JSSG系列规范飞机生存力要求介绍

李旭东

（中航工业综合技术研究所，北京 100028）

JSSG系列规范飞机生存力要求介绍

李旭东

（中航工业综合技术研究所，北京 100028）

分析了JSSG系列规范中飞机生存力要求的建立方式和指标分解特征，探讨了在基于性能的规范中飞机生存力要求和验证的新变化，为国内制定并应用此类规范提供了参考。

规范；生存力；分析

《联合军种规范指南》（JSSG）系列规范是在美国防务政策调整、防务预算费用大幅缩减、军方的采办政策逐渐转向商业采办以降低采办成本，维持防务专用的核心能力的背景下出现的。JSSG系列规范分为3个层次（见图1），包含10余份指南文件（部分标准仍在编制中），体现了采购方对研制过程的控制，反映了国外航空工业部门对需求要求的逐步细化过程。

图1 JSSG系列规范层次

飞机生存力是飞机在人为敌对环境中躲避威胁或承受威胁杀伤的能力。飞机的生存力取决于设计和使用寿命期内对增强生存力所采取的措施。现代飞机的造价和维护成本越来越高，因此对于飞机生存力要求更加突出。有资料表明，美国的F–22飞机不含研发费用的造价为1.3亿美元，新一代F–22飞机每飞行小时的维修费用约为4.4万美元，严重制约了该飞机的应用。

国内外一直非常重视飞机生存力方面的要求并制定了相关标准。JSSG系列规范体现了飞机生存力要求的最新变化。本文针对JSSG系列规范的飞机生存力要求进行分析，探讨国外标准中飞机生存力要求的最新发展和性能规范对飞机生存力要求的影响，从而为国内飞机生存力规范的编制与修订提供参考。

1 JSSG系列规范飞机生存力要求简述

JSSG–2000《航空器系统》主要从军方的作战使用角度提出飞机生存力要求指标的要求。要求满足“任务、场景、背景、任务阶段和使用条件规定的任务生存力概率”。即任务生存力、一对一生存力、停放飞机生存力和地面保障生存力。在任务生存力和一对一生存力中，主要考虑飞机的任务类型、任务阶段、损毁级别和生存概率等。

JSSG–2001A《航空器》主要体现对于飞机平台本身的生存力要求，是对JSSG–2000的细化。该标准对于飞机平台的生存力要求见图2。

JSSG–2005《航空电子系统》、JSSG–2006《飞机结构》、JSSG–2007《涡轮发动机》、JSSG–2008《航空器控制管理系统》、JSSG–2009《航空器子系统》等规范是JSSG系列规范的第3层次。这些标准是对JSSG–2001A的进一步细化。以JSSG–2006和JSSG–2009中飞机生存力要求为例，JSSG–2006主要从核环境和非核环境两个方面提出飞机生存力要求，包括主要结构、飞行操纵面、风挡/座舱盖、其它结构件和损伤后可用性等5个方面。JSSG–2009规定了JSSG–2001A分配给特定子系统的敏感性和易损性要求，包括常规性弹药和导弹破碎带来的弹道性影响、生化制剂、激光和定向能量武器、核武器、鸟撞、RCS和红外等可探测性指标。

图2 JSSG–2001A飞机生存力要求

2 JSSG系列规范飞机生存力要求分析

2.1 JSSG–2000《航空器系统》

JSSG–2000对于生存力的要求在结构上分为两部分。从生存的角度来说，任务生存能力与作战效能相关，可被看作是一对一、一对多、多对一、多对多情形的综合。对于特定任务阶段的一对一的生存力，它与可测试的系统特性直接有关。任务生存力可以通过一对一的生存力建立。生存力要求的提出需要考虑各种飞机性能的折中，例如速度、机动性、任务高度、视野、电子对抗和任务计划。

