基于仿真的军用直升机训练效能综述

徐 胜，汪 洋，白乐荣

(1.海军装备部装备项目管理中心，北京 100071；2.中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333001)

0 引言

飞行或作战训练是空军战斗力形成和提高的根本途径，随着现代仿真建模技术的迅猛发展，仿真已成为各种复杂系统研制工作的一种必不可少的手段。据国外统计资料报道，引进仿真训练技术可节约40%～50%的实弹打靶次数，可以缩短30%～40%的研制周期，且能有效降低飞行员训练风险和训练成本[1]。

而所谓效能，是指某一系统在一定条件下所能达到预期任务目标的程度，它是该系统的整体价值体现并反映了该系统完成规定任务的综合能力。对于军用直升机仿真训练系统而言，其效能表现为该系统完成所规定的飞行仿真训练任务或作战仿真训练任务的能力。通俗而言，军用直升机仿真训练系统训练效能就是利用直升机仿真训练系统对飞行员进行仿真训练，促进部队战斗力提升的能力。系统效能的综合性特点，决定了其评价指标的多样性，直升机仿真训练系统效能同样具有较为丰富的评价体系。在直升机完成相关仿真训练的过程中，训练效能成为评价人-机-信息三者协同与融合能力的重要指标。本文对军用直升机训练效能的具体涵盖内容及其评估指标体系和评估方法等进行较为详细的描述，对我国军用直升机仿真训练的科学化进程具有引导作用。

1 基于仿真的军用直升机飞行训练效能

作为20世纪航空技术极具特色的创造之一，应用广泛的直升机在飞行训练领域中以地面模拟器训练代替实装训练的训练方式已逐步得到用户认可。与此同时，仿真训练已经成为包括我国在内的世界各国在直升机飞行训练过程中追求节省训练耗费、提高飞行技能的一种有效手段。

1.1 飞行仿真训练需求

军用直升机训练包括实装训练和仿真训练，然而，在进行实装训练时存在需具备合适的训练或对抗环境，训练耗费大且维护成本高，安全隐患多等诸多实际限制因素。相比之下仿真训练突破气候、地域或环境限制，训练环境可任意构建且训练内容可个性化拟定；与此同时，仿真训练可以设置大量应急处置训练并进行反复练习，增强飞行人员的心理素质，提高实装飞行的应急处置能力，大大提升部队飞行人员的训练水平；不仅如此，利用仿真训练可以避免飞行员因操作失误导致的安全隐患，极大提升了飞行训练的安全性。

表1与表2分别记录了实装训练和仿真训练条件下某型军用直升机训练科目的完成率和单小时训练费用。根据国内设计的某军机部队训练场景，经加权计算，配置飞行训练模拟器使训练综合贡献率提升166.0%，且配置飞行训练模拟器与没有配置飞行训练模拟器相比，缩短了改装训练时间，显著增加了可训练科目量，并极大提高了改装训练课目完成率。

可见，引入军用直升机仿真训练是部队快速大规模形成战斗力的必备条件，是大量节省训练军费开支的明智选择，是提高作战训练安全的重要手段，是开展战术训练和战法演练的有效途径，也是提升部队训练水平的必然要求。图1为国外某型军用直升机仿真训练环境。

表1 某型军用直升机实装训练与仿真训练科目完成率表

表2 某型军用直升机实装训练与仿真训练小时费用表

图1 国外某型军用直升机仿真训练环境图

1.2 飞行仿真训练

过去几十年，飞行训练从教程阅读和流程图比划结合训练到简易游戏手柄与图像界面结合训练再到利用地面模拟器进行训练的过程实现了飞行训练质的飞跃，极大地提高了飞行员的代入感和训练效果。现今，飞行仿真训练主要包括对地面模拟器虚拟座舱内部构造、操作方式的熟悉和对一些基本科目如地面开关车、起飞、降落、悬停、航线飞行等的一些基本飞行技能的训练，以及对舰面起降、特情故障如发动机故障、飞控故障的应急处置程序等的特殊飞行训练。整个仿真训练通常由地面模拟器的座舱模拟分系统、飞行仿真系统、航空电子分系统、飞行控制分系统、综合环境分系统、视景分系统、声音分系统、计算机与网络分系统、动感模拟分系统等多个分系统共同运行支撑。

良好的训练方法能较大程度上加强飞行训练的效率，快速、高效地提升飞行员的飞行技能，从而使整个训练过程拥有较高的训练效能。

1.3 训练效能评估

作为全世界飞行训练领域的热点及难点，近年来飞行训练效能评估越发受到关注和重视。不过最终的评估方式无非集中于对飞行员飞行能力提升以及整个训练过程花费的评估。现今，国外已有相关行业的公司开发出相应的系统以克服对人工评测飞行训练质量中存在的诸多弊端，例如[2]：

