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教练机:筑牢力量根基

发布时间:2020/12/09 作者:admin

  综合训练系统,作为高级教练机发展的前沿思想,不但将影响到时下空军力量建设,也将为影响到未来第五代、第六代装备时期空军的力量建设。

  《全球防务》:高级教练机如何做到与主战装备的无缝衔接?(即如何满足基本飞行、技术、战术的全部训练需求)

  张弘:能与主战装备实现无缝衔接的高级教练机首先应该在飞机平台能力设计上达到“低成本复现主战装备的飞行性能和系统功能”,这里的主战装备是指在未来20~30年间的。但是如何满足“基本飞行、技术、战术的全部训练需求”呢?这就需要追根溯源。

  未来飞行训练的核心在于提高人执行任务的能力,这种以人为本,以能力培养为中心的训练装备发展要求,目的是以能够又好、又快、又省地批量培养满足部队任务需求的飞行员。那么怎么落实呢?具体说就是“下载”,战斗机的训练任务向教练机下载,教练机的训练任务向地面模拟器下载,地面模拟器的训练任务向计算机辅助教学手段下载,也就是在最可能产生训练效益的训练阶段使用最具有训练效益的训练手段,“在正确的时间,用正确的方法,教正确的技能,从而最终达到正确的学习效果”。其关键在于什么样的任务需要什么样的训练装备,训练战斗机飞行员就应该采用战斗训练的思维而不是驾驶训练的思维方式,新的教练装备就应该让学员可以更容易掌握基本技术,但战术训练内容应该更加复杂和真实。

  实际上,以具有适度先进性能的高级教练机平台为核心,全面构造综合训练系统才能真正实现“无缝衔接”。综合训练系统是目前最前沿的高级教练机发展思想,其根本宗旨是实现训练效益的最大化。其主要包含三大子系统:飞机系统、地面训练系统和综合保障系统。

  教练机综合训练系统的地面训练系统主要包括:任务训练模拟器、飞行训练模拟器、维修训练模拟器、电化教室等计算机辅助教学手段,整个地面训练系统由地面训练管理中心进行协调和管理。

  教练机综合训练系统的飞机系统除了传统意义上的飞机平台及其系统之外,还包括机载嵌入式训练系统。机载嵌入式训练系统将真实的飞机、真实的飞行和虚拟的世界相结合,可以实现“不需要真枪实弹的真实作战训练”,可以为飞行员提供更多的虚拟实弹演习和虚拟协同作战的机会,甚至可以创造虚拟的高隐身飞机对抗训练条件。教练机综合训练系统应该是一个集飞行员训练、地勤人员培训、训练保障于一体的一揽子训练解决方案。在教练机综合训练系统的规划中必须考虑满足未来训练需求的灵活性问题。这一方面需要整个规划顺应符合未来机队发展的趋势,确保在技术上保持较长时期内的教练机综合训练系统整体框架的先进性,也即是以具有前瞻性的平台性能和系统框架结构保证持续满足训练需求的能力。另一方面也必须根据训练装备现状,从满足训练的稳定和持续发展的角度对教练机综合训练系统的训练效能、经济性和项目进度等进行规划,从而规避风险、分阶段满足需求。

  《全球防务》:以F-22、F-35第五代战斗机为例,它的完整的飞行员训练体系是什么模式?需要什么样的教练机配套体系?

  张弘:以F-22A、F-35A为代表的第五代战斗机的飞行员培养问题,现在已经从前沿课题变成热门话题了。原因是什么?因为世界上最成熟的、也是唯一真正服役的第五代战斗机F-22A在近两年,先后经历了坠机、停飞、训练飞行高度受限、飞行员想转岗、暂停执行远程飞行任务等等一系列的变故。那么世界上最贵的战斗机为什么会在形成初始作战能力6年多后突然发生这样的问题?美国空军官方的说法是F-22A的机载制氧系统存在缺陷。众所周知F-22A配置矢量推力动力系统,具有超机动能力。F-22A刚开始服役的时候,就有美空军的资深飞行教官担心其超机动能力将会从起飞和降落阶段开始就给新飞行员出难题。因此,最先改装F-22A的都是三代机飞行经验达到750小时以上飞行精英。飞行员在空中进行机动飞行等训练时是需要按规定吸氧的,一旦出现氧气不符合要求或供氧不稳定的问题,就容易造成飞行员缺氧、甚至出现意识模糊;如果停止供氧10秒以上就会出现意识丧失,中低空飞行时就会直接导致机毁人亡。飞机的机动动作越剧烈、持续时间越长、飞行员处于生理极限的概率越大,对飞机供氧保障相关设备的要求就越高。正如三代机大量装备几年以后才出现“推拉杆效应”等问题一样,又是F-22A特有的“超机动能力”给飞行员能力和机载设备提出了原来没有预见到的新要求。当然这只是推测,但是从中我们还是要思考,由于F-22A和F-35A都没有发展同型双座教练机作为同型改装飞机,那么如何解决第五代战斗机飞行员规模化培养的问题呢?

