基于云雾化的舰载直升机舰面起降风场环境安全性评估*

（海军工程大学作战运筹与规划系 武汉 430033）

1 引言

舰载直升机广泛应用于各类驱护舰上，用于海上搜救、垂直补给、反潜、海上兵力物资投送等任务［1～3］，具有其他装备无法替代的关键作用，尤其是现今075型两栖攻击舰下水，舰载直升机的重要性更为突出。然而，舰面停机平台受舰艇结构、上方建筑物等影响，在舰面形成了较为特殊的风场环境［4］，由于舰载直升机低速低空飞行的特性［5］，给直升机起降造成了一定的难度，给舰载直升机安全使用增加了风险。因此，研究评估舰载直升机的舰面起降风场环境安全性，建立相应的舰面起降风场环境安全性指标体系显得尤为重要。

针对于舰面起降风场环境安全性指标体系而言，为反映出各指标对起降安全的重要性，通常以指标权重大小来判断某一指标在整个指标体系中的重要性，从而找出对安全性影响较大的指标加以关注，改进并设计相应的辅助着舰装置以最大程度的避免舰面风场环境对直升机着舰的影响。

目前，确定评估指标权重的方法有很多，根据原始数据的来源可划分为主观赋权法、客观赋权法和组合赋权法［6～8］。在多数情况下，不同的赋权方法获取的指标权重往往不同，当前的大多数指标权重确定方法，都缺少检验得到的权重是否合理的过程，这也使得舰面起降风场环境安全性评估结论不够合理、科学。因此，如何融合不同赋权方法所获取的指标权重是合理评估安全性关键指标的基础。

在云模型理论［9］基础上，结合云雾化［10］性质本身具有检验权重是否合理的特点，以雾化的临界条件对多种赋权方法所获取的不同评估指标权重进行融合，可弥补单种赋权方法不具有检验计算结果是否合理的不足。

综上，本文以舰载直升机舰面起降风场环境为对象，对风场环境对舰载直升机起降相关影响因素进行分析，建立相应的安全性指标体系，通过云雾化方法对不同赋权方法进行融合，得出更为科学合理的指标权重，同时对结果进行检验，以指标权重大小来判断对安全性影响较大的指标，构建出舰载直升机舰面起降风场环境安全性评估模型。

2 舰面起降风场环境安全性指标体系构建

直升机起飞过程从停机平台开始升起至舰艇甲板上方一定高度后悬停，而后逐渐移出舰艇舷边，在悬停位置转向一定角度后，加速爬升或前飞，最后进入定常平飞，起飞过程结束。降落过程从定常平飞开始，减速进入一定的降高速度和前飞减加速度并保持，而后逐渐将降速至零，从舰艇舷边进入停机平台上方悬停。

舰载直升机起降时，在舰面风场的作用下，一般会经过变向区、尾迹区、涡流区三处不同类型空气流场。参考舰船空气流场相关研究［11～12］，可以得出影响舰载直升机舰面起降安全性的风场环境指标有低压涡流、侧风切变、逆风切变、下冲气流、上冲气流等。这些指标的变化会造成舰载直升机“前冲”、“上鼓”、“后顶”等情况的发生，对直升机安全起降和舰艇的安全航行有较大的影响。经分析，建立二级舰面起降风场环境安全性指标体系如图1所示。

图1 舰面起降风场环境安全性指标体系

3 基于云雾化的指标权重优化

图2 云图的雾化过程

根据云雾化性质和正态函数的3δ原则，当时，99.7%的云滴在最小边界期望曲线和最大边界期望曲线之间，此时云图的泛正态状态较好。当时，云图明显雾化。因此将作为正态云模型的雾化分界点。

设w1，w2…，wn分别为不同的赋权方法获取的指标权重系数，可根据正态逆向云发生器求出该指标权重集的数字特征。即有：

通过式（1）～（3）可求得相应的云的数字特征，根据正态正向云发生器生成权重云。不同赋权方法生成的权重云冲突越大，云滴离散度越大，整体呈现雾状。因此在融合不同赋权方法生成的权重时，可通过设法消除权重云雾化现象得到。

选择n种不同的赋权方法确定的指标权重系数代入式（1）～（3），通过计算不同因素的云的数字特征En和He，若不满足，则重新选择指标权重系数，直到满足，此时的权重云不存在雾化现象。则可认为各种方法所得权重已经统一，则最终的权重可按式计算出来。即有：

根据云雾化性质可知，这种融合方法本身具有检验集成所求得的综合权重是否合理的特点，弥补了其他权重融合方法不具备检验结果是否合理的不足。

最终得到的指标融合权重w*表示舰面起降风场环境安全性指标体系各指标的重要程度，即对舰载直升机起降安全的影响大小，其指标权重越大表示其对直升机起降威胁越大，在起降过程中越应重视。

4 算例

针对于该安全性指标体系，分别用德尔菲法、集值迭代法、相对比较法、层次分析法和连环比率法计算出评估指标权重系数如表1所示。

表1 五种赋权方法权重系数

而后以云雾化性质对其进行检验融合。根据式（1）～（3）对不同指标四种以上不同赋权方法获取权重系数进行计算，得出相应的云模型数字特征。

限于篇幅，仅对指标——低压涡流进行权重融合演示，如表2所示。

表2 低压涡流指标权重系数的云数字特征

同理，对其余指标权重进行融合，即可得出融合后指标权重系数，归一化处理后得出w*=(0.3836，0.1099，0.1259，0.2448，0.1358)。

对所得权重系数进行分析，权重大小表示各指标在舰面起降风场环境安全性指标体系中的重要程度。可以看出，低压涡流、下冲气流两者权重均超过0.2，在舰载直升机起降过程中，其气流变化应重点关注。同时，与相关CFD数值模拟计算结果［13～14］相对比，上述评估分析结果与之相吻合，验证了该方法的可行性。

5 结语

为保证舰载直升机安全起降，结合海上舰面风场环境变化对直升机起降的影响，以舰载直升机舰面起降风场环境为研究对象，对风场环境对舰载直升机起降相关影响因素进行分析，建立相应的安全性指标体系，选取低压涡流、侧风切变、下冲气流、上冲气流、逆风切变等作为安全性指标，通过云雾化方法对不同指标赋权方法进行融合，得出了更为科学合理的指标权重，以指标权重大小来判断对安全性影响较大的指标，最后利用算例对本文所提出的方法进行了正确性验证。算例表明，权重越大的指标对直升机起降安全性影响越大，在起降过程中需重点关注，同时改进并设计相应的辅助着舰装置以避免其对直升机着舰的影响，着重检查，全过程监测。