国外飞行员培养技术发展浅析

周继广，蒋盼盼，杨 帆，王彤彤

（1.海军驻南昌地区军事代表室，江西 南昌，330024；2.航空工业洪都，江西 南昌，330024）

0 引 言

中央军委主席习近平在中央军委军事训练会议上强调：全面加强实战化军事训练，坚持科技强训，全面提高训练水平和打赢能力。军事飞行员培养作为军事训练的重要组成，是航空兵部队战斗力生成和保持的必由之路，也是一项庞大的复杂系统工程，与其他类型训练相比， 军事飞行员培养有着显著的特殊性——培养周期长、难度大、风险高、成本高等。其次，军事飞行员培养是一种集心理、生理、智能、技能高度融合的复杂活动， 需要适应完全不同于地面的速度、高度、加速度变化和环境变化，认知多种知识，管理各种信息，掌握各项复杂的操作技能，执行多种任务。因此，有效的飞行员培养技术是保证军事飞行训练效果的前提。

1 国外军事飞行员培养的发展历史与现状

军事飞行员培养的发展历史可以追溯到20 世纪初，1909 年世界上第一架军用教练机双座莱特A 型飞机交付部队用于飞行学员训练，随着航空技术的发展，作战装备与教练装备不断更新换代，飞行员培养技术也经历了多次发展变革。

1.1 第一阶段：教练机空中训练技术

这一阶段从飞机发展开始持续到20 世纪30 年代末。

1909 年美国陆军与飞机发明家莱特兄弟签订合同，由莱特兄弟教会两名军官驾驶飞机，这是最早的飞行员培养方式。 由于当时缺乏专用的教练机，飞行学员先在地面接受教员指导，学会使用飞机的操纵系统，接着驾驶飞机在机场上来回滑行，待熟练后再单独驾驶飞机离开地面飞行。 当时训练人数有限，也不安全。第一次世界大战初期，双座教练机开始出现，飞行员培养发展为先由教员带飞、而后学员单飞的培养技术。飞行学员技能的获取主要基于教员“手把手”教学和单一教练机支撑，训练效率不高，飞行员能力普遍不足，整体淘汰率较高。

1.2 第二阶段：教练机空中训练+地面模拟训练技术

这一阶段从20 世纪30 年代末至20 世纪70 年代。

1929 年前后， 随着第一台真正意义上的地面飞行模拟器“林克训练机”（可以提供俯仰、滚转与偏航等飞行动作并配备驾驶舱复制品）的面世，飞行员培养可以依托危险性较低且成本较便宜的仪表飞行教学环境，地面飞行模拟训练真正开始起航，仅第二次世界大战期间，就采购了大约一万余套林克训练机用于培养新飞行员。 同时随着数学仿真、视景技术的不断发展，地面模拟训练实现了由保安全训练向促高效训练的融合与转变，并伴随着训练需求的牵引与教练装备的发展“齐头并进”。 这种以教练机空中训练+地面模拟训练的训练技术，使飞行学员在地面充分认知飞机并掌握基本的操作流程、操纵技能，可大大降低飞行学员适应空中飞行训练时间， 提高飞行训练安全。

1.3 第三阶段：以理论支撑构建以教练机为核心的综合训练系统技术

这一阶段从20 世纪70 年代末到21 世纪初。

该阶段飞行员培养主要有两大特点：一是以训效理论为支撑，驱动教练装备科学发展及使用；二是发展以教练机为核心的综合训练系统，实现飞行员高效训练。

1） 训效理论的发展

训效理论研究主要集中在以教练机训练效能为中心的理论体系。

教练机训练效能的量化研究始于20 世纪70 年代，比较典型的评估模型有意大利马基公司Bazzocchi训练效能模型和美国海军军机训练效能 （TSCE）模型，这两种模型已成功应用于多个教练机型的研制和采购，如用于意大利基础教练机MB-339 的研制和采购、俄罗斯雅克-130 的研制、美国海军T-45 舰载高级教练机的采购以及后续的改进等。

Bazzocchi 模型的优点在于将飞行员训练过程用定量化的数学模型进行评估，用等效飞行时间概念来衡量不同教练机的训练水平。该模型在效能计算过程中， 考虑了飞行性能参数和飞行科目的综合影响因子， 并假设了训练效能与评价参数成线性正比关系、训练水平与训练时间也成线性关系。

TSCE 模型结合舰载战斗机飞行员训练的科目和特点，建立了舰载战斗机飞行员训练效能评估的评价参数框架和加权系数矩阵。 该模型在T-45 研制和使用过程中得到了应用，T-45TS 综合训练系统的研制与应用组配均基于该模型的计算结果。 实际应用表明，T-45TS 使飞行训练小时数减少25%，与模型计算结果基本一致。