  美国空军装备F-22A之后一直在尝试解决这个问题,由于现有的T-38C并没有三代机的高机动飞行能力,因此无法进行“超机动”战斗机专业基础飞行技术训练。美国空军解决的办法就是利用其现有的庞大的F-15、F-16机队和飞行员规模储备。

  首先,美国空军在初期采用的是“精英改装模式”,小批量多班次逐渐摸索大纲。美国空军尽量选择有驾驶多用途战斗机背景的飞行员(如驾驶F-16D和F-15E的飞行员)来接受驾驶F-22A的培训。然后,当训练模式逐渐成形的时候,400~500小时飞行经验的三代机飞行员开始加入改装F-22A。最后,在训练模式基本成熟后,飞行学员也有机会接受培训。一旦F-35A也大量服役,美国空军将不得不完全从“精英改装模式”转变成“高效生长模式”。根据美国空军教育和训练司令部近两年的资讯,美国空军第五代战斗机飞行员训练目前采用的是“过渡性”解决方案,正在积极推进长远解决方案。

  “过渡性”解决方案是新飞行员首先在T-38C上完成专门设计的战斗入门训练课目(主要是强化了空战机动的体验内容);随后,新飞行员在F-16双座同型教上完成改装过渡训练课目,课目强化了重大安全风险内容训练。最后,再通过高仿真地面模拟训练系统和F-22A的实际飞行训练,完成改装训练,获得初始机型资格。

  “过渡性”解决方案的基础是F-16双座同型教练机,但是,根据美国空军的预计,其F-16机队将于2025年前后退役,2020年前后F-16双座的数量就无法满足批量培养五代机飞行员的需求。于是,美国空军教育和训练司令部近三年开始积极推进长远解决方案。该方案的核心是引入先进的新型高级教练机T-X替代T-38C和F-16双座,通过一机多型,同时满足F-16系列、F-15系列、F-22A和F-35A飞行员的培养,并以之为基础重构美国空军战斗机/攻击机飞行员专业培养的体制,真正实现“高效生长模式”。

  美国空军的专项研究提出,未来作战能力需求和主战装备飞行员培养需求对T-X的要求包括:执行高机动飞行技术训练和技战术训练、昼夜空中加油训练能力、可以执行夜视兼容训练,具备类似于未来主战装备的起降性能,减少未来主战装备起降训练损耗。

  同时,美空军飞行教官们对T-X还要求至少具备下三种新能力:培养飞行员信息收集、综合和区分优先主次的能力、培养飞行员管理信息、传感器和武器的能力、培养飞行员座舱资源综合调配能力。这三个能力要求的基础还是高机动平台和高技术系统的组合。

  目前,美国空军已经开始评估T-X,主要机型就包括了T-50和M346。美国防部计划在T-X上进行一机多型的发展,主要有高级教练型、战斗入门型、双座攻击型和舰载型等,数量将为350~500架。目前受制于“钱”的美国空军设定T-X形成训练能力的“后墙”为2019-2020年。

  《全球防务》:有人提出第六代战斗机可能是有人/无人可选驾驶模式,与此配套的高级教练机应该具备什么技术特点?

  张弘:所谓的第六代战斗机是指在目前以F-22A和F-35A为代表的第五代战斗机之后进一步发展的下一代战斗机。目前第六代战斗机还没有比较明确的定义,但是比较广泛传播的概念能力想定包括:超高隐身、全飞行包线(从亚声速到数倍声速)、可变形、有智能蒙皮、高度网络化、有超高灵敏传感器、可选有人/无人驾驶、定向能武器等。

  实际上,无论第六代战斗机是有人/无人驾驶混合模式还是完全的有人或无人驾驶,对人员的培养都是不可或缺的。无论武器装备如何先进、能力如何强大,但是驾驭或是管理这些武器装备完成任务的依然是高素质的人。F-35A在研发飞机的同时就同步规划了相应的一体化训练系统,并在其机载系统设计中整合了相应的功能。之所以洛克希德·马丁公司能做到这点,就是因为在JSF概念发展的同时就不断结合作战想定提出对人的任务能力素质培养要求,并同时迭代开展与训练相关关键技术的预先研究、提前突破。现在F-35A还在试飞,美国空军教育和训练司令部已经在同步建设F-35A训练中心。

