[转帖]综合火力/飞行控制技术
综合火力/飞行控制技术
综合火力/飞行控制技术是七十年代美国提出的以载机采用主动控制技术为基础来解决火力控制问题的概念，简称IFFC（Integrated Fire/Flight Control或Integrated Flight/Fire Control）。其实质是通过能进行解耦操纵的飞行控制系统把平台和攻击传感器综合在一起，用火力控制系统输出的瞄准误差，自动或半自动地操纵飞行控制系统，帮助驾驶员实现攻击操纵。其载机采用主动控制技术，或者至少载机的飞行控制系统能部分地实现飞机飞行状态和飞行姿态间的解耦操纵，载机的飞行控制系统能在火力控制系统控制下，操纵飞机进行机动攻击，同时载机采用指挥仪型火力控制系统。 [相关技术]自动控制技术；主动控制技术；飞行控制技术；火力控制技术 [技术难点] 综合火力/飞行控制技术是高度综合化的控制技术，除了主动控制技术以外，其技术基础还包括全权限电传操纵飞行控制系统（FBW）、高速和大容量的机载计算机以及快速算法软件、连续计算命中点（CCIP）和连续计算投放点（CCRP）等火控原理以及指挥仪型火控系统、综合显示设备、火控雷达和激光测距/跟踪以及电/光跟踪等火控传感器、能连续预测目标状态的卡尔曼滤波目标状态估值器等。 [国外概况] 1、综合火力/飞行控制技术的火控原理研究-"火飞"I
七十年代中期，美国通用电气公司飞机设备部根据综合飞行/火力控制概念设计了"火飞"（Fire Fly-FF）火力控制系统。它实质上是一种能控制飞行控制系统的指挥仪型火力控制系统。"火飞"I是原理性研究计划，它使用手控指挥仪型瞄准具、三阶目标运动方程和F-106飞机的CCV（随控布局飞行器）模型进行数学模拟研究。"火飞"I的研究目的是检验空战最后阶段人工操纵指挥仪型瞄准具的跟踪功能，并用数字计算机对其进行模拟评价。尽管火飞系统是为空空射击、空地射击和俯冲轰炸设计的，但"火飞"I仍只局限于空空作战任务，只评价火飞瞄准系统的手控状态，即把跟踪误差提供给操纵飞行控制系统的驾驶员模型。评价中假定跟踪器是连续自动跟踪，对目标状态的估算是理想的，规定的初始条件有：攻击机的高度为3050m（10000ft），速度为0.8M；目标在恒定的高度上以恒定的空速和恒定的转弯速率机动；同时规定了攻击机相对于目标运动的初始位置，以便使攻击机的位置接近于机炮的火控解；另外还假设攻击机具有足够的有效推力，以保持跟踪机动时的空速。模拟的结果表明，对所模拟的目标机动来说，火飞手控指挥仪型瞄准系统的跟踪性能是稳定的，跟踪误差响应特性主要取决于选定的驾驶员模型参数。
2、综合火力/飞行控制技术的火控系统模拟试验-"火飞"II
"火飞"II是美国通用电气公司在1977年-1978年期间，为美国空军电子研究所和空气动力研究所进行的工程研究计划，目的是把"火飞"的火力控制系统与F-15、F-16的CCV模型综合在一起进行有人驾驶的模拟试验，1978年10月美国空军航空电子研究所与诺斯罗普公司开始对"火飞"火力控制系统通用的机械编排问题进行研究，使"火飞"II计划成为后来的IFFC计划的基础。在"火飞"II中，通过产生用于操纵飞机的指令信号把火力控制和飞行控制综合在一起。系统的设计使驾驶员能不同程度的介入到控制任务中去，从驾驶员辅助半自动控制到手控。对空空射击的自动控制来说，"火飞"II设计的基本原理是使飞机角速度和目标未来位置的瞄准角速度共线，同时设法使机炮的角误差为零。在空对地射击中，"火飞"II的基本方法是在射击间隔时间内增大侧滑角，而不是传统上所作的调整飞机。如果正确地估测出侧滑角的大小，则出现侧滑角时不会引起很大的瞄准误差。这种方法导致了地面高射炮可用时间的减少，获得了很高的突然性，增大了射向飞机的高射炮弹的脱靶距离。"火飞"II的轰炸系统则提供了在以任意俯冲角和滚动角作大过载转弯时投放武器的能力，并且不需要精确地控制飞机的升力。这种方法就是根据转弯速度的大小来确定投放条件。由显示器向驾驶员显示投放武器的距离，驾驶员的任务是连续进行恒速转弯飞行，直到到达投放距离为止。研究表明，在空空格斗时，飞行和火力控制系统的综合除了能改善射击精度外，还减轻了驾驶员的工作负担。对空对地任务来说，使用"火飞"II可减小高射炮和地对空导弹的威胁，提高武器投放精度。其主要原因在于，"火飞"II能在完成平面转弯时进行轰炸，转弯平面不限于是水平面。对于空对地射击来说，它容易保持在武器线指向目标的同时进行逃避机动。在空对地任务中，飞机可在交战的同时作逃避机动，因而增加了飞机的生存性，因为它降低了地面火力对飞机飞行轨迹的预测。