1)英国飞行数据公司的CADS系统(Computer Aided Debriefing System)在SGI公司的小型工作站上的模拟器辅助训练系统上试运行，通过用户提供的相关数据进行仿真，对整个训练过程进行回放。同时，它还具备驾驶舱内录像功能，可与仿真回放同步进行播放。

2)阿拉斯加航空公司设计了一种计算机辅助评估系统，这个系统可以对该公司的麦道系列模拟器训练过程中可以量化的飞行技术指标进行评估打分，而后输出各训练科目的指标及成绩单。

3)加拿大CAE公司在其生产的模拟器上加装记录回放系统，该系统可以记录仿真训练中30分钟的飞行过程，并能在模拟器上再现。

在国内飞行训练质量的评估方面，北京航空航天大学的研究人员结合了飞行员生理参数，取得了较好的进展[3]。此外，空军工程大学开发出了一套飞行成绩自动评定系统，该系统操作性强，相对完整[4]。

训练效能整个评估过程通常可分为三个步骤，即构建评估指标体系，建立合适的训练效能计算模型，根据模型计算出效能结果。效能评估需要从影响系统各个方面性能的最基本指标入手，构建评估指标体系时需要重点考虑体系的完备性、独立性、代表性、可比性以及可操作性。指标体系构建完成后，需要对各层评估指标中的各节点指标进行权重的分配，以刻画指标的重要性程度，一般用权重系数表示。权重系数通常凭经验确定，任意一层中的各节点指标权重系数之和为1。假设一指标体系中的某层评估指标共有n个节点指标，w1,w2,……,wn分别为它们的权重系数，则有：

(1)

直升机飞行仿真训练效能模型是将直升机仿真训练系统相关的性能参数、因素及相互关系归结为一套科学的数学模型以反映具体数量关系。空军指挥学院李明忠等人在WSEIAC模型(E=ADC)基础上提出了飞行仿真训练系统综合效能模型[5]：

E=ADCF

(2)

其中，E为系统综合效能；A为可用度；D为可信度；C为训练能力；F为仿真逼真度。在此模型的基础上计算出某型飞机较为客观真实的飞行仿真训练效能评估结果。

此外，北京航空航天大学陈杰等人还提出基于网络分析法(ANP)的训练效能计算模型，建立了相关的评估指标体系并最终根据模型计算出较为可靠的训练效能结果[6]。由此可见，评估飞行仿真训练效能的方法有很多种，然而一套科学的数学模型和一个合理的评估指标体系是确保训练效能评估结果客观可靠的必要条件。

2 基于仿真的军用直升机作战训练效能

2.1 作战训练体系

不同的军事训练具有不同的训练手段和方法，在军用直升机作战训练中，为了营造出一个逼真的作战环境或战场环境来训练战争的不同参与者，需建立直升机作战仿真训练体系，以适应作战的决策、指挥、作战行动的需要。整个作战仿真训练体系由操作仿真训练系统、指挥训练模拟系统和决策训练模拟系统组成。

1)操作仿真训练系统

操作仿真训练系统针对受训的个人或集体进行，通过训练提高他们的操作技能。使用操作仿真训练系统可以大大减少对实际武器、装备及设施的使用损耗并减少训练过程中的危险性。加拿大CAE公司与西班牙INDRA公司等国外知名企业在其直升机业务领域都具备直升机操作仿真训练系统。整个直升机操作仿真训练系统主要由直升机计算机辅助训练(CBT)、综合程序训练器(IPT)、飞行训练器(FTD)、飞行训练模拟器(FFS)、全任务训练模拟器(FMS)和战术任务训练系统(TTS)组成。

2)指挥训练模拟系统

指挥训练模拟系统是支持、保障部队和院系进行指挥员作战指挥、决策训练和演习的计算机作战模拟系统。它具备直接或通过导调人员给受训者提供逼真的战场态势信息，接受受训人员对此态势信息的反映(判断和决策)，通过模拟系统运行结果对受训人员的反映给出评估等功能。整个指挥训练模拟系统主要由指挥系统、模型系统、导演控制系统、数据库系统和运行支持系统组成。

3)决策训练模拟系统

决策训练模拟系统在作战训练中用于对高层指挥员、决策者进行决策训练，主要是战略或战役层次的决策，尤其是战略层次的决策。决策训练模拟系统将过去完全定性的分析、理性的判断通过模拟系统加以展现，使其更具完整性和表现性。