2） 以教练机为核心的综合训练系统技术

20 世纪80 年代初，在美军联合初级飞机训练系统 （JPATS） 项 目 中 开 始 出 现 训 练 系 统（Training System）的概念。 为综合提升飞行员训练体系的效能，美国海军在其高级教练机研发中提出了基于训练效能的先进教练机训练系统需求和科学训练管理概念，发展并应用了T-45TS 训练系统。 自20 世纪90 年代以来，伴随新一代高级教练机发展浪潮，综合训练系统概念进一步普及， 发展了M-346、T-50 等训练系统。 美国空军针对F-22 等飞行员培养而发展的T-X项目也提出了综合训练系统技术的要求，通过开展L（真实）—V（虚拟）—C（构造）的综合训练系统训练，大大降低飞行员培养成本。

1.4 第四阶段：高新技术驱动新训练技术

随着国际军事竞争态势的快速发展和作战任务的不断拓展，作为战斗力发挥核心的飞行员群体将呈现出数量大、质量高、能力强的发展趋势，这对飞行员培养技术提出了更高效、更精准、更灵活的要求。主要体现在以下方面：一是高新技术的发展和先进作战飞机的研制，已经突显出“技术优势”在军事领域的决定性主导作用，但由于人的能力提升程度滞后于先进作战飞机“技术优势”的迅猛发展，使得人在一定程度上无法适应未来作战需求，尤其是先进作战飞机的驾驭能力要求，在这种情况下，要求必须通过“训练优势”来提升人的能力，实现装备“技术优势”，进而促进作战效能的发挥就显得十分必要。 二是在信息化网络、体系化作战的新军事变革大背景下，军事强国对飞行员教育、训练、培养有了新的认识，已由过去注重飞行员单一“技能”训练转化为综合性的“技能、知识、认知、生理、心理”等方面能力的培养，但在这种现代飞行训练理念和要求下，运用多种科学方法、训练支持技术和训练手段对飞行员进行精准训练是一项创新的、复杂的系统工程。

近年来，随着虚拟现实、大数据、人工智能等新兴技术的快速发展，在很多领域已得到较广泛的应用并取得了良好的效益， 尤其是对于飞行员培养领域，这些技术势必将从飞行员训练装备手段上给传统实物训练带来新的机遇，为进一步提升飞行员训练效益提供了可能，国外基于新兴技术已经开展了相关技术研究与试验验证，主要有以下领域：

一是基于VR、AR 等虚拟现实技术的飞行员培养技术已验证和应用。该项技术应用的关键在于技能增长的适用点与装备形态的深度设计。美国空军教育和训练司令部自2015 年起探索VR、AI 技术能否在飞行员训练领域中应用，目的是探寻VR 技术是否能帮助飞行员学得更快和更深入。 2018 年起通过Pilot Training Next（PTN）项目进行试验验证，表明飞行员训练周期可缩短近一半。 项目通过配置HTC Vive 头显、驾驶杆、油门杆和高性能PC 等，验证了VR 技术可用于飞行学员基本飞行、应急程序和大迎角机动等训练，飞行员训练周期可缩短近一半。 该项成果已经在美国空军全体系训练中进行应用推广。美国海军通过VR-PTT 项目也验证了通过应用VR、AR 技术可适用于基本飞行、驾驶舱熟悉、航母起降和基本战斗机动训练等；与传统的图像生成的解决方案相比，至少可以节省一个数量级的成本。

二是基于大数据等数据挖掘技术的飞行员培养技术已经验证和应用。该项技术应用的关键在于飞行学员数据的深度学习、挖掘与判定标准。 目前美军在T-45 训练系统等方面已经开展相关应用， 国内在L15、某海军教练机上也在验证和应用，主要目标是实现作战、训练、保障信息化，实现定制化培养和全周期数据监控，缩短训练周期。 美国等军事强国飞行训练开始注重学员训练数据的全状态、全过程、全服役周期的管控与评估，强调以数据为中心，实现全训练周期的精确和细化管理，便于围绕“一个目标、一个中心”组织训练。 如美空军将人工智能与机器学习算法来评估飞行员在各个阶段应对严酷任务和机动飞行所表现出来的能力，任何被发现的缺陷都会激发补救的训练行动路径，针对该飞行员私人定制，从而提高其训练成熟度。 美海军基于计算机的训练综合系统，主要承担训练规划、学员情况跟踪、培训情况存档和实际情况汇报等相关工作，该系统实现了T-45TS 各个组成部分的综合化、网络化，从而使得整个培训工作的规划和决策更容易、更灵活和更高效。

