自主创新助力培养顶尖飞行员

朱力立 王琳 杨蜜

教练机是飞行学员翱翔蓝天梦想的摇篮。在中国教练机基地——航空工业洪都，有这样一位科技工作者，他用智慧和心血，为飞行学员提供优质的教练机，铸造了逐梦蓝天的翅膀;他率领项目团队，攻坚克难、砥砺前行，走出了一条前所未有的航空科技创新发展之路：他从事教练机研制35年，已将个人命运与教练机发展紧密融合、思虑久远……他就是航空工业洪都总经理、L15高教机总设计师——张弘。

一场空难引发的思考

波音737MAX事件已经逐渐淡出舆论视野，但张弘对此事的思考却在不断深入、由表至里。他认为，“波音737MAX这件事，一方面是飞机的问题，包括大气数据系统设计、飞行安全边界保护设计等，波音公司的飞机研发制造管理目前也的确暴露出一些问题。但是，另外一方面，我们也要看到飞行员培训方面也是存在严重问题的。”

在飞行员的培养过程中，军民航飞行员培养有着相辅相成的关系，甚至军航飞行员培养能够对民航的安全飞行起到非常积极的影响。采访中，张弘提到曾经观看多次的纪录片——《百年皇家空军》时感慨道，飞行员身上的英雄主义是源于他们在空中的决定性作用。而英雄并非天生，要具备安全飞行且处理各种复杂环境的能力，飞行训练应予以高度重视。

“有过军事飞行训练经历的飞行员往往表现出飞行技术好、心理素质过硬、抗压能力强的优势，能冷静分析飞行中遇到的特殊情况，采取针对性措施，妥善处置各种特殊情况。研究表明，之前好多民航飞行员都有过军事训练的背景，但随着民航活动迅猛发展，民航飞行员的需求量与日剧增，使得民航飞行员中有军事飞行训练经历的比例也从2010年大约85%，在2015年前后降低到了20%，民航飞行安全的潜在隐性风险也与日俱增。”

在我国民航飞行员培养中，也往往借鉴军事飞行训练的方法，“我们用初教6等教练机，使民航飞行员更有效地开展不明姿态改出训练，包括尾旋和特技飞行，可以在一定程度上化解风险。”

近年来，几次成功处置民航飞行险情的机长，都有军事飞行训练的背景。例如，川航空客A319风挡玻璃脱落，驾机成功降落的英雄机长刘传健是原中国空军飞行教员：全美航空1549航班发动机撞鸟熄火，驾机水上迫降成功的萨利机长曾是美国空军飞行教员：美国西南航空波音737发动机叶片断裂，驾机成功降落的女机长，也曾是美国海军舰载战斗机飞行员。“总之，飞行员的培养问题，要从国家需要的角度来理解和统筹解决，如何高效利用培训资源，同时兼顾军航人才储备和民航发展是一个值得深入研究，也是大有可为的课题。”

为人类最复杂的教育活动研发“教具”

从1984年到航空工业洪都参加飞机设计工作至今，张弘以不同身份参加了初级教练机初教6、基础教练机K8、强击机专业教练机强教5、高级教练机L15等型号的研制生产和交付使用工作。

他说，人类最复杂的教育活动就是培养战斗机的飞行员，训练水平影响因素很多，但最主要的硬件基础就是训练系统。而他们这群人的职责，就是为培养最优秀的飞行员，研制出世界一流水平的“教具”——教练机和配套训练设备设施。“我们常说一流的战斗机与一流的飞行员相结合才能具有一流的战斗力，光有航空武器装备而没有人是无法作战的。但是一流飞行员的培养需要遵循人才成长的规律，其不可或缺的物质基础就是军用教练机体系。”

通常情况下，教练机研制需要不菲的投入，“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战化训练环境。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。”

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中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。”

张弘还特别提到习总书记要求“加强军事人才培养体系建设”，“航空工业就要通过自主创新驱动军用航空训练装备体系发展，为部队提供世界一流的教练机装备和综合训练系统。”

L15高级教练机的应运而生

事实上，达到世界一流是中国几代航空人努力的目标。张弘对此感慨很多，“我所在的航空工业洪都是新中国航空工业的奠基企业之一，也代表了中国教练机体系产业发展的最高水平。我曾与陆孝彭院士、石屏院士共过事，也在顾诵芬院士的亲自指导下开展过工作。耳濡目染老一輩航空工业科学家的航空科技创新奋斗，结合我自身的实践，使我对整个产业的发展深有体会。”他主要总结了三点：

