费效分析4.ppt

飞机费用与效能分析 航空学院 二 飞机寿命周期费用的概念和分析方法 2学时 四 飞机作战效能分析 4学时 课程安排 三 民用飞机直接运行费用doc与ioc分析 2学时 五 软件介绍、优化设计基本概念与方法 4学时 一 飞机设计中与效费相关的基本概念 4学时 六 主动控制、考试安排 2学时（6.4） （6月中旬或月底？） 四 飞机作战效能分析 参考书目 4.1 基本概念 l4.1.1 概述 军事装备战斗力主要包括4个要素：效能、数量、训练和编成，而能否发挥 则要靠人的“运用”。 武器装备的效能(effectiveness)通常是指该武器装备完成预定作战任务能 力的大小。 更广义的理解或者说从系统工程的角度看，“效能”还应包括它的可用度 (availability)、可靠度(dependability，最好翻译成“可信度”)和保障 度(supportability)。 e = cads 对武器装备效能一般的理解是指其实际使用于作战能力(c)的大小（狭义的 效能，本章所关注的重点）。 重量要求的飞机方案 控制要求的飞机方案结构要求的飞机方案 制造要求的飞机方案 气动要求的飞机方案 动力要求的飞机方案 噪声要求的飞机方案 综合设计后的飞机方案 4.1 基本概念 l4.1.2 作战效能评估的特点 概略性：效能很难用精度数字表达，不同于性能（可测量或计算准确）。 相对性： 同类飞机对比； 影响因素多，需进行无量刚处理（相对值）； 时效性： 国外飞机参数最初很难得到； “浴盆曲线”影响。 局限性： 效能与任务有关； 各种方法均有假设条件，影响评估结果。 4.1 基本概念 l4.1.3 效能评估结果的应用 作战飞机优劣对比：目前机载武器复杂，不能简单的只比较性能； 设计方案评比； 效费比分析：结合全寿命周期费用（lcc）； 双方空军实力对比：（效能指数*飞机数量）考虑不同种类飞机； 作战模拟：武器效能评估是作战模拟的基础（提供双方损失比的估计值） 。 4.1 基本概念 l4.1.3 效能评估结果的应用 “夫未战而庙算胜者，得算多也，未战而庙算不胜者，得 算少也。” 孙子兵法-“计篇” “知彼知己者，百战不殆；不知彼而知己者，一胜一负；不 知彼，不知己，每战必殆！” 孙子兵法-“谋攻篇 ” 4.2 评估方法概述 l4.2.1 评估方法演变 第2次世界大战初期到20世纪60年代初：性能对比。 飞机主要武器是航炮和自由落下的炸弹； 机载瞄准武器为光学瞄准具； 例如空地攻击能力：载弹量、作战半径。 20世纪60年代后期：提出能量机动性。 单位重力剩余功率sep(specific excess power)； 大部分参数（稳定盘旋性能、升限）与sep有关； 飞行员的圣经 能量机动理论（伯伊德）； 根据这一理论，飞机愈好并非仅仅意味着它飞得更高更快，更表现在对 能量的控制能力更强。 4.2 评估方法概述 l4.2.1 评估方法演变 20世纪60年代以后，空空导弹出现 第一代空空导弹只能尾部攻击(红外导引头视角普遍小到可怜的程度)， 第一代空空导弹只能做到定轴搜索，即目标位于导弹弹体中轴线上时才能截 获目标；（014视频、世界各国导弹视频） 80年代以后，空空导弹具有离轴发射能力，对比的因素需要考虑：瞬时 盘旋性能+sep。 4.2 评估方法概述 l4.2.1 评估方法演变 4.2 评估方法概述 l4.2.1 评估方法演变 r-73红外近距格斗导弹（前苏联） 重约105公斤，可以拦截30公里范围内的飞行目标 4.2 评估方法概述 l4.2.1 评估方法演变 全弹长2.87米，弹径0.127米，射程18.53千米，最大飞行 速度每秒850米，全弹质量对不同型号差别很大，b型最小，为 75千克，d型最大为89千克，最大有效射程迎头攻击不大于12 千米，尾追攻击约7千米。 4.2 评估方法概述 l4.2.1 评估方法演变 综合来看：60-70年代，单位剩余功率（sep）值是衡量飞机机动性能的综 合指标；随着空空战火力的变化，70年代末开始突出战斗机稳定盘旋性；80 年代，随着近距格斗导弹的崭露头角，又变为强调瞬时盘旋性能；预计第四 代战斗机，将十分重视超音速机动性与非常规机动性能。 体系对抗下的效能评估：先进的电子对抗、隐身等技术、协同作战等。 