直升機航空電子技術的現在與未來

原標題：直升機航空電子技術的現在與未來

美軍基於網路互聯的有人直升機無人機混合協同作戰體系

圖2 EC145T2、EC175駕駛艙照片

空客公司運輸直升機家族化通用化歷程

如果有人要問「什麼是航電」？，有一個簡單的算式常常被用來回答，那就是「航空電子=航空+電子」。航空電子就是電子技術在航空領域的應用；而直升機航空電子技術則是在直升機平台發展需求牽引下有「直升機特色」的航電技術分支。直升機航空電子技術的現在與將來都與直升機平台承擔的使命密不可分。

直升機可分為專用武裝直升機和運輸直升機兩類。專用武裝直升機承擔的使命最終體現在戰場上，強調「看的遠、打的准」「能夠打贏敵人」；運輸直升機則更多地強調安全，當然也可加裝武器成為武裝直升機分擔偵察和攻擊職責。

專用武裝直升機

專用武裝直升機又稱「戰鬥攻擊直升機」，其航空電子系統更接近固定翼戰鬥機，典型案例如RAH-66「科曼奇」攻擊偵察直升機航空電子系統的70%元部件可與F-22戰鬥機互換。隨著固定翼戰鬥機航空電子技術的不斷進步，自上世紀50年代以來專用武裝直升機也經歷了分立式機電儀錶、數字化、綜合化發展階段：

分立式機電儀錶階段—主要使用全機械或機電式儀錶完成機載信息的感測和顯示，典型案例如早期越戰中發展出來的第一代AH-1「眼鏡蛇」專用武裝直升機。

數字化發展階段—隨著電子技術的發展，機上飛控、導航、通信識別、大氣、顯示、火控、目標探測等子系統都裝備了獨立的計算機，這些系統使用ARINC429等數字匯流排連接，稱為「分散式結構」。由於分散式結構連線複雜、電纜數量多，20世紀70年代美國空軍萊特實驗室提出「數字式航空電子信息系統」計劃，使用1553B匯流排簡化了設備間的連接關係，減輕了航電系統的體積和重量。典型案例如F-15和F-16固定翼戰鬥機、美軍AH-64「阿帕奇」武裝直升機、義大利A-129「貓鼬」武裝直升機、法國和德國的「虎」式攻擊直升機以及我國的直10均配裝了聯合式航空電子系統。

綜合化發展階段—上世紀80年代，美國空軍提出「寶石柱計劃」，全面開展航空電子系統物理綜合和功能綜合，旨在提高性能、降低成本的同時改善可用性和維護性。架構設計中開始出現「功能區」的概念，寶石柱定義了3個功能區（數字信號處理區、任務處理區、飛行管理區）和5類（感測器、任務、飛行管理、座艙開關、顯示）介面，典型案例包括F-22和F-35戰鬥機、RAH-66攻擊偵察直升機。

武裝直升機航空電子系統在不斷改進升級換代的同時，還有兩個熱點發展方向：首先是有人直升機間的信息化、網路化協同作戰；其次與無人機的混合協同作戰。

美軍提出的「網路中心戰」以及近年來美陸軍的「多域戰」和海軍的「分散式殺傷」等頂層作戰概念的主要目的是為了構建戰場信息機動優勢，強調裝備間的信息共享與互聯互通協同。包括空中偵察、武裝、指揮等直升機裝備之間的互聯互通協同；以及直升機與空軍預警指揮機、戰鬥機之間的互聯；還有與地面步兵、車載機動指揮終端之間的互聯互通協同。

由於直升機突出的懸停和低空機動能力，直升機裝備作戰自越南戰爭以來取得了驕人的戰績，在沙漠風暴行動中達到了輝煌的頂點。隨著地面防空武器的發展以及針對直升機伏擊作戰方法的出現，1993年索馬利亞戰爭中的「黑鷹墜落」事件成為了直升機裝備作戰的拐點，此後的第二次海灣戰爭、伊拉克、阿富汗、敘利亞等戰爭中頻繁出現直升機被伏擊殺傷的戰例。與此同時，隨著無人機技術蓬勃發展以及在海灣戰爭正式投入作戰後其能力和承擔任務不斷拓展，在RAH-66「科曼奇」直升機項目研發期間美軍內部甚至出現了要使用無人機完全替代「科曼奇」在陸軍航空兵作戰系統中承擔角色的聲音。經過長期的辯論及定性分析後，美軍得出結論：「無人機由於受到智能化程度限制暫無法完全取代有人直升機，部隊需要綜合集成兩種作戰平台的優勢形成互補」「有人直升機與無人機協同是陸軍航空兵建設的正確方向」。此後1993年至2006年間的「機載有人無人系統技術」「獵人遠距離殺手編組」等項目通過模擬定量評估、試飛演示等方法證明了協同後的作戰效能提升。

由於實際戰爭的迫切需求牽引了裝備能力發展，美軍有人直升機無人機協同作戰編隊目前已進入服役後的戰法演訓階段。

運輸直升機

歐美的運輸直升機強調軍民通用，而且軍用運輸直升機航空電子系統越來越傾向於直接使用民機平台的研發成果作為開發基礎，空客直升機、萊昂納多直升機、貝爾直升機、西科斯基的運輸直升機都採用這一策略。為了降低整個譜系的研發成本，空客直升機從上世紀末開始實施「家族化、通用化」研發策略，根據不同時期的設計特徵和總體風格，其直升機航電系統發展可分為兩個階段：

