军用直升机航空电子系统现状及发展展望

 

摘 要：概述了航空电子设备对直升机系统性能的重要作用，介绍了国外现代军用直升机上航空电子系统和各个子系统的研究和应用现状，详细分析和讨论了未来军用直升机航空电子系统及各主要子系统的技术和发展趋势。
　　关 键 词：航空电子　模块化　电传飞行控制

　　航空电子设备是影响直升机系统性能改进、任务完成和生存能力提高的重要因素，也是决定军用直升机作战效能的关键部分。

　　为保证军用直升机在恶劣气候及复杂的战场环境下实施对敌攻击，并能安全返回，机上的航空电子系统需要具备如下功能：

　　实现通信、导航、敌我识别和自动飞行控制等基本功能；

　　座舱布局满足窄机身、宽视野、串列双座配置的基本要求，最大限度地减轻飞行员的工作负荷；

　　完成作战任务所需的任务处理功能，包括在恶劣气候下发现、识别和跟踪敌目标的探测功能，干扰敌武器攻击的电子对抗功能以及向敌方发动攻击的武器控制功能；

　　装备完备的直升机完好性与使用监控系统（HUMS），使航空电子系统具有较高的可靠性、可维护性、可更换性、可扩展性，降低整个系统的全寿命周期费用；

　　具备高航电系统和非航电系统管理和控制功能，使系统电子设备、任务设备和武器等得到有效管理和控制。

　　一、军用直升机航空电子系统的现状

　　现代军用直升机的航空电子系统既涵盖了飞机的通用航空电子系统方面，如通信、导航、航空电子系统管理和飞行控制系统，也涉及飞机的任务航空电子系统方面，如目标探测、显示、武器管理和可生存性系统。其现有的技术水平主要表现在下述几个方面：

　　（1）航空电子系统更加综合化、数字化和集成化。

　　随着核心处理器技术、数据融合技术、先进传输技术、人机接口技术和主动控制技术的发展，军用直升机的航空电子系统已从体积庞大、功能单一、分立和局部综合的阶段转入到了综合化、数字化和集成化阶段。如RAH-66"科曼奇"上装备了综合通信、导航和识别系统（ICNIA）及感知战场态势信息的光电传感器系统（EOSS）。EH101也装备了先进电子仪表系统（EIS）、全数字自动飞行控制系统（AFCS）和双余度数字总线的综合航空电子系统（IAS）。

　　（2）航空通信和导航系统以多功能的综合型式为主，减轻了飞行员的工作负担。

　　由于座舱内的装载空间和设备安装重量的限制，舱内设备多具有轻型、多功能、多信道、结构紧凑、发射功率低、单一机箱、全固态结构的特点；无线电台多采用多信道、多工作频段的高综合型；导航系统多采用综合激光陀螺或光纤陀螺的惯性导航系统、GPS系统和多普勒系统的组合导航系统，既可降低系统的成本，又可得到理想的导航和定位精度，保证较高的可靠性。在现代战场环境下，为了尽可能减少直升机的暴露时间和提高超低空飞行能力，需要采用地形地图（DM）、地形跟随（TF）和地形回避（TA）系统来提高作战飞机的生存率。目前，国外的TF/TA系统经多年的发展已经较为成熟，已装备于武装直升机，预计在RAH-66上，飞机的位置、飞行路线和威胁目标位置都将标记在彩色数字活动地图上，飞行员浏览一下就可了解地面高地的位置和适于采取隐蔽飞行的地形。

　　（3）采用先进的玻璃座舱。

　　直升机一般都采用双座型，副驾驶员兼任射手，在座舱控制/显示系统，特别是在直升机驾驶员助手的头盔显示和瞄准系统的发展方面处于军用飞机中的领先水平。现代军用直升机正逐步采用全电子化的玻璃座舱取代传统的仪表，结构紧凑、重量轻、平板化、易于安装、可靠性高、维护和维修方便。现代军用直升机采用数字地图、直升机驾驶员助手和多个多功能（包括液晶）显示器显示目标探测系统采集的图像，或用作增强全局战场态势感知的战术态势显示器（TSD），实现了与其他部队成员之间的通信、指挥、控制和显示的综合化、数字化和集成化。如EH101最新改装的座舱采用了"大图像"下视显示和虚拟座舱技术，大大增强了飞行员对战场态势的感知程度，改善了人机界面；"科曼奇"也装备了用于座舱综合管理的"大图像"显示器、战术态势显示器和数字地图用图像显示器，全面提供飞行和作战过程所需信息。

　　（4）目标探测系统以光电探测为主要手段，并综合地使用多种探测设备，包括普通光学设备、夜视镜、电视设备、红外和激光设备等。

　　军用直升机常常执行夜间、恶劣气象条件下的作战任务，要求装备能提高视觉能力和攻击能力的高性能夜视、夜瞄设备。毫米波火控雷达作为近年来的一个热点，已开始逐步地使用。以美国陆军为例，海湾战争后，AH-64D和在研的RAH-66都开始安装基于二代前视红外探测器（FLIR）和三代像增强器（I2）的光电目标截获与照射系统（EOTADS）和夜视驾驶系统（NVPS）以及低能见度条件下探测和定位目标的毫米波雷达，使得飞行员能在更大的视场范围内，既可看到各个传感器的成像，又可看到一个实时融合成像，更加充分地利用各种探测系统的数据，图像的清晰度和探测距离提高了50%以上，瞄准目标的数量提高了一倍。

