直升机航电系统高寒山地环境飞行试验

袁大天 于芳芳 李太平

摘要：高原、高寒地区特殊的自然环境，地形地貌、气候条件等都会对航空装备的试验和使用产生很大的影响，航空装备乃至武器装备环境适应性试验的重要性与日俱增，为研究直升机航电系统高原、高寒环境适应性及其评价方法，通过分析高原、高寒环境对直升机航电系统的影响因素，建立评价指标体系，运用模糊综合评价方法，得出直升机航电系统在高原、高寒环境下适应性评价值，结果表明，运用模糊评价方法能够有效地进行直升机航电系统高原、高寒环境适应性评价，提高试验效率。

关键词：直升机;航电系统;高寒;高原;飞行试验

中图分类号：V275+.1 文献标识码：A

高原（山地）地区一般是指海拔在3000m以上，空气稀薄、气候干燥、昼夜温差大的地区，这类地区自然条件恶劣，昼夜最大温差可达301C。高寒地区一般是指由于海拔高或者因为纬度高而形成的特别寒冷的气候区，其最低气温可降至-40℃以下。海拔在3000m以上的高原地区通常也伴随着高寒，如我国的青藏高原地区一个最显著的自然地理特征就是高寒，本文的高寒山地特指高寒地区和高海拔的高原地区两种地理环境。

直升机在高原、高寒等极端环境下执行任务，增加或换装必要的机载航电设备，达到满足高寒、高原、沙尘等极端环境下的使用要求。如为适应高寒山地环境下的使用，加装防除冰装置、辅助动力装置等设备，改进气象雷达、航电和电气系统。

国内在装备环境适应性方面开展了一定的研究，总结出了一些高原环境对武器装备性能的影响[1-5];研究了高原和低压环境对军工电子产品影响[6，7]，庞志兵[8]等从理论层面分析了武器装备论证、研制、设计定型和使用等全生命周期，提出了提高武器装备环境适应性水平的对策，邹小玲[9]从设计角度，提出对高原直升机电气系统改进的办法和措施;郑宇[10]等对高原、高寒地区的战场环境进行了分析;在飞行试验领域，主要针对涡轴发动机的高寒试验开展了一定的研究[11，12]。

本文通过对高原、高寒环境的分析，得出影响直升机航电系统在这类环境下试验和使用的关键因素，建立环境适应性评价指标体系，有针对性地设计重点试飞科目，获取相关试验数据，运用模糊综合评价方法对某直升机高原、高寒环境适应性进行评价，达到规范试验科目、提高试验效率、总结试验方法的目的，以期使这类直升机能够尽快投入使用，尽早发挥效用。

1 直升机高原、高寒环境试验的必要性

近几年，我国直升机技术发展迅速，其飞行试验的要求也不断提高，由过去的重点考核指标符合性转变到指标符合加使用能力综合试飞，尤其是装备的环境适应性在试验设计之初和试验过程中均得到了极大的重视。

高原、高寒特殊地区的试验不同于平原内陆地区的试验，由于其自然条件恶劣，试验窗口期短，如果对试验环境的影响不进行分析，对试验科目的设置不进行研究，势必导致试验难点和重点不明晰，科目设置随意，费效比低，试验数据杂乱的问题，如由于地势高，高原常造成其独有的局部气候，气候现象变化迅速，因此，在高原地区开展气象雷达试验，应该在完成作用距离检查的基础上，更加关注气象雷达应对突发性气候现象预警的灵敏度。高寒地区气候寒冷，容易达到结冰条件，而加温系统、防除冰系统均属于大负载设备，因此，在高寒地区开展供电系统试验，应该在进行供电系统的稳态特性检查的基础上，重点关注大负载和应急供电能力的检查。本文就这些特殊地区对装备的功能、性能和环境适应性评估进行深入探讨，对此开展分析和研究，使特殊地区试验向规范化、标准化、系统化迈进。

通过飞行试验不但可以检验直升机是否适应高原、高寒地区的自然环境，还可以总结出一套在高原、高寒地区执行不同任务的使用方法，以便为今后在这类特殊地区执行任务打下基础。

2 高原、高寒环境对直升机航电系统试验的影响分析

2.1 高原环境对直升机航电系统试验的影响分析

高原环境氧浓度较平原地区低，气候干燥，属于沙尘暴的高发地区，起降环境较平原地区恶劣许多，而且直升机由于其使用特点，多在野外或简易机场起降，旋翼下洗流的扬沙作用较平原大许多，对人员和机载设备都会产生一定的影响。设计单位会针对这一特点在设计阶段对机体结构和机载设备进行适当的改进以适应高原环境的使用。因此，在试验过程中，我们应针对环境特点以及设计改进的具体情况，有重点、有针对性地设计试验科目。高原环境对直升机航电系统的影响分析及试验重点科目见表1。圖1为沙尘环境下旋翼与沙粒摩擦产生的静电效应示意。