一是必须站在“建设世界一流军队”的角度思考军事飞行训练装备体系规划，坚持前瞻军事飞行训练需求，围绕军事飞行人才培养核心问题，自主创新实现军用航空训练装备体系的跨越发展，既要通盘考虑军事飞行人才从招飞到飞行学员、再到部队飞行员的全职业生涯发展需求，又要全局统筹军用航空训练装备从研制到交付使用、再到按需优化升级的全寿命周期开发要求，还要考虑在国防经费有限情况下的战斗力高质量生成和保持的要求。

二是必须站在“培养世界一流军事飞行人才”的角度思考军事飞行训练装备体系开发，坚持探索相关前沿技术，围绕军事飞行人才培养实践核心环节，协同创新实现军用航空训练装备体系的可持续发展，既要破除行业壁垒、跨专业整合、跨行业联通、产学研用相结合，又要拓展全球视野、整合国际资源、集智攻关、下苦功夫掌握核心，还要考虑产业链和人才梯队的培育。

三是必须站在“提供世界一流训练装备”的角度思考军事飞行训练装备研制，坚持研究相关应用理论，围绕军事飞行人才培养的科学规律，严谨求实实现军用航空训练装备的高质量体系化、簇族化发展，既要遵循战斗力标准，分解落实不同军事飞行训练阶段的培养目标，又要注意教练机体系各机型之间的衔接平滑、跨度合理、便于成才，还要考虑教练机与其他综合训练系统设施装置之间的配套互补关系，实现“多快好省”培养军事飞行人才。”

基于这种正向设计的理念，L15高级教练机应运而生。“随着国际上主战装备加速更新换代，先进战斗机性能达到了人类所能承受的极限，对飞行员的培养提出了更高要求，对新一代高级教练机的需求愈发迫切。我们与先进国家基本同步开始构思研制新一代高级教练机，这是部队非常需要的支撑先进战斗力生成的关键装备，但是我们没有研制过。面对国内国外两个市场上用户的严苛使用要求，关键系统技术的国外封锁，研制工作一度进展比较缓慢，技术路线的争论也比较多，当时也只有迎难而上、敢于突破、自主创新，才有可能搞出来。”

以自主创新完成跨越式发展

研制国际一流的高级教练机，是航空工业基于需求的筹谋，也是张弘及其团队为代表的航空人迎难而上的选择。自1998年起，由200多家单位、万余人参与的L15项目在上级机关的大力支持下，历时二十年的独立自主、艰苦攻关、创新跨越，突破了多项关键技术，攻克了重重难题，簇族化发展了系列机型，基本实现了当初的设计理念和发展构想。

在谈到实现教练机的跨代发展的关键因素时，张弘说：“最重要的是坚持自主创新，这里面包括原始创新、集成创新，以及在消化吸收国外先进技术的基础上再创新这三种类型，L15的研制过程将三种自主创新类型有机、高效地融合在一起。

一是以原始创新突破关键点。例如，数字电传飞控系统是三代机典型配置，其技术性能直接影响飞行安全和全机研制工作的成败。西方国家对此项技术严密封锁，要突破这一关键技术，必须进行独立自主创新。在设计L15之前，洪都尚没有足够的相关技术储备，但设计团队不惧艰难，下决心突破这一风险极高的难关，仅用一年时间就建起了一个全新的飞控实验室，经过反复试验和改进，完全独立自主设计出了我国第一种应用于先进教练机的三轴四余度数字式电传飞行控制系统。飞控系统的研制成功，一方面推动了我国自主知识产权关键技术的发展，另一方面也使企业在此过程中获得了宝贵的经验和技术积累，为企业的进一步发展奠定了坚实基础。