飞机在基地中的易损性也是飞机生存力的一个非常重要的方面。飞机在基地时没有自我防卫、避免威胁或采取防范措施的能力。因此，在飞机研制过程中需要在基地设施等方面对飞机生存力给予关注。飞机保障设备的生存能力同样也值得关注，对于特定保障设备被摧毁而造成的飞机失事与飞机失事本身同样重要。因此作为飞机研制的顶层规范，其对飞机生存力的要求实际上是从使用角度考虑了飞机平台本身和飞机保障系统等多方面的影响。

2.2 JSSG–2001A《航空器》

JSSG–2001A中，飞机生存力要求主要从敏感性和易损性两个方面提出。其中，电子防护与辐射控制规定的内容有所重叠，故在JSSG–2001B中略去了此项要求。对于一架飞机而言，标准中的条款是密切相关的。如果飞机的红外隐身与雷达隐身不匹配，在对抗中会被敌方先进光电系统发现。雷达吸波材料与红外吸波材料存在不兼容的问题，对于机体表面雷达吸波材料用于修复电磁缺陷区，（例如口盖、缝隙等），其余部分可以涂敷红外隐身材料，尾喷管腔体红外隐身材料和雷达隐身材料应用区域应该综合优化，才能保证降低腔体红外辐射的同时，实现尾喷管腔体雷达隐身。作为性能规范，具体指标应是在上述问题综合考虑的基础上提出的。

生物及化学威胁生存力是JSSG系列规范中相对较新的内容。这项要求起初用于F–22飞机研制。研制部门为此制定了一整套生物及化学威胁生存力设计计划，这套计划在F–35的研制过程中得到了进一步深化。生物及化学威胁生存力设计过程由4个部分构成，即任务威胁图、飞机要求、性能规范和设计评估，其中以性能规范最为重要。性能规范在设计过程中将飞机的要求转化为子系统的要求，并综合考虑飞机与保障设备的兼容性。生物及化学威胁生存力的提出，对空勤人员防护和机体设计等飞机生存力相关标准的修订提出了新需求。

2.3 JSSG–2006《飞机结构》等

在JSSG系列标准的第3层中，以JSSG–2006《飞机结构》中飞机生存力要求为例，影响飞机结构生存力的最主要因素为关键结构和主要操纵面的损伤。根据飞机任务的不同，为满足JSSG–2001A中的有关规定，JSSG–2006按照核环境与非核环境两种情况提出了结构生存力的具体要求。JSSG–2001A中由其他子系统决定的生存力要求，与JSSG–2006类似的分解到各自的规范中。核武器威胁下的生存力在JSSG–2001A中没有充分展开，但从MIL–HDBK–273《在核武器威胁下提高飞机生存力设计和评估指南》中可以了解到相关内容。

2.4 JSSG系列规范飞机生存力要求指标分解

JSSG系列规范反映了系统工程的思想，与飞机生存力要求的确定方法相一致。在飞机生存力设计过程中，首先根据任务和使用要求给出一个飞机生存力要求的概率指标，将该指标向下分解给各子系统/专业，提出各子系统/专业的生存力要求。经过各子系统/专业的分析与设计，可以得出本系统/专业可实现的生存力指标及实现手段。由各子系统/专业的指标可以得出飞机生存力要求的初步值，根据初步值与最初概率指标的差异，综合考虑各自的实现手段，调整飞机外形、结构形式和系统布置，经过迭代可以得到成熟度较高的飞机生存力指标。结合飞机的性能、成本和费用等因素，适当调整飞机生存力要求指标，从而确保飞机整体性能最优。

在JSSG系列规范中，由JSSG–2000分析得出的飞机生存概率PS，通过公式（1）可以计算出对应的杀伤概率PK。PK由命中概率PH和该命中下的条件杀伤概率PK/H决定，见公式（2），这两个指标在JSSG–2001中通过易损性和敏感性规定。PH主要取决于探测概率PD、瞄准概率PLOD、发射概率PL、成功制导概率PG和弹头爆炸概率PDET等，见公式（3）。飞机敏感性要求主要通过采取措施改变上述概率实现。而相应的措施如降低RCS信号、提高飞机飞行性能和采取防护措施等，则由JSSG–2001及其下层规范提出具体要求和实现手段。