联合作战指挥中心 信息对抗指挥中心 海面中心平台地面中心平台空中中心平台空间中心平台 海上部队地面部队飞机空间飞行器 海上信息对抗系统地面信息对抗系统空中信息对抗系统空间信息对抗系统 信息网络 milstar gps sbirs/l s/b radar sbirs/l s/b radar sbl b-2 f-22 abl airborne jfacc jsf sbl commercial satcom gps gps gps commercial satcom sbirs/h npoess recce recce small sat recce small sat seamless aerospace operations rlv cav force protection 4.2 评估方法概述 l4.2.2 方法分类 专家评估法 计算评估法 德尔菲法 层次分析法 (兰兰德, 匿名多轮预测轮预测 ，朝鲜战鲜战 争) （the analytic hierarchy process） 参数计算法 概率分析法 需要量估算法 相对值评估法 顺序评估法 相对指数法 多参数分析法 对数法 4.3 参数计算法 l4.3.1 概述 参数选取原则：依据作战意图或飞机任务选取； 重要参数加权处理：大于1参数，大于1正幂次运算数值变大，反之变小； 加法综合各参数：互不相干的参数之间； 乘法综合各参数：参数相干，例：参数接近0，总效能完全丧失。 例：空战性能=稳定盘旋性能*(瞬时盘旋性能)1.5*sep 例：总作战能力指数e为：e = a1 c + a2 d 4.3 参数计算法 l4.3.2 顺序评估法 顺序评估法的基本思路是按照评比的指标进行排序，同一指标中，排第一 名的飞机得1分，排第二名的飞机得2分，以此类推；并列时的得分要加上 0.5分，如并列第三名，各得3.5分；对重要的指标可以加权计分。 最后将各飞机的得分相加，分数最低者效能最高，分数越高，效能越低。 得出的总分较粗糙，可以分辨各种飞机优势，不宜做费效比等分析。 4.3 参数计算法 l4.3.2 顺序评估法 1977年欧洲人评估“狂风”战斗机性能优劣采用了该方法； “狂风”主要任务为对地攻击，选了8个相关参数：作战半径、载弹量、紊 流敏感度、电子设备、起降性能、机动性、生存力、重量价格。 4.3 参数计算法 l4.3.2 顺序评估法 4.3 参数计算法 l4.3.2 顺序评估法 1977年 4.3 参数计算法 l4.3.2 顺序评估法 1977年 4.3 参数计算法 l4.3.3 相对值评估法 相对值评估法计分原则是，以参加对比的所有飞机中该参数量好的为标准 ，给100分，其他飞机该参数的得分用相对比值求出； 最后将各飞机的得分平均，分数最高者效能最高，分数越低，效能越低； 瑞典萨伯公司竞争欧洲四国（荷兰、丹麦、比利时、挪威）后继机，j-37 战斗机评估（但最终四国选择了yf-16）。 4.3 参数计算法 l4.3.3 相对值评估法 4.3 参数计算法 l4.3.4 相对指数法 与相对值评估法有类似的地方，只不过是以某种飞机的全部参数作为衡量 标准，各给100分，然后求出其他飞机的评价指标相对于作为标准飞机的指 数乘以100来计分； 最后将各飞机的得分综合，分数最高者效能最高，分数越低，效能越低； 综合指数：（xi）/ （ 10n ） 4.3 参数计算法 l4.3.4 相对指数法 二战期间的歼击机比较； 速度性指数：飞机最大速度/标准飞机最大速度*100； 盘旋性能指数：(飞机翼载/标准飞机翼载)/(飞机单位功率重量/标准飞机 单位功率重量)*100； 生存力指数：（标准飞机翼面积/飞机翼面积）1/2*100； 火力指数：（飞机枪炮口径*枪炮数量）/（标准飞机枪炮口径*枪炮数量 ）*100； 航程指数：（飞机最大航程/标准飞机航程）1/2*100。 4.3 参数计算法 l4.3.4 相对指数法 4.3 参数计算法 l4.3.5 多参数（品质）分析法 多品质效能分析法是参照多目标决策的方法。它要先选定与作战能力有关 的参数(称为品质)，然后估算出该品质的效能函数(通常用曲线表示)。单项 品质的效能值通过查效能函数曲线求得。总效能是各个品质效能值经加权处 理再综合起来； 该方法的特点：不是以某一基准飞机或飞机中的最高值为准，而是根据该 品质的特点结合作战要求画出曲线决定的。例如：马赫数； 缺点：单项品质效能曲线的确定较复杂，往往用直线代替。 （第一次课） 4.3 参数计算法 l4.3.6 对数法 这方法正式发表在中国国防科技信息中心 1987 年的中国、美国国防系 统分析方法学术讨论论文集，标题是作战飞机的装备效能指数； 它利用相对参数作为衡量作战飞机能力的依据，基准是现代作战飞机的先 进指标或标准值； 数据的处理上采用自然对数来“压缩”数值大小，即用幂数作为作战能力 指数而不是用自然值，所以现称之为对数法。 4.3 参数计算法 l4.3.6 对数法 作战飞机的作战能力可分两方面，一为空对空作战能力，一为空对地作战 能力。两者在飞机总作战能力评估中各占多少份量要根据使用方对该型飞机 的要求而定。 总作战能力指数e为：e = a1 c + a2 k1 d 其中c为空战能力指数，d为空对地攻击能力指数。 a1、a2分别为空对空和 空对地任务分配系数， a1+ a2 = 1。k1为平衡系数。 例如：制空歼击机a1为1.0， a2 为0，即不要求对地攻击能力。战斗机a1 为 0.8， a2 为0.2。战斗轰炸机a1 为0.3， a2为0.7。而轰炸机则a1 为0 ， a2 为1.0。 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （1） 机动性参数 f-22, su-35,su-37,su-47,x-31, 视频 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （2） 火力参数 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （2） 火力参数 活动光环瞄准具稍强于固定光环瞄准具，它可以修 正弹道降低量、弹道带偏量及其它较小的射击偏差 。它的最大优点是能够显示比较准确的弹道，而利 用固定光环瞄准具时，这些必须依靠飞行员自己估 计。由于目标和环心仍存在相对运动，提前角修正 量仍然不太精确，还需要进行估算。 “热点”瞄 准具有利于快速射击，从理论上说它显示的是提前 角修正量。 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （2） 火力参数 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （2） 火力参数 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （2） 火力参数 最大攻击角 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （2） 火力参数 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （3） 探测能力参数 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （3） 探测能力参数 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 相控阵雷达 能对付多目标。 功能多，机动性强。 反应时间短、数据率高。 抗干扰能力强。 可靠性高。 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （3） 探测能力参数 f-22 机载雷达(an/apg-77)空警2000预警的相控阵预警雷达 实现了预警雷达环视 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （3） 探测能力参数-机载红外搜索跟踪装置 infrared search and track system, irst 公式同雷达，只是k2 取值改为：单元件亮点式红外探测器0.3，多元固定 式探测装置0.5，搜索跟踪装置0.70.9。如配有激光测距器则k2 值再增加 0.05。例如，据报道米格-29 飞机的红外搜索跟踪装置（irst）发现距离 60km，搜索范围120o，采用多红外单元线列式敏感系统，因此k2 取值0.75 ，估计其发现概率为0.80。 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （3） 探测能力参数-机载红外搜索跟踪装置 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （3） 探测能力参数-机载红外搜索跟踪装置 隐身飞机这个要求对于安装irst造成诸多的麻烦，解决的办法就是分布式 综合光电系统。 