1992~2000年間改進改型的H系列直升機—包括自主集成的重型H225（11噸）直升機「AHCAS」航電系統；以及通過統一配裝Thales公司「Meghas」航電套裝和Sagem公司「Avionique Nouvelle」飛控系統完成了H120（1.7噸）、H130（1.4噸）、AS350（2.2噸）、H135（2.9噸）、H145（3.5噸）、H155（4.9噸）等中輕型直升機的家族化統一。

2000年後自主研發的Helionix航電系統標誌著H系列運輸直升機新一代家族化風格完全形成——目前該航電系統已配裝於H175（7.5噸）、H135T2（2.9噸）、H145T2（3.5噸）、H160（5.5噸）四個型號，後續將繼續向其餘型號推廣。

除空客直升機外，萊昂納多直升機、西科斯基直升機從2000年以後也採取這一發展思路；貝爾直升機公司從2008年開始選擇與Garmin公司合作實施家族化通用化統一發展策略。

直升機航空電子系統的未來

直升機航空電子系統的總體發展脈絡為數字化、綜合化、智能化、虛擬化。目前處於由綜合化向智能化的過渡階段。

為了預先籌划下一代直升機差異化競爭點。歐美各直升機主機、航電集成商一方面繼續探索航電與機電、飛控系統的深度綜合化，典型案例如泰雷茲公司正在研發的「Avionics 2020」 直升機航電平台，實現了航電系統全局優化，設備數量大大減少，系統重量和功耗大幅降低；另一方面，將直升機航電未來技術突破點鎖定在「智能化」方面，加速將電子技術發展最新成果引入航空領域，並開展了大量的探索研究，其中的典型代表包括空客直升機公司和貝爾直升機公司的研究。

2011年，空客直升機公司新一代的X4直升機項目在法國政府「未來投資計劃」的支持下開始進行概念設計，空客直升機公司原計劃於2020年將X4概念駕駛艙航電投入市場以改變競爭格局。X4概念駕駛艙中航電系統前端信息呈現更加側重於頭盔顯示方式，飛行路徑導引以「空中高速公路」（highway in the sky）方式呈現；下視顯示設計了一個比傳統位置更低的小型儀錶板和互動式中樞控制台；控制方面引入語音控制和立體音響告警技術。

隨著信息技術的進一步發展，貝爾直升機公司為其新一代傾轉旋翼機開發了全景觸摸駕駛艙交互系統，其顯控系統能融合巨量數據和圖像並按一定邏輯顯示；完全取消了物理按鍵，採用類似消費電子領域「平板化」的觸摸操作交互方式，並對危險等級高的功能採用控制備份設計以確保高生存性。屏幕採用特殊材料，使其具備在部分顯示區域損壞的情況下利用剩餘部分自動重構信息顯示的能力。此外，駕駛艙還可將數據投射於風擋玻璃上，與集成的虛擬顯示智能頭盔形成三重信息呈現余度。其配裝的航電系統自動根據飛行狀態調整信息顯示，如：在高空飛行僅顯示基本飛行信息；而進入低空飛行時，系統自動顯示地形合成視景信息；在可見度為零的情況下，則通過配備的光電感測器將周圍的情況呈現於巨大的屏幕上。

2018年國際消費類電子產品展覽會上，貝爾直升機展出了一台「Bell air taxi」電動無人駕駛直升機。其概念駕駛艙更像一個空中的移動辦公室，下視顯示採用了柔性屏幕、平視顯示採用全息投影顯示方式。座艙內部充滿了互聯網設施，方便飛行途中的乘客通過內置設備聯繫家人、朋友和同事，進行辦公或者娛樂。

未來直升機航電系統智能化程度越來越高，航電前端人機交互將最終實現「虛擬駕駛艙」概念，由頭戴顯示器提供無限的、可重構虛擬顯示和控制界面，交互界面可根據喜好、任務需要進行定製。先進態勢感知技術、增強現實等先進信息呈現技術、語音控制等先進交互技術、智能化態勢融合與輔助決策技術、人工智慧技術等的發展和綜合應用將飛行員從繁重的飛行控制操縱中解脫出來，其精力更多集中於任務管理與決策層面。

隨著電子技術更新換代速度越來越快，這些概念駕駛艙航電使用的智能技術用不了多久就會來到我們身邊。

我國直升機航電系統的現狀及發展途徑

經歷了40餘年的發展，我國武裝直升機機載航空電子系統在匯流排技術、硬體綜合模塊化、物理組織架構設計等方面充分汲取了國外的最新理念和技術研究成果；但在駕駛員輔助決策、數據融合等智能化機載軟體方面與國外最新型號存在差距。網路化作戰方面，有人直升機混合編隊協同作戰研究已具備相當規模。

我國自主研製的民用直升機由於起步較晚，各項技術均來源於軍用直升機型號研製體系下的經驗積累和技術沉澱，因此要在堅持「以我為主」前提下加強國際合作，打造國產直升機型號的差異化亮點，也通過消化吸收再創新積極提升自主研發實力；駕駛艙人機交互方面，可緊跟國際前沿將消費電子在虛擬現實、人工智慧等方面取得的成果有選擇性引入航空領域的做法，預先構建下一代直升機的競爭優勢；研發模式上儘快轉變到「家族化、通用化」統一發展策略以降低全譜系產品的研發成本，同時增強整體競爭力。

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