性地設計重點試飛科目，獲取相關試驗數(shù)據(jù)，運用模糊綜合評價方法對某直升機高原、高寒環(huán)境適應性進行評價，達到規(guī)范試驗科目、提高試驗效率、總結試驗方法的目的，以期使這類直升機能夠盡快投入使用，盡早發(fā)揮效用。

1 直升機高原、高寒環(huán)境試驗的必要性

近幾年，我國直升機技術發(fā)展迅速，其飛行試驗的要求也不斷提高，由過去的重點考核指標符合性轉變到指標符合加使用能力綜合試飛，尤其是裝備的環(huán)境適應性在試驗設計之初和試驗過程中均得到了極大的重視。

高原、高寒特殊地區(qū)的試驗不同于平原內陸地區(qū)的試驗，由于其自然條件惡劣，試驗窗口期短，如果對試驗環(huán)境的影響不進行分析，對試驗科目的設置不進行研究，勢必導致試驗難點和重點不明晰，科目設置隨意，費效比低，試驗數(shù)據(jù)雜亂的問題，如由于地勢高，高原常造成其獨有的局部氣候，氣候現(xiàn)象變化迅速，因此，在高原地區(qū)開展氣象雷達試驗，應該在完成作用距離檢查的基礎上，更加關注氣象雷達應對突發(fā)性氣候現(xiàn)象預警的靈敏度。高寒地區(qū)氣候寒冷，容易達到結冰條件，而加溫系統(tǒng)、防除冰系統(tǒng)均屬于大負載設備，因此，在高寒地區(qū)開展供電系統(tǒng)試驗，應該在進行供電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性檢查的基礎上，重點關注大負載和應急供電能力的檢查。本文就這些特殊地區(qū)對裝備的功能、性能和環(huán)境適應性評估進行深入探討，對此開展分析和研究，使特殊地區(qū)試驗向規(guī)范化、標準化、系統(tǒng)化邁進。

通過飛行試驗不但可以檢驗直升機是否適應高原、高寒地區(qū)的自然環(huán)境，還可以總結出一套在高原、高寒地區(qū)執(zhí)行不同任務的使用方法，以便為今后在這類特殊地區(qū)執(zhí)行任務打下基礎。

2 高原、高寒環(huán)境對直升機航電系統(tǒng)試驗的影響分析

2.1 高原環(huán)境對直升機航電系統(tǒng)試驗的影響分析

高原環(huán)境氧濃度較平原地區(qū)低，氣候干燥，屬于沙塵暴的高發(fā)地區(qū)，起降環(huán)境較平原地區(qū)惡劣許多，而且直升機由于其使用特點，多在野外或簡易機場起降，旋翼下洗流的揚沙作用較平原大許多，對人員和機載設備都會產(chǎn)生一定的影響。設計單位會針對這一特點在設計階段對機體結構和機載設備進行適當?shù)母倪M以適應高原環(huán)境的使用。因此，在試驗過程中，我們應針對環(huán)境特點以及設計改進的具體情況，有重點、有針對性地設計試驗科目。高原環(huán)境對直升機航電系統(tǒng)的影響分析及試驗重點科目見表1。圖1為沙塵環(huán)境下旋翼與沙粒摩擦產(chǎn)生的靜電效應示意。

2.2 高寒環(huán)境對直升機航電系統(tǒng)試驗的影響分析

高寒地區(qū)冬季氣溫極低，尤其是在經(jīng)過一夜冷浸透后，對直升機航電系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、飛行性能都會產(chǎn)生不同程度的影響。若濕度達到一定條件，旋翼、尾槳、風擋、進氣道等部件容易結冰，形成冰附著層，嚴重影響飛行安全。因此，在高寒地區(qū)應重點檢查低溫環(huán)境下機載設備的適應性以及防除冰系統(tǒng)的功能，另外，直升機旋翼系統(tǒng)結冰試飛剛處于起步階段，技術難度和試飛風險較大，我們希望通過高寒地區(qū)試驗盡早發(fā)現(xiàn)問題，暴露安全隱患，為后續(xù)的直升機旋翼系統(tǒng)結冰試飛積累經(jīng)驗。高寒環(huán)境對直升機航電系統(tǒng)的影響分析及試驗重點科目見表2。

圖2、圖3為直升機典型的在高寒地區(qū)試驗中旋翼和尾槳產(chǎn)生積冰的情況，因此，在高寒地區(qū)需要重點開展防除冰系統(tǒng)的檢查。

3 直升機高原、高寒環(huán)境適應性評價模型

3.1 評價指標體系

通過上述高原、高寒環(huán)境對直升機航電系統(tǒng)試驗的影響分析，結合試驗情況，利用層次分析法建立某直升機高原、高寒環(huán)境適應性評價基本指標體系，如圖4所示，二級指標中的能力一是指在高原、高寒環(huán)境下，能夠達到技術要求中所規(guī)定的功能、性能指標的能力，二是在高原、高寒環(huán)境下，各設備針對預定任務的完成度。

3.2 評價指標權重

采用專家評估和層次分析法來確定直升機高原、高寒環(huán)境適應性評價體系中各級指標的權重，將該層的各元素兩兩比較，將比較結果構造為一個判斷矩陣。評價指標相對重要度評分標準見表3，由多位試飛員針對一級和二級評價指標進行兩兩對比打分，得到判斷矩陣A。式中：a_ij為第i個指標相對于第j個指標的相對重要度，a_ij=1，a_ij=1/a_ij（i，j =1，2，…，n），一般判斷矩陣應由熟悉問題的專家獨立給出，這里為參與試驗的試飛員。采用乘積根法計算各級指標權重值，得到的評價指標權重見表4。