2.2 高寒环境对直升机航电系统试验的影响分析

高寒地区冬季气温极低，尤其是在经过一夜冷浸透后，对直升机航电系统、动力系统、飞行性能都会产生不同程度的影响。若湿度达到一定条件，旋翼、尾桨、风挡、进气道等部件容易结冰，形成冰附着层，严重影响飞行安全。因此，在高寒地区应重点检查低温环境下机载设备的适应性以及防除冰系统的功能，另外，直升机旋翼系统结冰试飞刚处于起步阶段，技术难度和试飞风险较大，我们希望通过高寒地区试验尽早发现问题，暴露安全隐患，为后续的直升机旋翼系统结冰试飞积累经验。高寒环境对直升机航电系统的影响分析及试验重点科目见表2。

图2、图3为直升机典型的在高寒地区试验中旋翼和尾桨产生积冰的情况，因此，在高寒地区需要重点开展防除冰系统的检查。

3 直升机高原、高寒环境适应性评价模型

3.1 评价指标体系

通过上述高原、高寒环境对直升机航电系统试验的影响分析，结合试验情况，利用层次分析法建立某直升机高原、高寒环境适应性评价基本指标体系，如图4所示，二级指标中的能力一是指在高原、高寒环境下，能够达到技术要求中所规定的功能、性能指标的能力，二是在高原、高寒环境下，各设备针对预定任务的完成度。

3.2 评价指标权重

采用专家评估和层次分析法来确定直升机高原、高寒环境适应性评价体系中各级指标的权重，将该层的各元素两两比较，将比较结果构造为一个判断矩阵。评价指标相对重要度评分标准见表3，由多位试飞员针对一级和二级评价指标进行两两对比打分，得到判断矩阵A。式中：a_ij为第i个指标相对于第j个指标的相对重要度，a_ij=1，a_ij=1/a_ij（i，j =1，2，…，n），一般判断矩阵应由熟悉问题的专家独立给出，这里为参与试验的试飞员。采用乘积根法计算各级指标权重值，得到的评价指标权重见表4。

3.3 模糊综合评价

构造指标等级模糊子集，将被评价对象的模糊指标定量化，进行综合评价。模糊综合评价主要为如下几个步骤：

（1）确定评价因素集：根據评价指标体系得到因素集，即U（U₁₁，U₁₂…U₂₆），这里共设置12个指标。

（2）确定评价评语集：C=（C₁，C₂，C₃，C₄，C₅），评语集可以设定为3级、5级、7级等，最高可设为9级，在此，我们将评语级设定为“很好、较好、一般、差、很差”5个等级，分别用“0.9，0.7，0.5，0.3，0.1”表示，其实质是将高原高寒环境对直升机性能的影响程度按大小划分为相应的技术等级。

（3）确定各因素集的权重矢量：W（W₁，W₂，…W_m），m=1，2，…，12，该值已由前面的层次分析法得到。

（4）确定各评价项目的模糊综合评判矩阵：D=d_ij）_m×n根据评价等级C_i确定每一个评价方案相对于评价指标的隶属度d_ij，从而得到从因素集U到评语集C的模糊关系矩阵D：式中：n为评价方案;m为评价指标;d_ij为方案j对应于评价指标i的隶属度，i=1，2，…，m，j=1，2，…，n。

（4）计算评价结果：B=W·D。根据评价指标权重矢量W和模糊综合评判矩阵D，计算得到直升机高原高寒环境适应性的模糊综合评价结果。

综上所述，我们可以运用模糊综合评价法对某型直升机的高原高寒适应性进行综合评价，由多名参与试验的试飞员对其二级指标进行模糊评价打分，按照最大隶属度原则确定评价对象的隶属度统计值，见表5。

利用前面已获得的评价指标权重，计算得到该直升机高原、高寒环境适应性的量化综合评价值，B=W ·D=0.7826，综合评价值越高则代表其高原、高寒环境适应性越好。根据评价值与评语集“0.9，0.7，0.5，0.3，0.1”进行比较，该直升机综合评价值落在[0.7，0.9]区间内，因此，可以给该直升机的高原、高寒环境适应性评估为“较好”。

4 结论

通过分析，可以得出以下结论：

（1）高原地区直升机航电系统主要受气候、低气压、沙尘影响，可能带来的影响主要是气候突变导致迷航或危险接近、供电系统失效概率增大、沙尘静电引起电子设备故障等，应主要对直升机的气象雷达、供电系统、电磁兼容性等进行验证。

（2）高寒地区直升机航电系统主要受高纬度、低温影响，可能带来的影响主要是卫星通信系统建链困难、供电系统负载增大、环控系统加温效率下降、电子设备低温环境下故障率增加，应主要对直升机的卫星通信系统、供电系统、环控系统、无线电导航系统等进行验证。

（3）高原、高寒环境从多方面影响直升机航电系统的性能，不能用某单项性能指标来评价其的高原、高寒环境适应性水平，需要考虑多方面的影响因素，通过开展高原、高寒飞行试验和环境适应性模糊综合评价方法相结合可以为高原高寒地区直升机航电系统的适应性提供一定的参考，运用该方法，得出某直升机的高原、高寒适应性综合评价值为0.7826，适应性较好。

参考文献

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