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （3） 探测能力参数-机载红外搜索跟踪装置 拥有irst使得苏-27可以在雷 达静默或强电子干扰的情况下 保持发现和攻击目标的能力。 infra red sensor on eurofighter typhoon 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （3） 探测能力参数-机载红外搜索跟踪装置 f101 f14 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （3） 探测能力参数-机载红外搜索跟踪装置 歼-20的机身可能是分布式光电窗口 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （3） 探测能力参数-机载红外搜索跟踪装置 t-50仍旧采用传统形的irst，会对其隐身产生相当不利的影响 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （3） 探测能力参数-机载红外搜索跟踪装置 f35的分布式综合光电系统 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （3） 探测能力参数-目视探测能力 目视探测能力公式同前，但k2 、m1 及m2 为1.0。 目视可见距离一般为8 km，发现概率0.590.75，视场角在160o 360o之间 ，视不同飞机而定。初步估计结果， 目a2 的数值为：第二次世界大战时期 战斗机视界不好，一般为3.0 ；个别用水泡式座舱盖的飞机约为6.4。f-5，f- 111 等飞机是5.2，f-4，f-104，米格-23，米格-31 为6.35，“狂风”（torn-ado ）为8.1，米格-29，“幻影”2000 等为10.0，f-16，f-15 为12.0。 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （3） 探测能力参数-目视探测能力 j20采用的气泡式整体座舱盖 f16座舱盖上金色的导电镀膜 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （4） 飞行员操纵效能系数 与飞机座舱布局、操纵系统及显示装置等因素有关。取值的原则为：第二 次世界大战时期战斗机0.60；50 年代战斗机用一般仪表及液压助力操纵系 统的0.70；有平视显示器的喷气战斗0.80；用电传操纵、有平显的0.85；用 电传操纵、有平显、下显、数据总线及双杆技术（hotas）的0.90 在这基础上更能发挥飞行员能力的设计从0.90 到1.0 之间取值。如配备有 同步的头盔瞄准具时， 1值加0.05。 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （4） 飞行员操纵效能系数 hotas：hands on throttle-and-stick 手不离杆”，人机工程学； 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （4） 飞行员操纵效能系数 hotas：手不离杆” ； 法国阵风rafale j-7mg 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （5）作战飞机生存力系数 对于飞行器而言，威胁雷达频率主要处于s波段(2ghz-4ghz),c 波段(4ghz- 8ghz), x波段(8ghz-12ghz), ku波段(12ghz-18ghz)，其波长远小于飞行器 的特征尺寸，因此可以采用高频试验方法分析目标的rcs。 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 （6）航程系数 （7）电子对抗系数 4.3 参数计算法 l4.3.6.1 对数法-空对空作战能力指数 4.3 参数计算法 l4.3.6.2 对数法-空对地作战能力指数 空对地作战能力指数分两部分组成，即航程指数和武器效能指数。