CN104899348A - 一种教练机飞行性能指标确定的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种教练机飞行性能指标确定的方法，分为初步预测阶段和优化阶段，在初步预测阶段，使用关联预测法获得一组初步性能指标；在优化阶段，采用一种以教练机训练效能为目标函数的修正方法对初步预测阶段获得的性能指标进行优化处理。本发明在充分考虑传统能力、已实施的方法和措施的同时，更考虑到国内飞行员训练大纲的特点，现有装备情况，教练机装备体系下的良好衔接性以及基础教练机战技任务书中包含的特殊要求。

Description

一种教练机飞行性能指标确定的方法

技术领域

本发明涉及一种飞机性能指标确定方法，属于飞机总体设计方法技术领域。

背景技术

由于现代的教练机是系统配套、体系化发展的，在其飞行性能指标确定过程中，需要改变过去针对单机平台进行定性描述的不足，通过分析得出一种可量化的方法，为确定科学、合理的教练机性能指标提供决策依据。所采用的新方法，综合考虑了以下四个方面：一是教练机之间的体系定位和配套能力，二是与作战飞机的衔接性，三是训练效益的最大化，四是未来较长时间内的前瞻性和可扩展性。该方法以最优化准则为核心，能够合理预测满足当前和未来的教练机性能指标。传统的教练机性能指标方法主要有两种，分别为类比法和衔接性系数法。类比法是通过统计典型教练机基本性能参数，类比分析出各性能参数所在区间，从而为新型教练机基本性能指标的确定提供参考。衔接性系数法是通过选定一系列的现役教练机，收集整理这些教练机及其所在训练体制的初级、基础、高级教练机的基本性能参数，解算出对应的初级教练机与基础教练机、基础教练机与高级教练机的性能衔接系数，基于此获得满足衔接性系数的相应教练机性能指标。

需要指出的是，采用上述两种方法虽然能够得到具有一定意义的性能指标，但仍然存在以下问题：

1）这两种方法均基于现役机型展开研究分析，体现的是对已知的飞机战术技术要求的总结，是一种理论能力。而当今的飞机飞行性能指标需要从使命任务和市场需求两方面来考虑，即要着眼于实际需求，显然实际需求与理论能力是严重脱节的。

2）教练机是一种系列化发展的飞机，其性能指标应该具有一定的历史继承性和发展性。这两种方法的研究对象均为现役机型，因此获得的性能指标既不具有历史的继承性也不具有教练机体系的发展性。

3）这两种方法考虑的因素较少，难以获得最优化的性能指标。类比法获得的是国、内外现役基础教练机的综合水平，衔接性系数法则是在前者基础上考虑了现役教练机装备体系的衔接性。两种方法都未能考虑更特殊的情况，特别是较大程度上影响教练机总体方案的因素，例如：飞行员训练大纲的特点，对于不同国家和不同代飞机的差别非常大；还有教练机战技任务书中包含的特殊要求（例如，成本限制或某些部件和系统选定限制）。

发明内容

本发明提供了一种教练机飞行性能指标确定的方法，既反映了教练机解决传统问题的能力、现有教练机在达到所需效能方面已实施的方法和措施，也反映了教练机的发展趋势，考虑了一些更特殊的情况，包括教练机战技任务书中包含的特殊要求（例如，效能指标或某些部件和系统选定限制）。采用这种方法可以获得更加合理、可信的性能指标。

本发明的技术方案分为初步预测阶段和优化阶段，在初步预测阶段，使用关联预测法获得一组初步性能指标；在优化阶段，采用一种以教练机训练效能为目标函数的修正方法对初步预测阶段获得的性能指标进行优化处理。

本发明所述技术方案具体如下：一种教练机飞行性能指标确定的方法:

步骤一、按照关联预测法的要求建立数据库；

步骤二、使用关联预测法获得零次逼近的基础教练机性能指标矢量；

步骤三、使用基础教练机训练效能模型计算训练效能值；

步骤四、综合衔接机型训练效能值进行平滑检查，若平滑过渡，则获得满足要求的性能指标矢量，否则需要以基础教练机训练效能为目标函数，在给定的约束条件下，进行性能指标的优化搜索，优化搜索以循环方式进行，达到极值或超出设定的约束时结束，最终确定基础教练机性能指标矢量。