  未来的第六代战斗机很可能将与今天的战斗机有着截然不同的特征,机上系统能够达到一定的智能自主水平。虽然人工智能已

  经取得极大进步,但是在全空间态势感知、快速信息分析、决策行动等方面与人脑的还有很大差距,这都需要长期努力才能做到。计算机处理能力得到了快速增长,但是机器仍然很难处理瞬间可能发生的无数潜在态势,在机器具备这样的能力前,战斗机还是需要人的在环控制和管理。虽然对未来控制和管理第六代战斗机的人需要的能力,目前仍然处于探索阶段,但可以明确的是,这样的一些能力培养要求自然就需要与之配套的高级教练机或是教练机综合训练系统提供相应的训练环境。有人/无人混合模式主要可能从两方面提出训练需求:

  第一方面是“平台人机整合”。第六代战斗机可能不是自主的,但是可以学习并为飞行员提出行动建议。那么高级教练机就应该具备这样的机上虚拟训练系统,能够由教员设定不同的作战场景和机上系统的智能自主水平,然后让学员学习如何驾驭这样的战斗机执行不同烈度的作战任务。换句话说就是要在高级教练机上让学员学会在座舱内如何与机器人机组成员划分权限、统筹资源。

  第二方面是“有人机/无人机编队整合作战”。未来的第六代战斗机可能是有人驾驶的,但是伴飞的却是数字化的僚机,后者作为额外的“传感器-射手”,并且可以接受语音指令。配套的高级教练机就应该具有模拟这样的僚机,让飞行学员有逼真的视觉感受,让学员有机会培养自己一边驾驭战斗机作战,一边指挥数字化僚机协同的能力。随着无人机技术的快速发展,将有可能在未来生产出自主式机器人战斗机。但是无论如何智能化,武装化的机器必须接受人的绝对领导,必要的时候人可以降低机器的自主权限。因此,未来的飞行学员还需要循序渐进培养自己充分利用资源、管理多架无人机作战的空中训练环境。这实际上对高级教练机应该具有的态势、风险、任务管理三大能力培养环境提出了更高的要求,这些要求迫切需要我们从现在开始就不断探索、深入研究。

  L15的研发是艰难的,它的巨大带动作用也是显而易见的。研制适应未来需要需要的高级教练机,也必将推动洪都战略——打造中国乃至世界教练机基地更早实现。

  《全球防务》:L15飞机研发中的难点是什么?作为一个产品项目,要想成功,还需要哪些方面的支撑?目前洪都在提升能力方面都有哪些举措?

  张弘:L15飞机属于目前世界上性能最高的教练机之一,这些高性能教练机研发中实际上存在着一些特别突出的制约条件,使得无法采用与战斗机研发完全相同方法。教练机的研发工作具有研制经费受限制、研制难度和受重视程度不协调、市场竞争激烈、用户国主战飞机更新换代带来的改型需求变化多等等特点。战斗机设计只需考虑等级飞行员执行任务的需求,教练机却要为从初学者到等级飞行员提供从熟悉喷气机飞行到高级战术训练和演习的实装训练环境。显然,教练机在研发要求、设计原则上与战斗机必然存在诸多不同,其中“教学任务能力设计”更是战斗机设计中所不具备的。先进主战飞机飞行员培养要求实际上对教练机的研发提出了异常苛刻的要求,最突出的要求就是安全性、一机多型和经济可承受性三者兼备。

  飞行学员初始技能水平低,容易出现“错、忘、漏”和粗暴操作,飞行情况复杂时易出现精神紧张状态,进一步加大飞机超出飞行状态使用区域的概率。如果教练机没有一定的自动化安全保障措施,会对学员的心理产生极大影响,从而降低其学习的欲望和培训效率。为达到训练目标,教练机必须尽量逼真地再现真实作战任务时影响飞行员的所有因素,消除妨碍学员培养和巩固必要技能的精神紧张状态,防止发生重大事故。这些要求的矛盾是显而易见的。因此,如何为L15项目开发更完备的机载飞行安全保障系统就是一个迫切需要开展的研究方向。

  L15的发展理念是“一机多型”,需要使教练机的特性与目标飞机的特性协调,这将显著加剧设计矛盾,使气动力设计问题复杂化。教练机及其改型机的气动力设计存在很多制约,主要包括:可供选择的合适尺寸的发动机产品非常有限、必须尽量降低技术风险和研发费用、机载系统复杂度增加、非常长的使用寿命和提高飞机可维护性要求(导致重量增加)。