2.2 作战训练分类

军用直升机仿真训练可分为单兵仿真训练、多机协同战术训练以及诸军兵种联合演习。

1)单兵仿真训练

单兵仿真训练又包括单兵技术训练和单兵作战训练，前者的目的是让飞行员提高操作、控制装备和武器，处置、分析故障的能力，获得多人、多武器平台的协同能力，以及减少对实际武器、装备及设施的使用损耗并减少训练过程中的危险性。后者追求利用仿真战场环境，选择不同的传感器设备和战场环境，输入不同的处置方案，让飞行员体验不同作战效果并锻炼和提高参训人员的战术动作水平、心里承受能力和战场应变能力。

2)多机协同战术训练

利用网络技术实现飞行模拟器联网，在实战背景下开展多机联网仿真训练，已经成为如今飞行仿真训练革命的重要标志。多机协同战术训练是以当前的直升机武器系统、配置、战术和原则为基础，把多个训练模拟器和仿真器连接起来。其目的是使众多的模拟设备参与到作战模拟中，而不必受地域限制，在多机协同战术训练中可以进行战役理论和作战计划的检验，并预测军事行动和作战计划的效果；可以评估直升机武器系统的总体性能，启发新的作战思想。公开资料显示，国外多机协同研究项目中美国占比最大，美国陆军对多机协同战术训练研究可分为三个阶段：一是概念研究与演示验证阶段，该阶段主要针对概念研究、作战需求分析、作战效能评估以及关键技术与协同作战演示验证；二是工程研发阶段，该阶段主要研制能够批量装备的现役直升机协同控制组件；三是服役与战法训练阶段，该阶段完成部队编组和战术战法训练。

3)诸军兵种联合演习

诸军兵种联合演习是指按照军队的实际编制、作战原则、战役战术要求，使各兵种相处异地但却共同处于仿真战场环境中，指挥员根据仿真环境中的各种情况及其变化来判断敌情作决定，并采取相应的作战行动。通过这种训练能够对诸军兵种联合训练的原则、方法进行补充和校正，极大提高参战部队的协同作战能力。

4)LVC高级训练环境

LVC高级训练环境全称真实-虚拟-构造高级训练环境(Live，Virtual，and Constructive Advanced Training Environment)。其具体内涵如下[7]：

真实环境(L)：作战人员在现实中操作各自的装备，但不存在真实的敌人；

虚拟环境(V)：作战人员操作飞行模拟器或战术模拟器；

构造环境(C)：构造性仿真是一种计算机程序，确定了移动速度，与敌人交战的效果，以及可能发生的任何战斗损伤，用于增强和加强真实/虚拟场景。

十多年来，美国防部在建模和仿真领域将创建统一的“真实-虚拟-构造”LVC集成架构 (Live-Virtual-Construction Integrating Architecture, LVC-IA) 作为最终目标，如此可以快速完成模型集成和仿真，开展工作，形成有效的LVC环境，用于飞行训练、战术协同、制定作战计划和评估作战情况等。LVC环境由多个建模和仿真环境组合构成，通过LVC集成架构进行互操作。LVC训练体系由人员、硬件和软件构成，以网络为中心，通过通用协议、规范标准和接口将三个不同的环境结合起来，进行数据收集、管理、检索、实时交换等。当前LVC技术已经得到了一定程度的发展，并且已经在2017年的美军“北方利刃”(Northern Edge)军演中初步应用。“北方利刃”(Northern Edge)演习是美太平洋司令部在阿拉斯加开展的两年一次的空战演习。2017年的该军演中，总共涉及近6000名飞行员、陆军人员、海军和海军陆战队员，200多架飞机，以及海军船只和商船，并且集中于演练形成战术空中优势、打击陆地和海上目标。在此过程中，LVC技术训练方案模拟了远程轰炸机、预警机、指挥机等模拟器，并通过计算机生成的友军和敌军的武器系统，增强了作战场景的真实度。

2.3 作战训练效能评估

我国对军用直升机作战训练效能评估的研究开展较晚，目前还没有形成一个系统的评估方法体系，且长期存在评估直升机种类少、评估对象简单以及评估内容单一等不足。总体而言，我国对军用直升机仿真作战训练效能评估常用流程为：①分析作战任务；②确立作战效能指标体系；③开展效能评估仿真试验；④分析试验数据选取评估方法；⑤计算作战效能结果。其中，确立作战效能指标体系需采集非常丰富的效能指标、性能指标及系统参量数据。对直升机作战训练效能进行评估是一个科学又复杂的过程，当然，其中大多数工作需要借助计算机完成。

3 结束语

随着直升机事业的蓬勃发展和军用直升机在部队的广泛应用，军用直升机仿真训练需求也随之不断增加，深入理解其仿真训练内容及其效能的实际内涵及具体评价指标等成为军用直升机仿真训练效能提升的必然要求。本文对军用直升机仿真训练及其效能评估的详细描述，以及文中美军对LVC高级训练环境的具体实践，可为我国建设更加科学化的训练效能评估体系提供借鉴。