从军用基础教练机的发展看新型基础教练机的技术需求

杨 波，刘 卓，吕 婧

（中航工业洪都,江西南昌330024)

0 引言

军用基础教练机作为向上承接高级教练机向下衔接筛选/初级教练机的重要教练装备，主要用于飞行学员的基本飞行驾驶技术和基本战斗技术等方面的训练[1]，使飞行学员在该训练阶段熟练掌握基本飞行驾驶技能，并通过该阶段对飞行学员进行考察，以淘汰部分无法适应和掌握基本飞行驾驶技术的学员。在三代机成为主力机种、四代机逐步服役的今日，飞行员的培训目标也发生了重大的变化[2]，这些变化对作为飞行员训练体系下重要环节的基础教练机，从平台特性、系统功能、训练效益、安全性和保障性等方面都提出了新的需求。本文将从军用基础教练机的发展历史及未来发展趋势入手，以飞行员培训目标为核心，从平台性能、系统功能、训练效益、安全保障等方面，梳理并探讨新型基础教练机的技术需求。

1 军用基础教练机的发展与现状

1.1 历史发展

教练机的发展起始于1909年的军用教练机双座莱特A型飞机。早期的教练机，由于作战飞机采用活塞式发动机为动力，飞行速度不大，仅需与战斗机性能相似，便可满足成批飞行员的培养需求。到了20世纪40年代末到50年代末，随着喷气式军用飞机的出现，原有的活塞式教练机无法直接衔接飞行速度大幅提升后的喷气式战斗机，经过改装或改型后的老式喷气教练机可作为活塞式筛选/初级教练机与战斗机的过渡，用于进行高级训练。这样的训练方式，使得初级与高级训练之间衔接十分不理想，导致整体训练效益不高，因此在60年代初一些飞行训练专业和飞机研制公司，开始利用数学和经济学手段，从训练效益角度出发，开始基础教练机的研制以优化飞行训练的衔接关系[3]。70年代到80年代末，随着以涡喷发动机为动力的基础教练机寿命逐步达到退役年限，各飞机生产厂商又开始了新一轮基础教练机的研制并大量应用于军事飞行训练。

基础教练机是在60年代初，活塞式初级教练机与喷气式高级教练机衔接跨度大，整体训练效益不高的需求背景下，按照提升训练效益、优化教练机搭配结构的设计思想，以合理衔接初级训练与高级训练为目标，开始研制并投入使用的。具有代表性的，如法国的CM.170、美国的T-37和T-2。

随着第一代以涡喷发动机为动力的喷气式基础教练机到寿，部分国家根据训练费用、效能研究结果和训练使用的经验积累，开始对教练机体制进行优化调整。由此引发了新一轮的教练机研制。在中级教练机领域，一批基础教练机陆续问世并进入各国训练体系。它们按照推进方式的不同，已基本形成涡扇基础教练机和涡桨基础教练机两个方向。比较著名的有中国的K-8（涡扇）、捷克的L-39（涡扇）、美国的T-6A（涡桨），巴西的EMB-312（涡桨）等[4]。

1.2 发展现状

经过多年的发展，目前在基础教练机使用方面，涡扇基础教练机和涡桨基础教练机有其各自的技术优缺点，例如在飞行性能方面，涡扇基础教练机具有更好的飞行性能，使其在使用方面具有更好的潜力，可以承担部分高级训练内容；在经济性方面，涡桨基础教练机因其动力装置的特性，使其具有更为经济的燃油消耗和使用成本[5]。这两种基础教练机由其各自特点在全球市场上都获得了较为广泛的客户。据初步统计，涡扇教练机的市场占有率在55%左右，涡桨教练机的市场占有率在45%左右，呈现出各占半壁江山的局面[4]。

随着新一代高级教练机逐步进入各国训练体系，基础教练机根据飞行学员训练目标和需求的变化，通过在人机界面、航电系统等方面的不断优化升级，来适应训练体制变革对基础教练机提出的新需求。例如，通过改变传统的分立式仪表和瞄准具的座舱布局形式，升级发展平视显示器和智能多功能显示等，提升先进高级教练机和战斗机发展对人机界面的需求；通过增加现代化机载设备或优化航电系统构架，提升航电系统能力，优化功能衔接性；通过增加目标搜索与探测设备，增加武器外挂品种，扩展使用用途，提升战术训练能力并使其具备一定的空战和对地目标打击能力。

2 新型基础教练机的技术需求分析

近年来，世界各国的第三代战斗机已成为主力机种，第四代战斗机也逐步服役，飞行员的培训目标与需求发生了重大的变化，世界各国根据飞行员训练需求变化，以训练效益最大化为目标，开始换装以中国的L15、俄罗斯的YAK-130、意大利的M346和韩国的T-50为代表的新一代高级教练机。随着新一代高级教练机的服役和飞行员培训目标的变化，基础教练机在角色与定位方面也发生着调整和优化，这就需要在新的训练需求与教练机体系衔接性关系中，分析和探讨新型基础教练机的技术需求。

2.1 飞行性能

基础教练机的发展必须着眼整个训练体系需求，使其与筛选/初级教练机和高级教练机之间形成适中的跨度、恰当的衔接，以达到整个训练体系效益的最大化。新型基础教练机不能过分追求飞行性能，这样会使飞机的训练效费比不高，衔接不合理。因此，要求新型基础教练机的飞行性能应当适度，满足衔接性要求即可。

