尹海韬+李艳
摘要：着舰控制系统性能评估体系的建立是舰载机着舰控制系统技术领域的一个重要部分，如何客观、全面地评估着舰控制系统性能，是系统研制和使用均关注的问题。文章结合着舰过程的各个阶段构建着舰控制系统的多层次评价指标体系结构，建立不同阶段的评估模型，并对关键指标进行简要分析。
关键词：着舰；控制系统；评估；指标体系
中图分类号： TN95文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（b）-0000-00
引言
近年来舰载机自动着舰系统得到广泛研究，出现了许多方法。相应地，对着舰控制系统性能优劣的评估也得到充分发展。如何对舰载机自动着舰系统建立科学合理的评估体系，成为了迫切需要解决的问题。
国外对舰载机自动着舰系统的评估的研究较少，相关文献仅局限于对作战飞机的性能评估[1～4]，或者对民航着陆阶段进行评估分析[5]。本文从舰载机着舰过程出发，结合着舰过程对各个阶段的关键因素分析，并建立相互独立的子评估体系，最后根据子体系给出多层次评价指标体系结构。
1 指标体系建立原则
舰载机着舰控制系统是具有机动性的复杂系统，并且着舰过程受风干扰、甲板运动等影响。要对其建立合理的评估体系，应从以下两方面考虑：
1.评估系统模块化处理 由于着舰控制系统本身是个复杂的大系统，要对其做出合理准确的综合评估，首先应该对各分系统给出合理评估。所以应将总系统根据其不同的性能要求划分成若干模块分别进行评估；
2.各模块下评估指标的选择 评估指标的选择是评估中最为重要的一个环节，选择合适的评估指标，不但可以对系统做出合理有效的评估，也给系统的进一步优化提供指标参考。
在评估系统中，根据指标本身功能要求，每一个指标的建立都需要一定的计算方法。另外，根据每个指标在评估系统中的地位以及所起的作用，对整体性能的评估给出合理的评估方法。
2 着舰控制系统指标的分析
根据上述原则，以着舰过程不同阶段的性能为参考标准划分评估系统的模块。主要针对进场着舰性能、机舰耦合作用、边界保护性能、着舰点误差以及着舰成功率五个方面建立各自的评估指标体系。根据着舰不同阶段对控制系统的具体要求，结合指标在控制系统中所起的作用及其权重的大小，建立上述五个指标体系为基础的着舰控制系统多层次评价指标体系结构，并对其关键指标进行定量分析。
2.1 进场着舰性能
进场着舰性能[6]指标体系包括美国海军联适用规范指南中已有和现有的进场着舰相关指标。主要包括下滑跃升机动、最小视场角度、失速速度边界、飞控极限速度、大油门响应、着舰下滑角等6个指标，指标具体说明如下：
a.下滑跃升机动：在机动开始的5s内，能够从初始航迹修正到50ft（15m）高的新航迹的最低速度。
b.最小视场角度：在相对于航母吃水线上方600ft（183m）高度与下滑航迹相交处，从飞行员设计眼位看到舰艉吃水线时的最小视场角度。
c.失速速度边界：失速边界的功率标准是：在使着舰构型产生1.15倍无动力失速速度的推力作用下，平飞时可获得1.1倍有动力失速速度。
d.飞控极限速度：对于舰载机进场着舰阶段而言，飞控极限速度是指基于边界范围内飞行控制的最小速度。
e.大油门响应：在推油门和减速板收回后纵向加速度能在2.5s内达到5ft/s2（1.74m/s2）的最低加速度。
f.着舰下滑角：在光学助降系统下，舰载机着舰的下滑轨迹与海平面的夹角。舰载喷气式飞机一般均以3.5°～4°的固定下滑角进场着舰，最大下滑角受垂直下沉率强加于飞机结构上的载荷所约束，过大的下滑角将使飞机起落架及机体的纵向结构强度难以承受，甚至造成着舰时起落架折断。而最小下滑角是受精确操纵及舰尾扰流所约束，可归纳为以下几方面因素的限制[6，7]：
