高级教练机航空电子技术发展趋势

陈 英，李 维，严 菡，占 攀，张明明

（航空工业洪都，江西 南昌，330024）

0 引言

教练机是和平时期飞行员训练体系的核心组成部分，是部队战斗力快速生成和维持的重要保障。传统观念上的教练机专用于培养和训练飞行员的飞行技术，但是在高新技术推动以及装备需求的牵引下，一些飞机制造商已经着手论证和研制新型高级教练机，并逐渐凸显出高级教练机“多用途”的特点：一方面，以教练训练为主，可用于高级驾驶技术、战斗技术训练和部分战术训练；另一方面，新型高教机可扩展到训练战斗机的基本战术动作和武器使用技巧，并在必要时执行作战任务，这就是所谓的战斗机导入教练机（Lead In Fighter Trainer，LIFT），高级教练机的新特征在一定程度上给教练机的航电技术带来新的要求和发展。本文结合航电系统的发展，对国内外教练机航电技术的应用情况进行梳理，对新型高级教练机航电技术的发展特点、发展趋势进行分析，提出新型高教机航电发展的某些重要方向，为我国新型高教机航电发展提供一定的参考。

1 航电系统的发展特点

航电系统是综合航空电子系统的简称，航电系统涵盖了包括通讯、导航、识别、探测、电子战等在内诸多功能的机载电子设备和系统，一般可分为综合显示和控制、无线电与导航、雷达、大气数据采集、火力控制等功能，是提高飞机性能和效能的重要要素。

航电系统的发展经历了几十年，航空电子系统结构也在不断演变，大致经历了一个从分立式、混合式、联合式到高度综合化的发展过程：早期的航空电子系统通过专门硬件模拟电子线路和继电器得以实现，在这种“单点解决”的方案下，相应功能的升级需要通过电路及其互联关系的改变得以实现；随着数字计算机的发展，“单点解决”的功能被移植到目标计算机上的应用程序中，此时的功能升级可通过更改软件而得到灵活、快速的实现；此后，总线技术和应用得到普及，出现像MIL-STD-1553B、ARINC 629等高速通讯数据总线，航电系统的线缆、体积逐渐减少，系统结构更加紧密，性能也得到提升。航空电子技术发展到现在，其发展呈现出综合化、模块化、通用化、智能化的发展趋势，某些专用的任务系统也已经成为通用系统，通过在通用体系结构上扩展相应的任务功能，就可以实现不同的任务飞机需求。

由此可见，现代先进航空电子系统是一个集控制、传感器、显示、通信为一体的高度信息综合化网络，其功能不仅涵盖了传统的航空电子仪表，同时还将机载传感器和电子设备有机综合在一起，实现数据之间的交互和融合，为飞行员战术决策和机动提供友好、智能的辅助。总结航空电子发展的几十年，可以归纳为以下主要特征：

1）开放式的系统构架

开放式的系统构架不仅指硬件产品接口的标准化，同时也指机载软件对外接口的标准化，开放式的系统构架不仅便于电子设备之间的互联互通及设备扩充，同时也有利于缩短航电系统的开发与调试周期，这种标准的开放方式能够大大提高系统软、硬件的移植性和可靠性。

2）综合模块化技术

综合模块化技术不仅是实现结构简化和综合化的基础，同时也是系统重构、修改和维护的重要基础。综合模块化技术的一个重要特征就是航电系统的结构分层，尤其是在顶层设计时，必须要考虑数据交互的接口、程序应用与操作系统的结构，权衡系统分层独立与总体综合的关系。

3）资源共享

综合航电系统技术的发展越来越强调资源共享的设计原则，一是安全、可靠、高速的共享总线技术，分系统根据所需对总线中的数据进行选择，总线技术是航空电子综合化、智能化发展的基础；二是传感器信息的综合与融合技术，实现对多传感器信息的互补，获得比单一传感器更高准确度和信息量的传感器网络。

2 新型高级教练机的航电系统特点

第三代战斗机强调机动性，大量采用新技术和新工艺，使用电传飞控和大屏幕显示，这些特点在很大程度上影响了新一代高级教练机的设计，目前具有代表性的新型高级教练机包括俄罗斯的雅克-130、意大利的M-346以及中国的L-15等，这些新型高级教练机虽然外型相似，但其内在的航电系统还是有所区别。

1）雅克-130

雅克-130是俄罗斯雅科夫列夫设计局设计的高级教练机，其量产型号的航电系统采用了模块化设计，通过玻璃化座舱（见图1）可见其采用了多功能显示器、UFCP以及HUD等人机交互设备，通过发布的技术参数可知,雅克-130采用1553B总线，前后舱各具备3个完全独立、相互备份的多功能显示器，具备自动机载自诊断测试系统和头盔瞄准系统，能够实现嵌入式仿真训练，并可挂载武器和副油箱。