根据新型基础教练机在体系中的上、下衔接要求，以典型的筛选/初级教练机和新一代高级教练机为设计目标，采用飞行性能衔接性外推分析方法对新型基础平台主要性能进行分析。选取上世纪50年代至2010年前美国、苏联（俄罗斯）、英国、法国、中国、日本、意大利等国家训练体制中的各型教练机作为分析样本[4]，对其各级教练机的衔接性进行统计回归，分析出教练机衔接性系数随年代的变化数据和拟合曲线，外推未来新型基础教练机的平台主要性能需求，见表1。

2.2 座舱布局

基础教练机的座舱布局应同时考虑衔接性要求和不同用户的不同需求，使得飞行学员养成与培训目标相一致的注意力分配和转移习惯，形成与高级教练机和作战飞机良好的衔接。这已成为基础教练机在座舱布局方面发展的必然方向。在座舱布局设计方面需采用平视显示器，并尽量采用标准化的座舱布局，与高级教练机和战斗机形成良好的衔接。同时，考虑不同用户的飞行学员初始能力存在一定的差异，在座舱仪表板和操纵台设计方面应采用模块化设计，通过搭建通用性结构平台，实现座舱布局的客户订制化。

表1 新型基础教练机的主要飞行性能要求

2.3 系统功能

基础教练机在系统功能上需要以最小的成本代价，满足对高级教练机系统功能的模拟，同时能够与筛选/初级教练机构成平滑衔接，形成适度的跨度，降低淘汰率。

1）操纵系统

飞行学员在基础训练阶段主要是完成基本驾驶技术的掌握与熟悉，更加强调飞行学员对基本飞行理论、概念与实质的体会和理解[6]。作为该训练阶段使用的基础教练机，应采用机械操纵系统，在操纵特性上与筛选/初级教练机合理衔接，使学员更好地掌握基本飞行驾驶技术。对于采用涡桨发动机的基础教练机，应采用适当的技术措施，最大限度地减轻扭矩影响，获得与喷气式飞机相近的操纵特性。

2）动力装置

动力装置应从降低燃油消耗方面考虑，选择推重比（功重比）与平台性能匹配的涡扇发动机或涡桨发动机。由于新型基础教练机使用频繁、强调全寿命周期费用，需要选用的发动机具有优异的可靠性，以保证良好的出勤率；具有更长的使用寿命，可实现视情更换，以减少发动机备件储备和换发次数，降低全寿命周期费用。

3）系统

新型基础教练机的航电、机电等系统应能支撑平台的使用和运作，航电系统方面应预留适当的扩展接口和武器应用接口，为后续增加战术训练和扩展执行作战任务提供平台基础保障；采用嵌入式训练系统，扩展训练能力；采用轻型零零弹射座椅、常规供氧系统和座舱环控系统，满足飞行员的生命保障需求。

2.4 经济性

随着飞机技术的进步，和军费限制，越来越多的用户开始在提高训练效益的基础上追求低成本[7]。由于基础教练机在培训体制中使用时间长，其经济性地位显得更为突出。用户不仅仅需要以单一的采购成本或燃油成本来衡量选择，也要综合考虑包括培训、使用维护、综合保障、场站建设等各方面的成本，以实现训练效益最大化。

新型基础教练机在研制过程中，需要开展全寿命周期的成本设计与控制。通过合理确定技术指标和要求，适度选择新的设计制造技术，尽可能使用货架产品，下载并应用成熟的系统，实现新型基础教练机的经济性要求。

2.5 安全性

尽管提高训练效益和低成本投入是教练机发展追求的目标，但是飞行员本身才是重中之重，故飞行员在训练阶段的自身安全性是教练机的重要需求之一。而作为基础教练机，在其上进行飞行训练的往往都是刚从活塞式低速飞机（300 km/h左右）[1]上毕业的飞行学员，对于刚刚接触到更高的速度、更为复杂的人机界面和弹射座椅等新事物，其技术和心理都处于成长阶段，学员、教练机、环境、任务等安全性因素相互影响、作用，会对飞行训练安全造成重大影响。这些对基础教练机平台的安全性提出了更高的要求。

新型基础教练机在考虑飞行性能、系统功能的衔接性和经济性的同时，要更加注重安全性设计，提高飞机平台的可靠性和安全性。在座舱布局方面应更加注重防差错设计，防止飞行学员误操作对飞行安全的影响；在系统功能设计方面应注重系统余度设计，减少飞行学员的心理负担；在气动平台设计方面应注重平台的失速螺旋特性，提升飞机的安全性能。

3 结语

通过基础教练机的发展历史以及现状可以看出，基础教练机作为在教练机体系中的过渡机种，其产生和发展与飞行员训练目标、用户对教练机搭配的选择以及高级教练机的发展等各个方面都密切相关。随着新一代高级教练机的服役和飞行员培训目标的变化，基础教练机在角色与定位方面也发生着不断调整和优化，在新的训练需求和教练机体系衔接性关系中，新型基础教练机在飞行性能、座舱布局、系统功能、安全性和经济性等方面都有着其特定的技术需求，这些技术需求也成为新型基础教练机适应训练体系的发展方向。

[1]世界飞机手册编写组，世界飞机手册2000，航空工业出版社，2000.

[2]刘卓，新一代高级教练机发展趋势研究，教练机，2010.4.

[3]郭道平，高级教练机迎来第三次浪潮，国际航空，2003.7.

[4]Paul Jackson MRAeS,Jane's ALL THE WORDLD'S AIR CRAFT 2004-2005 [M],Jane's Information Group Inc,2004.

[5]世界中小型航空发动机手册编委会，世界中小型航空发动机手册，航空工业出版社，2006.

[6]丁邦昕，飞机驾驶学，蓝天出版社，2004.

[7]飞机设计手册编委会，技术经济设计，航空工业出版社，2001.