三是基于人工智能等智能技术的飞行员培养技术正开展验证和应用。该项技术应用的关键在于模仿“人”的思维和习惯。 在过去的几年中，人工智能已经击败了国际象棋大师、围棋冠军、职业扑克玩家以及一众电子游戏高手。 然而， 目前还没有AI 可以在高速、高G 值的空中缠斗（dogfight，也有直译成“狗斗”）中击败驾驶战斗机的飞行员。DARPA 为开展验证，通过美军内利斯空军基地的精英飞行员驾驶F-16 在模拟程序中与空战AI 进行近距离格斗， 验证人工智能训练的可行性。

四是基于神经学习等生物技术的飞行员培养技术正开展探索和验证。该项技术的关键在于“人”对知识的接受和融合。 美国空军研究实验室（ARFL）认为耳塞电极能刺激人体交感神经， 提高大脑专注度，可以提高飞行员训练效率。 美国空军研究实验室（ARFL）第711 人类行为研究联队8 月份启动能加快飞行员训练进度的神经学习系统（iNeuraLS）研究项目。 项目开发的目的在于“为飞行员提供一种能尽快掌握新知识的技术设备”。

2 国外军事飞行员培养技术发展特点

2.1 以“人的能力成长”为核心的培养技术发展

为满足飞行员安全、高效培养，从“软”能力上逐步发展围绕“人”的能力生成目标、成长规律以及行为特征，从“硬”能力上逐步由单个装备向体系化发展，由空中教练机训练发展为空地一体、虚实结合训练，从而实现飞行员能力生成。

一是发展先进飞行员培养理论，以飞行员能力培养为目标构建一套基于人的能力需求-人的能力与训练装备管理-训练装备能力需求的科学闭环理论，实现“人”牵着“装备”走。

二是发展先进教练装备体系，以飞行员能力成长规律为牵引，发展“理论教学-实操实习-专项技能训练-模拟飞行训练-空中飞行训练”等“一揽子”训练解决方案。

2.2 以技术为驱动的培养技术发展

根据不同时期技术特点，以技术改变装备形态、训练理念，从而实现飞行员训练以技术优势增强训练优势，进而实现训练效益的跨越式提升。

一是以技术成熟度驱动培养技术发展。随着技术在作战飞机上进行充分的应用与验证后，移植到教练装备上增强训练能力，从而实现训练技术的发展，如先进的操纵系统技术和航电技术的发展。

二是以技术融合度驱动培养技术发展。即采用不同技术进行融合进而实现能力的提升。比如教练机嵌入式训练系统、综合训练系统等，是基于虚拟现实、增强现实等技术与真实装备、环境进行融合驱动装备形态的升级与组合。

三是以新技术应用驱动培养技术发展。国际上已经积极推进虚拟现实、大数据、人工智能等新兴技术在飞行训练领域中的应用并取得了良好的效益。如美军探索应用了虚拟现实、人工智能等新技术培养飞行员，取得了跨越性的成果。

3 发展启示

综合国外飞行员培养技术发展历程及趋势，提高飞行员培养技术是提高军事飞行训练效益和降低军事飞行训练成本的必由之路，结合我航空兵飞行员培养特点，从训练理论、训练模式、装备发展等层面形成对我飞行员培养技术发展的启示。

一是谋划构建符合我国情的飞行员培养理论。充分借鉴国外飞行员能力体系构建、技能增长规律以及人-机-环模型等研究成果， 结合我飞行员训练体制特点，形成一套符合我飞行员培养的先进理论，支撑飞行员培养向科学、精准和因材施教发展。

二是逐步应用虚实结合、空地一体的训练新模式。 在现有嵌入式、综合训练系统等训练技术探索与试验成果基础上， 融合搭建真实-虚拟-构造的综合训练环境，实施虚实结合、空地一体的飞行员培养模式，实现安全、高效、可拓展飞行员培养。

三是着手推动新技术应用验证，发展新质教练装备。 积极探索新兴技术应用方向，结合我飞行员培养存在的增强需求，充分借鉴国外新技术应用方向以及应用成果，形成飞行员培养新技术应用路线图，并按路线图逐步推进技术应用与装备发展。

4 结 语

技术创新与发展是推动飞行员培养革新的直接动力，本文通过梳理国际上飞行员培养技术发展脉络， 深入分析国外飞行员培养技术发展现状与趋势，总结出虚实结合训练、数据融合与驱动训练等飞行员培养技术发展特点，提出我飞行员培养技术发展启示，对于实现我飞行员训练由过去“定性”“粗放式”转由依托“定量”“精细化”训练来支撑，快速形成空军战斗力具有重大意义。