　　（5）武器系统增强了隐身性和大过载机动性，提高了作战能力。

　　现代军用直升机武器系统集火控系统、座舱控制/显示系统和任务计划系统于一体，许多设备都是以微电子技术为核心，以精密机械、光学、光电子技术为主体的专用设备，可达到配合其他联合作战部队拖延、分解或摧毁敌军的目的。军用直升机上普遍使用头盔显示/瞄准系统，克服了平视显示器（HUD）视场小、头部偏移看不到火控信号和导航信息的缺点，尤其适用于夜间飞行作战。机载武器多为反坦克导弹、火箭弹和机枪/炮，火箭弹允许同时攻击多个地面目标，如RAH-66上装备了基于二代FLIR技术辅助目标探测/分类系统（ATD/C）和适用于低能见度条件下的头盔显示/瞄准系统等。

　　（6）直升机的飞行速度和高度较低，容易受到攻击，因而，直升机装备的威胁探测和电子支援措施设备一般具有高可靠性、固态结构、低功耗等特点，并带有可编程处理器雷达告警接收机（RWR）、导弹逼近警报器（MAW）、雷达频率干扰仪（RFI）和红外干扰仪等设备。

　　（7）发展了直升机完好性与使用监控系统（HUMS）。

　　现代HUMS充分利用了现代处理器技术、处理算法技术、传感器技术、预测和诊断技术，在提高战备完好性和安全性的同时，还降低了30%的使用与保障费用。目前，该系统已在美军的CH-53E、英军的"海王"、CH-47D等机种上安装。

　　二、军用直升机航空电子系统的发展展望

　　航空电子系统技术的高速发展为直升机保持较高的使用性能提供了坚实的技术基础。预计，未来对直升机使用性能和作战效能将产生重大影响的航空电子系统的发展主要包括以下几个方面：

　　（1）采用基于模块化航空电子技术的综合航空电子系统。

　　目前，在航空电子技术工业领域，积极引进和采取开放式系统结构和可复用、模块化软/硬件通用标准技术已经获得广泛认可。航空电子系统的通用化、综合化和模块化是目前国外发展的主要方向。航空电子系统结构采用开放式系统结构和模块化通用标准，实现软/硬件的可再次使用，可降低研制成本、缩短周期、降低生产成本、减少现役飞机的维护和保障成本，是未来的发展趋势。

　　（2）采用以飞行员为核心的综合座舱管理系统。

　　未来直升机的任务飞行和空-地作战任务将会更为艰巨，作战环境也将会扩展到那些条件更为恶劣的地区。机组人员对人-机接口系统的要求也将提高，新型人-机接口技术将推动机组人员与机载设备之间相互联系，以更加符合人-机工程的方式满足机组人员显示、管理和控制各类航空电子系统的需要。如采用"大图像"显示和虚拟座舱技术，可大大改善飞行员与机载设备和飞机的相互作用，提高对战场态势的感知程度，从而进一步提高飞机的使用性能。

　　（3）采用融合各机载数据库和探测器数据的全天时、全天候目标探测/传感系统。

　　新一代航空电子系统由一系列不同级别的数据网络构成，网络联接着探测器模块、显示器模块、操纵舵机模块，数据网络的数据传输速率大大高于目前的数据总线，最终必将使用光纤数字传输网络。未来开放式、模块化系统结构允许在系统的各部分之间大量交换数据，最大限度地利用探测器采集到的数据。

　　（4）采用增强稳定性控制的数字电传飞行控制（DFBW）系统，开发主动控制技术（ACT）。 DFBW系统可提供全时段、全权限的增稳控制能力，是当代先进军用直升机飞控系统的显著标志，大大提高了二代军用直升机的安全性和执行新任务能力。新型ACT是飞控技术纵深发展的主要方向之一，它考虑飞控系统对总体设计的影响，减轻飞机结构重量，提高机动性和作战效能，减轻飞行员工作负荷。目前，一些ACT子功能，如放宽静稳定性（RSS）和飞行参数边界限制（FPBL）已广泛应用于当今先进军用直升机。对局部气流的主动控制和按任务剪裁的自适应旋翼桨叶是ACT发展的重点。此外，采用专家系统的自修复飞控系统的应用将会给飞控技术发展带来新的突破。

　　（5）提高航空电子系统的模拟仿真和演示验证能力。

　　一般地，飞机系统的主承包商引进新的产品和技术时主要考虑各项技术能够为系统带来的优势，但只有一小部分优势易于验证，如减轻重量、改善可维护性，而诸如直升机使用性能改善和作战能力提高等重要指标却难于验证。模拟典型战场环境的模拟仿真技术就是一种可行的解决方案。现代模拟仿真技术可将多台模拟器联网，模拟包含多架敌/我飞机的实战环境，逼真度高。模拟仿真工作不但能在整个研究和开发过程中代表性地评价新技术的性能，还可改进和优化其技术或性能，大幅度地节约研制经费，缩短研制周期，推动科研成果工程化，形成一个良性循环的科研体系。