3、综合火力/飞行控制技术的可行性研究-"火飞"III以及IFFC-I/"FF"IIIF-15B
"火飞"III是通用电气公司为美国空军航空电子研究所提供的试飞验证IFFC概念的火力控制系统，目的是在实际飞行条件下验证飞行/火力控制概念的可行性。它是对IFFC进行通用机械编排，使之实用于多种飞机的各种传感器、火控算法、飞行控制律、飞控系统以及各种武器投放模式。"火飞"III分十个模块编排在耦合器接口部件（CIU）中。
美国前麦克唐纳公司在"先进战斗机技术综合验证机"（AFTI）计划中落选后，独自制定了"先进战斗机性能验证机"（AFCD）计划，进行提高F-15飞机战斗性能的研究。该计划获得了军方的承认和支持，发展成由美国空军飞行动力研究所统一管理的联合研制计划，这就是IFFC计划。该计划的目的是验证通过IFFC技术改善战斗机武器投放精度和提高攻击飞机的生存性，分为两部分，分别由飞行动力研究所和航空电子研究所负责，合同总额为1600万美元。前麦克唐纳公司获得了1000万美元的合同，进行飞行控制系统的研制和整个系统的综合与试验。通用电气公司获得了600万美元的合同，研制"火飞"火力控制系统，其中电-光传感器的研制工作转包给了马丁·马丽埃塔公司。空军飞行试验中心（AFFTC）负责试验的组织工作，空军战术战斗机武器中心（AFTFWC）也参与了试验的组织工作。选择双座F-15B作验证机，命名IFFC-I/"FF"IIIF-15B。这是第一个IFFC系统的研究计划。试飞成果不仅被直接应用到另一个IFFC系统的计划-AFTI/F-16计划中，还被应用在双重任务战斗机F-15E上。
1981年3月，IFFC-I/"FF"IIIF-15B开始试飞，到5月份完成了12次适航性飞行后，6月在爱德华基地的空军飞行试验中心正式开始试飞。飞行试验共进行了15个月，前后共进行了150次试飞，空空射击、空地射击、空地轰炸各50次。在1982年8月的一次试飞中，IFFC-I/"FF"IIIF-15B以130°的进入角攻击一架PQM-102靶机，靶机以778km/h的速度、4g的过载向右转弯，IFFC-I/"FF"IIIF-15B以3.3g的过载、741km/h的速度也向右转弯。在离靶机3000m处接通IFFC系统，在1770m时射击，2s后在1160m处停火，共发射117发炮弹，至少命中30发，成绩非常可观。试验证明了IFFC系统在提高战斗机作战效率方面具有巨大潜力。
4、AFTI/F-16计划以及自动机动攻击系统（AMAS）
七十年代初，美国空军为了研究F-15、F-16以后的下一代战斗机新技术，制定了"先进战斗机技术综合验证机"计划（AFTI）。开始确定的内容比较广泛，包括主动控制技术、变升力技术和变推力发动机等。由于考虑的先进技术太多，太复杂，而且耗资大，以至难于实现。此外，军方在经费方面也有困难，所以该计划被推迟了几年，直到1976年美国空军才与麦道公司和通用动力公司签定了把F-15和F-16改装成AFTI技术验证机的合同，而且把计划的内容修改为主要验证在下一代战斗机上实现综合飞行/火力控制概念可行性上。1978年，美国空军选定了通用公司的方案，决定试制AFTI/F-16飞机。选定通用公司方案的主要理由是在F-16飞机上已部分采用了主动控制技术，而且还有CCV/YF-16飞机在1976-1977年的研究成果。1979年1月，美国空军与通用动力公司签定了合同，5年的合同总额为3430万美元。1980年3月，空军提供的F-16A飞机开始改装，第一年的改装费用大约是560万美元。尽管AFTI/F-16飞机是根据CCV/YF-16的试飞成果设计的，但它并不是单纯地研究飞行特性，而是要把包括武器系统在内的各种系统组合在一起以验证战斗机有效性的新机种，为此进行了大量的风洞试验，到1981年8月总共是1360小时。