1.航母静止的情况下，飞机着舰时应有3.05m（10ft）的通过尾舷高度， 由于理想着舰点与尾舷之间的水平距离有限，飞机的下滑角不应过小。
2.下滑角越小，对于垂直方向相同的高度偏差的触舰点，引起的水平距离偏差就越大。另外，受地效作用的影响，在小下滑角时，触舰点距离偏差也会相应增大。如果低于所需要的下滑角，飞机可能被下洗尾流打入舰尾有坠毁的危险。
3.下滑角偏小时，驾驶员对下滑面的控制较难。进场的最后10s内，驾驶员通常采用的控制方法是操纵升降舵和发动机推力。对于喷气式飞机，建议甲板风为25kn时用3.5°下滑，甲板风大于30kn用4°下滑[8，9]。
进场着舰性能指标如图1所示：
2.2 机舰耦合作用
机舰耦合作用[10]性能指标包括：最大纵摇角、最大横摇角、最大下沉高度、甲板中线夹角等4个指标。
通常航母是以30海里/小时的速度行驶，加之海况所造成的舰体横摇、纵摇和升沉等，从而使飞机的预期着舰点实际上是三维空间的活动点。美国海军规定，舰载机着舰时，航母纵摇不得超过2°，横摇不得超过7°，舰艉下沉不得超过1.5m，否则着舰上钩将非常困难。同样，在舰载机起飞离舰时舰艏不得下沉，经计算每下沉1°，舰载机离舰速度必须提高20kn（37km/h），方能保证安全离舰。
机舰耦合作用指标如图2所示：
2.3 边界保护性能
在着舰阶段舰载机许多参数的边界限制中[11]，过载及迎角限制最为重要。最大过载和临界迎角一般与人体的忍耐极限和飞机的结构载荷有关。
根据设计，临界迎角可以从16°到20°变化。通过增大进场着舰迎角，可以有效提高升力系数，提高着舰性能。但限于鸡头前部视场、飞行品质，保证尾部攻击能力等其他限制条件，实际迎角一般不会达到迎角边界。F/A-18A的安全着舰迎角约为8°。
过载限制的范围应根据飞机用途确定，各国规范都是根据本国实际情况对飞机进行分类，并规定其过载的大小，如表1所示：
2.4 着舰点误差
ACLS的主要功能是对着舰下滑航迹进行精确控制。衡量舰载机着舰精度的指标是着舰偏差的大小。着舰偏差是指舰载机的实际着舰点与理想着舰点之间的位置关系，包括纵向偏差、横向偏差以及轨迹跟踪精度。其中，纵向偏差又包括水平位置偏差和垂直高度偏差，轨迹跟踪精度是在三维空间上跟踪轨迹与理想轨迹的偏差，其表达式为：
（1）
航母甲板上一般布置有4根拦阻索，第1根位于距船尾50m左右处，其余3根按照舰尾至舰首方向每隔约12m设1根。理想着舰点位于第2根和第3根拦阻索的中心位置。水平位置偏差指实际着舰点与理想着舰点之间的水平距离；垂直高度偏差指在理想着舰点处舰载机的实际下滑轨迹与理想下滑轨迹之间的垂直距离；横向偏差是指舰载机在进舰过程末端到达理想着舰点处时，机身中轴线偏离拦阻区的甲板跑道中心线的横向距离。偏差等级分类标准如表2所示。
2.5 着舰成功率
着舰成功率是飞机没有发生事故且未发生复飞和逃逸的概率。据国外舰载机飞行训练的统计数据表明，在安全着舰、复飞、逃逸、撞舰（撞击母舰舰尾）这几种现象中，复飞概率最大，为40%～50%[12]。着舰成功率=1-着舰事故率-着舰逃逸率-着舰复飞率。
2.6 着舰控制系统性能指标体系
根据以上对各个指标的分析，对着舰控制系统建立评估体系，主要包括进场着舰性能、机舰耦合作用、边界保护性能、着舰误差指标和着舰成功率五个方面。具体的评估体系见图5所示。
结论
本文简要分析了着舰过程的关键指标，建立了以着舰过程各阶段为基础的进场着舰性能、机舰耦合作用、边界保护性能、着舰误差指标以及着舰成功率各模块的评估指标模型，并构建了着舰控制系统的多层次评价指标体系结构。对研究舰载机着舰控制系统性能评估提供了可靠的理论依据。
参 考 文 献
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