二是以集成创新获取系统优势。集成创新的目标是整个系统的功能创新，这一创新类型体现在L15的概念设计、详细设计、工艺设计等诸多方面。例如，L15的整机概念设计熔三代机多种要素于一炉，根据教练机的功能要求，通过系统集成技术进行优选和优化设计，使所选取的要素在L15这个系统内协调运作，实现系统功能优化。又如L15的详细设计有效集成了各种技术模块。先进的整机设计理念必然带来对详细设计的高要求。对于那些依靠自身力量短期内难以完成的技术模块，项目团队充分利用国内科研院所和企業的力量，广泛开展合作，推动详细设计的高效率展开。设计完毕的模块，按照系统功能的要求集成到各子系统中。L1项目研制配套工作涉及航空、兵器、航天、化工、信息产业、中科院等200多个单位。正是因为这些技术合作，L15的详细设计仅用6个月就高效完成，从正式发图到飞机上天仅用时14个半月。

三是引进消化吸收再创新促进跨越式发展。引进消化吸收再创新是自主创新的重要形式之一，坚持自主创新，绝不是排斥技术引进，而是把在技术引进基础上的学习和再创新作为增强自主创新能力的重要路径。我们在L15研制过程中充分发挥军贸国际市场的作用，避免了固步自封，主动走出去选择能够合作的国际顶尖研究机构，广泛深入地开展长期技术合作，在交流中学习掌握先进技术和系统设计理念，用开放创新提高自主创新的效率，确保了整机技术水平的跨越式发展，更重要的是大大地缩短了研制周期，在引进消化吸收再创新和开放协同创新方面取得了宝贵的经验。”

纵观L15的研制过程，自主创新本身也是一项系统工程，只有这些系统的各组成部分密切配合，才能保证自主创新的顺利实现。“首先是潜在用户明确需求导向的决策模式与灵活的筹资机制相结合。航空工业洪都的所有自主研发飞机产品都是同时面向国内和国外两个市场的，因此，非常重视将潜在用户需求作为决策依据，开展先期预先研究和技术储备。”

他们还借鉴国外先进经验，开展系统性调研论证工作，为设计方案的优化调整和权衡选择取得了可靠依据。“为了提高L15飞机设计制造水平和研制质量，缩短研制周期，L15项目研制采用了并行工程技术和数字化设计技术，这使得整个自主创新过程高效、高质量地进行。2006年前后，在国内首次实现并完成了三维数字样机100%，数字化预装配60%，研制周期缩短30-50%，实现了设计、制造和管理数据的综合集成。”

同时，他们高度重视高层次人才的培养、选拔和使用，通过博士后流动站、院士工作站、省级重点实验室、培训基地等，一方面引进高层次人才为企业服务，另一方面培养使用现有的人才，为人才梯队建设打下了良好的基础。此外，还非常注重通过压担子的方式加快年轻人才的成长。在L15设计过程中，放手启用年轻设计人员挑大梁，重视培养和选拔高质量的技工人才，为各类人才设定了学习成长规划，使总体技术水平得以持续提升，也为L15项目的发展提供了源源不断的生力军。

面向未来，谋划引领之路

L15的研制过程充满困苦和艰辛，这期间有太多的故事可书，张弘却不愿提及，更愿意把话题放在对未来装备研制和飞行训练体系的思考上。

“未来作战是什么样子？”“完成这样的战争飞行员需要具备何种能力？”“这样的综合能力要如何获得？”……张弘的思考范畴已经从一个装备拓展到一个体系。这或许是每一位引领者的共同点，那就是将自己的个人价值与理想深深的融入到产业发展乃至国家未来之中。“虽然L15在国际上公认达到了先进水平，与美欧先进教练机多次同台竞技，但是我们还要清醒地认识到，战斗机跨代发展和科技飞速发展为军事飞行训练带来了更加严苛的要求和更加无限的可能。”

在谈到未来构想时，张弘思路清晰的说：“从军事飞行训练效能理论的角度来说，军事飞行任务能力的决定因素包括高性能的装备、高素质的人员和高水平的人与系统整合，而高水平的人与系统整合与训练水平息息相关。我们需要研究实际训练中发现的人与系统整合问题，然后提取其中与系统设计相关的信息，并在训练系统开发流程的对应阶段用于优化设计。近年来，世界各国空军都在构建信息化军事飞行训练体系，创新人才培养模式。我们应当积极响应这一训练变革，不断研究信息化军事飞行人才核心能力培养的新要求、新规律，不断应用新技术研发和改进军事飞行训练系统及其服务保障手段，提供满足用户需求的集成化训练解决方案。”