这里提到的关联预测法，其本质是关注基础教练机与高级教练机（后文统称“目标机”）的协调性，以及这两类飞机特性之间的定量联系。为了统计分析教练机与目标飞机特性之间的联系，确定了教练机与目标飞机“飞机对”的集合和一个规范化的权重系数矢量。该方法的核心是确定教练机性能指标矢量的零次逼近：

x_j=f（x_0j）， j=(1，R)

其中：

x_j——预测的未来时段基础教练机与目标机对于特性j的关联系数

x_0j——历史时段基础教练机与目标机对于特性j的关联系数

R——特性集合个数

从上述公式可以看出：

?   从形式上说，该方法在某种意义上是教练机发展所要求的；

?   从方法上说，该方法是目标预测优势和搜索方法的要素结合；

?   从时间上说，该方法所预测的结果应该是短-中期（5～15年）的，因为预测结果的可信时间期限应该不短于研制教练机过程的时间周期（平均5年），且不超过目标飞机更新换代周期（10～15年）。

本发明提供的一种教练机飞行性能指标确定的方法，在继承类比法和衔接性系数法的可取之处外，更大程度弥补了这两种方法的不足，在充分考虑传统能力、已实施的方法和措施的同时，更考虑到国内飞行员训练大纲的特点，现有装备情况，教练机装备体系下的良好衔接性以及基础教练机战技任务书中包含的特殊要求，使得该方法更加合理、可信、高正确性。

 附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种教练机飞行性能指标确定的方法:

步骤S1、按照关联预测法的要求建立数据库；

步骤S2、使用关联预测法获得零次逼近的基础教练机性能指标矢量；

步骤S3、使用基础教练机训练效能模型计算训练效能值；

步骤S4、综合衔接机型训练效能值进行平滑检查，若平滑过渡，则获得满足要求的性能指标矢量，否则需要以基础教练机训练效能为目标函数，在给定的约束条件下，进行性能指标的优化搜索，优化搜索以循环方式进行，达到极值或超出设定的约束时结束，最终确定基础教练机性能指标矢量。

实施例1

先作如下设定：

①评估飞机和目标机的性能数据

其中，1为待评估机型，2为目标机，n为性能参数个数。飞机性能参数众多，选定要研究的基础教练机性能参数时，很重要的几点是：ⅰ.能反映出基础教练机的主要技术特征；ⅱ.能可靠的预测其发展趋势；ⅲ.包含最大程度上影响飞行员训练效能的参数。

②待评估飞机和目标机的座舱综合信息数据

其中，1为待评估机型，2为目标机，m为座舱综合信息相似度参数个数。座舱综合信息相似度参数的选取，主要是考虑基础教练机与目标机座舱综合相似度、飞行员的注意力分配习惯、基础武器运用等。当然每个座舱综合信息相似度参数可进行进一步细化。