两者相 加得出总值（d）； 航程指数是当量航程的自然对数，武器效能指数是当量载弹量的自然对数 。 4.3 参数计算法 l4.3.6.2 对数法-空对地作战能力指数 （1）当量航程。 最大航程（ r ）：按飞机性能取值； 突防系数（ pe ）； 远程武器系数（ rm ）； 导航能力系数（ pn ）。 4.3 参数计算法 l4.3.6.2 对数法-空对地作战能力指数 （1）当量航程：突防系数（ pe ） 生存力系数（ 2 ）； 用最大允许过载y max n ：相当于突防机动性； 突防最低高度（ h突）和突防速度（ v突） 装甲系数取值的依据为：全机有装甲保护0.91.0；座舱有装甲、系统部分 装甲保护0.7；座椅前后、靠背有装甲0.50.6；没有装甲保护0.2。 4.3 参数计算法 l4.3.6.2 对数法-空对地作战能力指数 （1）当量航程：远程武器系数 远程武器，相当于延长攻击机的航程； 常数 3 相当于自由下落炸弹的平均射程（单位km）。常数加1 是为了不挂 远程武器时不至于令m r 为零。k 是武器品种修正系数，取值准则为：普通 炸弹0，滑翔炸弹0.5，半主动制导弹，例如激光制导、无线电或电视指令制 导导弹0.75，全主动、发射后不管的导弹1.0。n 是该类武器数量。如挂不 同类型远程对地攻击武器，只选其中rm 值最大的一种计算。 4.3 参数计算法 l4.3.6.2 对数法-空对地作战能力指数 （1）当量航程：远程武器系数 美国gbu15型激光制导滑翔炸弹 4.3 参数计算法 l4.3.6.2 对数法-空对地作战能力指数 （1）当量航程：远程武器系数 精确制导炸弹与导弹区别： n精确制导炸弹:无动力，尾舵制导，水平滑移距离较近，只能在战区内投 放。 导弹:有动力制导飞行，飞行距离远，可在战区外投放。 n威力一样的制导炸弹和空对地导弹，前者的价格只有后者的几十分之一。 美国agm-130空地导弹实际就是 加装了动力装置的制导炸弹 4.3 参数计算法 l4.3.6.2 对数法-空对地作战能力指数 （1）当量航程：远程武器系数 “dumb” or “iron” aerial bombs：for an accurate destruction of a target hundreds of these bomb are used 。 smart bomb：an electronic sensor，a computer control system，battery，flight fins 。it doesnt have its own propulsion system, so the flight fins adjust themselves to stabilize and give it a required orientation. 4.3 参数计算法 l4.3.6.2 对数法-空对地作战能力指数 （1）当量航程：远程武器系数 4.3 参数计算法 l4.3.6.2 对数法-空对地作战能力指数 （1）当量航程：远程武器系数 4.3 参数计算法 l4.3.6.2 对数法-空对地作战能力指数 （1）当量航程：远程武器系数 4.3 参数计算法 l4.3.6.2 对数法-空对地作战能力指数 （1）当量航程：远程武器系数 4.3 参数计算法 l4.3.6.2 对数法-空对地作战能力指数 （1）当量航程：导航能力系数 导航能力系数（ pn ）按如下标准取值：机上只有无线电罗盘的0.5；增设 塔康战术导航或类似系统的0.6；如再增加多普勒导航系统为0.7；增加惯性 导航系统的增加0.10.15；增加卫星导航系统（gps）的增加0.10.2。但n p 值最高超不过1.0。 罗盘：供飞机测向用的最早的无线 电导航设备。机上无线电罗盘接收 自地面归航台发射来的电磁波，用 环形天线手动或自动跟踪电磁波来 向，连续测量飞机纵轴与电磁波来 向的夹角，即相对方位角，相对方 位角按顺时针方向计量，并用指示 器指示。 4.3 参数计算法 tacan 塔康导航系统 ir a ticaltac(战术空中导航系统 ，通常塔康，简称为avigation)n 系由军队使用。塔康为使用者提 的)等空军基地、航母(供目的地 方位和斜距。塔康系统在美国已 取代。(gps)渐渐于全球定位系统 对于军事用途的一个主要缺点是 缺乏对播送能力和隐形功能。 一个美国空军的塔康发射器