随着前线战斗机的更新换代，更现代化、信息化的战斗机对飞行员的能力要求也更加苛刻，“目前，战斗机飞行员培养呈现出三个方面的新特点：第一方面是飞行训练要求，主要表现为飞行员需要利用杆舵控制计算机实现对飞行的精细化管理，飞机机动性、敏捷性更高，能量机动性更好，高能量战术成为飞行训练的新方向：第二方面是系统训练要求，主要表现为更加复杂多变的空中态势要求飞行员的感知更加敏锐，反应更加敏捷，飞行员需要判读的数字化信息变化更快，各种机载传感器信息和飞机平台监控信息不断增加信息判读负担，要求信息处理流程的执行效率更高：第三方面是战术训练要求，主要表现在战场态势判断难度更大、战术决策必须更加灵活、任务管理过程要求更加熟练等。”

张弘也谈到，要让现在的飞行学员达到军事任务能力的高标准严要求，“就需要综合训练系统配套齐全，而用这样的高性能教练机结合嵌入式训练系统，就完全可以满足战术训练的要求。嵌入式训练系统具有机载虚拟武器、虚拟雷达、虚拟电子战系统，以及与战术训练大纲配套的虚拟战场态势。这样搭配的好处是可以增加真实的空中生理和心理压力反应，同时减少不必要的机载设备。在真实飞行中完成虚拟作战任务，既能熟练掌握真实的作战流程，又能进行逼真的生理和心理训练，不但破解了训练组织的难题，还减少了飞行员培养体系的总成本。”

除了空中飞行训练之外，还要通过配套齐全的地面模拟训练设备设置进行随时随地、个性化的教学和训练，实现军事飞行训练的精益管理。“我们不仅要考虑不同训练阶段的学员学习规律，做到銜接合理，过渡滑顺，还要精心设计教学功能，实现对战术训练任务难度的调整，更要为用户提供各种选项，并和用户合作制定专门解决方案。”“在保证高训练质量的同时，实现训练的安全可控是全世界空军的努力方向，和平时期损失飞行员是必须努力避免的，我们目前主要的研究进展包含四方面：一是飞行安全保障：二是作战训练安全保障：三是加强对飞机状态的监控：四是对影响飞行训练安全的人的因素的监控。”

“大数据”时代来临，如何培养从小接触数字化终端的所谓“数字化一代”的年青人成为战斗机飞行员成为一个新的课题。对此张弘表示：“‘大数据时代，分布式网络化训练是发展的主流，虚实结合的集成化训练LVC能够将模拟训练和虚拟兵力对抗与真实飞机相结合，给飞行员前所未有的逼真、连续的作战环境体验，利用虚拟现实VR甚至增强现实AR等技术使教育和训练环境更贴近真实作战任务环境，更符合个人学习改善特点，利用人工智能AI等技术发展虚拟教员和智能陪练，都为提高训练效能提供了支撑。”

“云”技术的发展，使得训练大数据的利用和训练资源的统筹能力得到跨越式发展，因此，构建用户“私有”的“训练云”将能够有助于客户集约高效精准地统筹资源、按需组织和持续保障训练。

此外，张弘还表示：“因材施教的持续学习环境是军事飞行训练的最重要条件，面对海量飞行训练信息和网络化、全球化管理需求，我们的训练解决方案需要有高度的灵活性来应对多样化的训练需求，智能终端、智能传感器、人工智能、人机交互、云上物联网等等新技术的逐渐成熟，将可以实现高度信息融合和灵活资源调度，也就是所谓的‘智慧管理，也许不久的将来，利用人工智能辅助进行训练管理也将成为常态。”

中国航空工业的核心能力之一就是交付军事飞行训练能力，“我们已经向数十个国家出口了包含教练机、地面模拟训练设施等在内的训练系统及其配套服务。要想成为世界一流的军事飞行训练能力供应商，就必须拥有能够自主开发训练解决方案的专业化团队和机构，有能力将用户的任何训练需求转化为训练解决方案的能力设计要求，并将之付诸实现以满足客户需求。这一切，我想我们还有很长的路要走，还有很多事要只争朝夕地去做，未来很近，我们只有像老一辈航空科学家一样奋斗不懈，才有可能真正实现超越对手、引领创新。”