③座舱综合信息指标对于飞行活动的重要度矩阵。飞行活动是基于对基础教练机训练科目中相似飞行内容的归纳；

④飞行性能指标对于飞行活动重要度矩阵；

⑤飞行活动对于训练科目的重要度矩阵。训练科目是根据基础教练机训练任务定位确定的；

⑥不同类型飞机的训练科目权重。

本发明的具体实施流程如下：

一、初步预测阶段

步骤S1. 按照关联预测法的要求建立数据库

1)  选定总体方案综合特性（矢量）的构成；

2)  形成基础教练机和目标飞机及其“对”的客观历史数列（前期5个10年）；

3)  构成所有飞机对的特性矢量。

步骤S2. 使用关联预测法获得零次逼近的基础教练机性能指标矢量

1)  理清飞机对的特性联系；

2)  形成关联系数数组；

3)  淘汰关联系数（非典型飞机对）落选值；

4)  构成关联系数趋势；

5)  检查趋势形式选定的可靠性；

6)  检查趋势的预测性能；

7)  构成中短期预测，结合目标机性能指标，获得零次逼近的基础教练机性能指标矢量，即待评估机型属性矢量。

二、优化阶段

步骤S3. 使用基础教练机训练效能模型计算训练效能值

1)  数据预处理

a）对于，将待评估机型的各个属性值除以目标机型属性值，得到百分比，即

，

b）对、、、、五个数据进行标准化处理，每一行元素除以相对应元素的和，分别得到处理后的矩阵为、、、、。

2)  训练效能计算

a）座舱综合信息指标对于飞行活动计算得到的值，即

再将中每一行元素除以最后一行元素，得到。

b）飞行性能指标对于飞行活动计算得到的值，即。

c）科目训练效能。

d）将进行标准化处理得到，再计算综合训练效能如下：

。

步骤S4. 综合衔接机型训练效能值进行平滑检查

将计算的训练效能TE与前后衔接的机型训练效能进行比较，以时间为横轴，训练效能为纵轴建立曲线进行分析。若曲线平滑，则获得满足基础教练机使用需求、在训练体系中的衔接性、最优化准则和对未来的合理预测的性能指标；若不光滑，有明显的拐点，则需按步骤S3建立训练效能分析函数进行性能指标的优化搜索，此时待评估机型的性能数据为未知量，函数的约束条件可以在统计典型国家现役基础教练机的性能基础上综合考虑国内工业水平获得，函数的极值则可以根据曲线平滑性获得。优化搜索以循环方式进行，达到极值或超出设定的约束时结束，至此确定了性能指标。

Claims (4)

1.一种教练机飞行性能指标确定的方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一、按照关联预测法的要求建立数据库；

步骤二、使用关联预测法获得零次逼近的基础教练机性能指标矢量；

步骤三、使用基础教练机训练效能模型计算训练效能值；

步骤四、综合衔接机型训练效能值进行平滑检查，若平滑过渡，则获得满足要求的性能指标矢量，否则需要以基础教练机训练效能为目标函数，在给定的约束条件下，进行性能指标的优化搜索，优化搜索以循环方式进行，达到极值或超出设定的约束时结束，最终确定基础教练机性能指标矢量。

2.根据权利要求1所述的一种教练机飞行性能指标确定的方法，其特征在于，

假定:

评估飞机和目标机的性能数据

其中，1为待评估机型，2为目标机，n为性能参数个数；

②待评估飞机和目标机的座舱综合信息数据

其中，1为待评估机型，2为目标机，m为座舱综合信息相似度参数个数；

③座舱综合信息指标对于飞行活动的重要度矩阵；

④飞行性能指标对于飞行活动重要度矩阵；

⑤飞行活动对于训练科目的重要度矩阵；

⑥不同类型飞机的训练科目权重；

则

步骤三具体为：

数据预处理

a）对于，将待评估机型的各个属性值除以目标机型属性值，得到百分比，即

，

b）对、、、、五个数据进行标准化处理，每一行元素除以相对应元素的和，分别得到处理后的矩阵为、、、、；

训练效能计算

a）座舱综合信息指标对于飞行活动计算得到的值，即

再将中每一行元素除以最后一行元素，得到；

b）飞行性能指标对于飞行活动计算得到的值，即；

c）科目训练效能；

d）将进行标准化处理得到，再计算综合训练效能如下：

。

3.根据权利要求1或2所述的一种教练机飞行性能指标确定的方法，其特征在于，步骤一包括：

选定总体方案综合特性的构成；

形成基础教练机和目标飞机及其“对”的客观历史数列；

构成所有飞机对的特性矢量。

4.根据权利要求1或2所述的一种教练机飞行性能指标确定的方法，其特征在于，

步骤二包括：

理清飞机对的特性联系；

形成关联系数数组；

淘汰关联系数落选值；

构成关联系数趋势；

检查趋势形式选定的可靠性；

检查趋势的预测性能；

构成中短期预测，结合目标机性能指标，获得零次逼近的基础教练机性能指标矢量，即待评估机型属性矢量。