3.3 模糊綜合評價

構造指標等級模糊子集，將被評價對象的模糊指標定量化，進行綜合評價。模糊綜合評價主要為如下幾個步驟：

（1）確定評價因素集：根據(jù)評價指標體系得到因素集，即U（U₁₁，U₁₂…U₂₆），這里共設置12個指標。

（2）確定評價評語集：C=（C₁，C₂，C₃，C₄，C₅），評語集可以設定為3級、5級、7級等，最高可設為9級，在此，我們將評語級設定為“很好、較好、一般、差、很差”5個等級，分別用“0.9，0.7，0.5，0.3，0.1”表示，其實質是將高原高寒環(huán)境對直升機性能的影響程度按大小劃分為相應的技術等級。

（3）確定各因素集的權重矢量：W（W₁，W₂，…W_m），m=1，2，…，12，該值已由前面的層次分析法得到。

（4）確定各評價項目的模糊綜合評判矩陣：D=d_ij）_m×n根據(jù)評價等級C_i確定每一個評價方案相對于評價指標的隸屬度d_ij，從而得到從因素集U到評語集C的模糊關系矩陣D：式中：n為評價方案;m為評價指標;d_ij為方案j對應于評價指標i的隸屬度，i=1，2，…，m，j=1，2，…，n。

（4）計算評價結果：B=W·D。根據(jù)評價指標權重矢量W和模糊綜合評判矩陣D，計算得到直升機高原高寒環(huán)境適應性的模糊綜合評價結果。

綜上所述，我們可以運用模糊綜合評價法對某型直升機的高原高寒適應性進行綜合評價，由多名參與試驗的試飛員對其二級指標進行模糊評價打分，按照最大隸屬度原則確定評價對象的隸屬度統(tǒng)計值，見表5。

利用前面已獲得的評價指標權重，計算得到該直升機高原、高寒環(huán)境適應性的量化綜合評價值，B=W ·D=0.7826，綜合評價值越高則代表其高原、高寒環(huán)境適應性越好。根據(jù)評價值與評語集“0.9，0.7，0.5，0.3，0.1”進行比較，該直升機綜合評價值落在[0.7，0.9]區(qū)間內，因此，可以給該直升機的高原、高寒環(huán)境適應性評估為“較好”。

4 結論

通過分析，可以得出以下結論：

（1）高原地區(qū)直升機航電系統(tǒng)主要受氣候、低氣壓、沙塵影響，可能帶來的影響主要是氣候突變導致迷航或危險接近、供電系統(tǒng)失效概率增大、沙塵靜電引起電子設備故障等，應主要對直升機的氣象雷達、供電系統(tǒng)、電磁兼容性等進行驗證。

（2）高寒地區(qū)直升機航電系統(tǒng)主要受高緯度、低溫影響，可能帶來的影響主要是衛(wèi)星通信系統(tǒng)建鏈困難、供電系統(tǒng)負載增大、環(huán)控系統(tǒng)加溫效率下降、電子設備低溫環(huán)境下故障率增加，應主要對直升機的衛(wèi)星通信系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、無線電導航系統(tǒng)等進行驗證。

（3）高原、高寒環(huán)境從多方面影響直升機航電系統(tǒng)的性能，不能用某單項性能指標來評價其的高原、高寒環(huán)境適應性水平，需要考慮多方面的影響因素，通過開展高原、高寒飛行試驗和環(huán)境適應性模糊綜合評價方法相結合可以為高原高寒地區(qū)直升機航電系統(tǒng)的適應性提供一定的參考，運用該方法，得出某直升機的高原、高寒適應性綜合評價值為0.7826，適應性較好。

參考文獻

[1]劉俊學，胡唐勝，陳曉賓.高寒山地戰(zhàn)場對武器裝備的影響[J].兵器知識，2013（11）：29-32.

[2]蔡偉，曾衛(wèi)東，吳奎發(fā).高原環(huán)境對直升機性能的影響[J].環(huán)境技術，2010（12）：33-35.

[3]李德龍.高原型氣候對電氣設備的影響[J].青海大學學報：自然科學版，2009，27（4）：71-74.

[4]高強，龐志兵，魏赫.高原高寒環(huán)境對武器裝備的影響研究明.裝備環(huán)境工程，2013，10（6）：118-121.

[5]俞一明，趙廣彤.高原環(huán)境對防空武器裝備的影響及改進措施[J].現(xiàn)代防御技術，2011，39（2）：172-174.

[6]趙世宜，胡立成，吳娟，等.低氣壓環(huán)境對軍用電工電子產(chǎn)品的影響[J].裝備環(huán)境工程，2009，6（5）：100-102.

[7]孫立軍，蔡汝山.高原環(huán)境對電工電子產(chǎn)品的影響及防護[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗，2010，28（4）：15-18.

[8]龐志兵，高強，魏赫.提高武器裝備環(huán)境適應性對策研究[J].裝備環(huán)境工程，2014，11（1）：68-71.

[9]鄒小玲.高原直升機電氣系統(tǒng)設計的幾點思考[J].直升機技術，2012（2）：15-18.

[10]鄭宇.高原高寒地區(qū)戰(zhàn)場分析[J].兵器知識，2013（11）：21-25.

[11]任智勇，李志鵬.渦軸發(fā)動機高寒飛行試驗和結果分析[J].現(xiàn)代機械，2017（6）：63-66.

[12]苗禾壯，王朝蓬，朱哲，等.航空發(fā)動機“三高”啟動試驗研究[J].工程與試驗，2015，55（1）：38-42.