飞机的易损性分析是飞机生存力分析的另外一个重要方面。针对飞机不同的关键部件，所选取的杀伤准则不同，以杀伤概率准则为例，分析流程见图3。

飞机不同关键部件的条件杀伤概率计算方法不同，典型的计算方法见公式（4）和公式（5）。公式（4）则主要适用于小直径的管路、电缆和拉杆等。而公式（5）适用于较大的飞机关键部件，如飞行操纵面、座舱盖等。飞机的易损面积主要由射弹特性（类型、尺寸等）、遭遇情况（攻击方向、撞击速度等）、飞机破坏等级（KK，K，A，B等）和飞机特性（关键部件、燃油配置等）决定。因此，应通过采取通过部件的余度与分离、布置与遮挡、损伤抑制，部件屏蔽和精简元器件等手段降低易损性。对于飞机结构、燃油系统、动力系统等关键部件，JSSG–2006这一层级的规范主要针对这些方面提出相关要求。

式中：D —射弹直径，m；

d —关键部件直径，m；

θ—管状件受损部件对应中心角。

式中：Ai—部件i的易损面积，m2；

Ap—部件i的暴露面积，m2；

3 JSSG系列规范中飞机生存力要求的变化

3.1 要求建立方式的变化

JSSG系列规范改变了设计要求的建立方式，以往“如何设计”的要求被彻底取代了。以往飞机生存力要求的标准中多采用“飞控系统应采用多余度分离技术”的表述，这样的易损性设计要求很容易理解，但也很容易导致设计方案不满足重量要求或是成本更高而不是最优方案。飞机设计通常有多个选择方案，应该通过权衡研究选择出潜在的最优方案，如重量轻，成本低。权衡研究应与设计准则相协调以确保飞机生存力要求不会与其他要求发生矛盾。易损性要求对于其他要求的影响也需要分析。JSSG系列规范采用了基于性能的要求来定义需求要求，通过确定恰当的、合适的、可测量的要求，JSSG系列规范可以使采办双方选择达到性能要求的一组最优组合。

3.2 生存力验证的变化

生存力要求的验证是JSSG系列规范的重要特点，能够体现美军采办政策。按JSSG系列规范的要求，验证主要分为5个阶段，即：系统要求审查、初步设计审查、关键设计审查、首飞审查和系统验证审查。这种划分与我国飞机研制5个阶段的划分不完全一致，比如我国将首飞纳入工程研制阶段。因此，在制定此类标准过程中要充分考虑这方面的差异，以避免出现混乱。对于JSSG系列规范中规定的描述、检查、分析、仿真、演示和试验等验证方法的使用也应充分考虑各种验证方法的精确程度。以生存力要求验证为例，美国目前已开发了30余种飞机生存力评估与设计方面的计算程序。飞机生存力要求非常适合JSSG的规范模式，因为这些分析工具生存力特性评估变得十分容易，较为典型的易损性评估程序有飞机易损面积、修复时间计算程序（COVART）、射击线生成程序（SHOTGEN）、易损面积计算程序（VAREA、VAREA02）等，F–35使用COVART软件评估了关键设备遮挡和备份设备分离技术。

4 结束语

通过JSSG系列规范的分析，可以了解基于性能的规范中飞机生存力要求的建立方式和国外飞机生存力要求标准的最新变化，JSSG系列规范中飞机生存力要求的指标自顶向下逐级分解、界限清晰、可验证性强，我国借鉴并吸收JSSG系列规范的思想和做法将有利提高我国装备研制水平。

（编辑：雨晴）

T–65

C

1003–6660（2010）03–0053–04

[收修订稿日期] 2010-03-10