  各空军强国之所以革新军事飞行训练理念,原因在于采用战斗机进行基础训练的经济可承受性不好。高性能战斗机越来越昂贵的同时对战斗力质量的要求也越来越高,如何将战斗机有限的飞行小时数利用得更有价值已经成为各空军强国训练体制改革的重要目标。

  于是像L15飞机这样的高性能教练机就必须承担相应的训练任务。但是采用高性能教练机进行战斗基础训练的目的就是要节省体系训练成本,因此,高性能教练机既要有能力,又要有很好的经济可承受性。“既要马儿跑,又不让马儿多吃草”的寻优准则和成本控制意识将贯穿高性能教练机的研发全过程。

  2010年11月,中国人民解放军空军和中国航空工业集团公司在珠海共同主办了“军事飞行训练国际交流会议2010”,中航工业洪都作为唯一的主机厂所协办单位参加了会议组织协调工作。林左鸣董事长出席会议并在大会致辞中强调:中航工业要积极应对飞行训练体制变革带来的巨大挑战,始终站在航空科技前沿,加速推进军事飞行训练装备研制和产业化进程,要努力打造适应未来发展需求的明星、名优、名牌产品。

  在第八届珠海航展期间,林左鸣董事长还欣然题写了“把猎鹰打造成中国又一型名机”的字句。这既是对L15项目阶段性成果的肯定和鼓励,同时又是对洪都的鞭策和要求。“一代名机”意味着不仅要把L15飞机研制出来,而且要在世界范围内得到广泛认同,不仅要国内装备,而且要抢占国际市场份额,要科研项目成功,更要商业成功。

  《全球防务》:要实现从传统的教练机生产商到飞行训练集成系统供应商的转变,洪都有怎样的具体做法?

  张弘:中航工业洪都以军用教练机起家,初教6、K8等项目都取得了项目和商业双丰收,与世界同步研发、具有自主知识产权的L15飞机的总体技术水平更是已经达到世界级水平。

  作为中国唯一的教练机科研生产基地,中航工业洪都已经形成了初级教练机、基础教练机、高级教练机的教练机全系列产品,并正由独立的教练机产品供应商向基于全谱系、全方位的专业化飞行训练的集成系统供应商转型升级。即使放眼全球,这样的全系列教练机专业厂商也寥寥无几。但是对于像L15飞机这样已经开始和世界级对手进行直接竞争的项目而言,我们已经开始在管理、科研、生产等多个方面加速提升能力。

  中航工业洪都正在从机遇导向型向战略导向型发展,“引领飞训,军民结合,驾驭规模,跨越发展”的中长期发展战略逐渐成形。我们以前所未有的开放心态,从内部和外部条件出发,从行业规划和用户需求中寻求空间,高起点寻求战略定位和产品占位,认真梳理发展模式,深入挖掘价值贡献点,进行顶层经营规划设计,积极打造国际一流的飞行训练系统供应商。

  中航工业洪都正在实施管理创新,流程规范运营。通过机构精简,整编优化,部门的壁垒和条块的分割得到治理,以综合平衡计分卡为绩效导向,管理职责进一步理顺,梳理岗位体系,清理岗位设置,“长家”分设,长家匠分离;从传统的以行政管理为模式向现代的以业务运营为模式过渡;副总师作为项目牵头人协调资源,初步实现决策重心上移,执行重心下移。强化流程管理,以信息化手段固化流程,打通和优化各业务领域、层次结构之间的路径,实现工作显性化、程序化、规范化。

  为了实现能力突围,中航工业洪都正在加速推进制造技术振兴工程、质量提升计划、信息超越计划等,一揽子细化项目覆盖了设计、工艺、制造、管理、售后的全价值链,3条数字化装配生产线大加工中心逐渐成形,科研生产管理模式正在发生转变。目前,中航工业洪都的运营管控系统已经启动,计算机辅助工艺设计、集成质量系统、制造执行系统、试验数据管理系统、产品数据管理系统等十大管理创新系统有序推进,不仅逐步实现了产品数字化设计制造协同管理,而且能够集成企业各应用信息系统,形成统一工作平台,实现企业跨系统、跨部门流程的整合,促进企业管理规范化、过程标准化和流程自动化。

  从L15这个项目参与国际竞争的过程中,我们清醒地认识到,我们与先进水平相比,与上级领导对我们的要求和期望相比,我们的基础能力还有待提高。但我们已经开始行动,在主价值链能力培育上,积极谋划,对症下药,不断向先进水平跃升,在学习中进取,在创新中超越。我们有信心把L15项目做成“产、学、研、用”相结合、科技创新与商业模式创新相结合的新标杆,为中航工业航空装备能力提升和中航工业跻身世界强者之林作出努力。