图1雅克-130座舱

2）M-346

M-346是一款由意大利阿莱尼亚马基公司研制的新型喷气式军用教练机，座舱布局合理，人机界面友好，其前后座舱配备了3个互为余度的多功能彩色显示器（见图2），采用双冗余的1553B总线技术，配有敌我识别系统、激光陀螺仪惯性导航系统和拥有夜视功能的先进头盔显示器，整个飞机有9个挂点，保留了将其改装为轻型战斗机的能力。M-346空战训练系统，官方名称为嵌入式战术训练仿真，是M-346高级教练机的核心特征之一。M-346嵌入式战术训练仿真与航电系统综合集成设计，使M-346具备了全范围的仿真训练能力。

3）L-15

L-15是一款由航空工业洪都设计的新一代高级教练机，最大速度达到1.4马赫数，相较于雅克-130和M-346，L-15具有更加优秀的气动设计，座舱环境布局合理，具备UFCP、HUD等人机交互设备，前、后舱装有3个尺寸更大的多功能彩色显示器，能够进行嵌入式训练，并且具备安装雷达、武器、电子吊舱的能力。

图2 M-346座舱

通过对上述目前主流高级教练机航电系统的分析可知，它们普遍具有以下特征：一是采用1553多路传输总线网络，构成机载的综合集中分布网络系统；二是具备综合显示与控制功能，具有良好的人机交互界面；三是都具有改装成为轻型战斗机的能力，可以作为多用途飞机使用；四是新一代高级教练机都非常重视嵌入式训练系统的开发和使用，扩展教练机的训练能力，提升训效比。

3 新型高教机航电系统的重要发展方向

在科技不断发展的今天，战斗机的作战模式已经发生了巨大的变化，因此，新型高级教练机必须迎合新的作战训练需求，在培养和提升飞行员基本战技战术水平的同时，也可用于部队对新战法、战术的研究，甚至是进行实战演练。

1）网络化的信息综合态势感知与交互

未来作战飞机在战场环境中不是单纯的作为武器投射平台，而是作为多维度网络战的组成部分，因此，飞行员在使用新型高教机进行训练时，需要同时满足对其飞行技术和战术意识进行培养的要求，不仅需要进行起飞、导航、编队、简单占位等基本机动的技术训练，同时也要培养飞行员学会使用雷达、数据链等获取战场信息，对战场环境作出准确分析和判断，并使用武器等实施战术机动和打击的行为，完成现代战场的基本作战程序。

因此，未来航空电子系统的综合程度将进一步提升，各种机载传感器信息、数据链信息、显示控制终端构成一个庞大的信息网络，其中传感器的信息综合是航空电子系统综合的关键技术之一，各种传感器（如雷达红外和光电等探测系统、电子战系统、通信导航识别系统）除了自身的模块化外，还将实现在各自分系统中更为深入的综合和资源数据共享，同时，人机交互界面或方式也将得到变革，现有的多块多功能显示器更新为大屏幕显示器，将能够更好的反应战场态势，有利于飞行员对战场全局的把控，而具备了头盔瞄准系统等新型人机交互系统的高级教练机，将有利于飞行员对未来战争模式的掌握。

2）嵌入式虚拟训练

和平时期的实战训练机会较少，利用机载和地面设备仿真战场环境有助于提升飞行员在战场环境下的战术决策与机动能力，因此，嵌入式空战训练技术应运而生，各国军方及空战训练研究机构也开始将目光投向嵌入式训练系统，同时，嵌入式训练也是目前世界主流高级教练机航电系统必备的功能之一。

高级教练机配备嵌入式训练系统，一方面能够减少大量设备采购和维护成本，另一方面也降低了训练消耗，降低了训练费用，提升了训练效果。嵌入式空战训练是一种内置的作战功能系统，它在机载计算中虚拟空对空或面对空威胁、虚拟传感器及虚拟武器等，使飞行员在所设计的生动而充满挑战性的虚拟场景中对抗大量的逼真虚拟对手，使受训者获得与实战相符的心理与生理适应性，大幅提升训练质量。同时，嵌入式空战训练系统可以在和平时期和作战间隙为部队提供全时段、全方位和不间断的训练，有效提高部队的战备能力和应对突发事件的反应能力。

4 结语

航空电子技术在不断取得新的发展和进步，这些技术可能最先被使用在战斗机中，然而，为了形成面向战场环境的新训练体制，高级教练机除了向学员提供“传授型”和“维持型”训练外，还需要具备向学员和教员提供摸索新战法、进行“研究型”训练的能力，这就要求新一代高级教练机成为具有网络化、智能化和嵌入式训练能力的综合训练系统，从而使高级教练机获得扮演更多角色（轻型攻击机等）的能力。