同时还对飞控系统进行了重新设计，用三余度数字式电传操纵系统取代原来的四余度模拟式电传操纵系统。1982年7月，改装后的飞机首次试飞，比原计划推迟了一年。参加AFTI计划的单位除空军外还有NASA和海军。AFTI/F-16计划总共试飞281次，分为两个阶段，第一阶段试飞125次（160小时），主要验证新的数字式飞控系统和研究新飞机的飞行特性，此外还试验语音系统，第二阶段是在完成第一阶段试飞后，在爱德华基地将飞机进行改装，增加自动机动攻击系统（AMAS）。1983年7月开始第二阶段的试飞，主要是试飞综合飞行/火力控制系统，共飞行156次（218小时），其中包括参加"红旗"演习的17次（35小时）空对空和18次（36小时）空对地的攻击表演。
AFTI/F-16计划与前面所说的IFFC-I/"FF"IIIF-15B在验证综合飞行火力控制概念的验证机上采用了两种不同的技术途径。前者是从改变飞机的气动布局入手，增加了新的操纵面，设计了新的飞控系统。这种办法能比较全面地对新技术、新概念进行验证，但所需的新设备多，还要进行大量的风洞试验，所以耗费的资金多，进度也慢。而IFFC-I/"FF"IIIF-15B不需改变飞机的气动布局，不增加操纵面，只是通过修改原有的控制增稳系统来近似地实现解耦操纵。它的优点是耗资少、进度快以及现有飞机易于改装，但战斗机性能的改善效果较前者差。例如，在IFFC-I/"FF"IIIF-15B验证机上，由于只能使用原有的操纵面，无法精确地实现CCV飞机地各种特殊控制律，所以在空对地攻击时只能保持在1°左右侧滑的情况下实现机身指向。
自动机动攻击系统作为综合飞行/火力控制技术的具体实现，它是通过软件把攻击传感器、火控、飞控、驾驶员/飞机接口和武器接口都综合在一起的。它简化和减轻了驾驶员的工作负担，使之把精力集中于目标捕获、攻击计划制定和回避威胁上，而把飞行轨迹和姿态的控制交给自动系统完成。自动机动攻击系统具有精确的低空对地机动攻击能力和全方位的空对空交战能力。在低空对地攻击时，它使进入战斗、武器投放和退出战斗完全自动化。但驾驶员可随时进行干预，对地形跟随和武器投放高度的范围进行调整，以适应地形和威胁情况。驾驶员也可选择半自动或手动方案。它使飞机能在作机动动作时进行精确的武器投放，可以水平、俯冲或大机动转弯投弹，从而减少暴露在地面火力中的时间。有资料表明，它可允许飞机在5g的水平转弯机动时投放武器或战场上空存在大涡流时攻击目标。在空对空交战时，自动机动攻击系统具有360°的机炮攻击范围，它使高瞄准线速率和前半球攻击成为现实。在大进入角（前半球）、高瞄准线速率和动态尾追遭遇时，其射击机会可增加2倍。
5、综合火力/飞行控制概念的扩展-综合飞行/武器控制（IFWC）
综合火力/飞行控制主要是研究非制导武器的投放问题。将IFFC原理推广到除机炮、炸弹以外的武器投放就形成IFWC概念。它的实质是利用IFFC技术来改进战斗机整个武器系统的空对空和空对地的战斗效应，其功能不仅包括武器的终端投放，而且能进行武器的自动选择与转换，同时还具有空战轨迹生成能力，使飞机按最优轨迹飞行。其典型的空对空作战方式，对目标的攻击从超视距开始直至近距格斗，所用武器包括中距空空导弹、近距格斗导弹和机炮，在整个攻击过程中，飞机的操纵全部自动化或部分自动化? 综合火力/飞行控制技术对武器投放效果的影响是非常显著的，它可以实现自动攻击，减轻驾驶员的工作负担，提高武器投放精度，并可扩大攻击包线，实现全向攻击和机动攻击，对提高对地攻击时的载机生存性也有显著的影响。 [影响] 综合火力/飞行控制技术对武器投放效果的影响是非常显著的，它可以实现自动攻击，减轻驾驶员的工作负担，提高武器投放精度，并可扩大攻击包线，实现全向攻击和机动攻击，对提高对地攻击时的载机生存性也有显著的影响。
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2003-2-26 16:48:03
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