預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計綜述(一)

陳竹梅，歐陽紹修

(1.中國電子科學(xué)研究院，北京　100041；2.陜西飛機工業(yè)(集團)有限公司，漢中　723105)

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綜述

預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計綜述(一)

陳竹梅1，歐陽紹修2

(1.中國電子科學(xué)研究院，北京100041；2.陜西飛機工業(yè)(集團)有限公司，漢中723105)

本文對預(yù)警機總體構(gòu)型及其任務(wù)載荷適應(yīng)性設(shè)計技術(shù)進行了綜述，對預(yù)警機總體構(gòu)型發(fā)展歷程和分類進行了說明，重點闡述了預(yù)警機總體構(gòu)型及任務(wù)載荷適應(yīng)性設(shè)計技術(shù)和關(guān)鍵要素，總結(jié)了當(dāng)前預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計的一般流程和方法，提出了基于多目標優(yōu)化的總體構(gòu)型設(shè)計思路和技術(shù)路線，以及基于模型的系統(tǒng)工程方法(MBSE)。對載機與任務(wù)系統(tǒng)一體化構(gòu)型設(shè)計研究進行了展望。本文可供預(yù)警機需求分析研究及同類裝備總體設(shè)計工作借鑒。

總體構(gòu)型；任務(wù)系統(tǒng)；任務(wù)載荷適應(yīng)性；系統(tǒng)工程；多目標優(yōu)化

N945.23

A

1673-5692(2016)02-115-15

0　引　言

空中預(yù)警指揮控制系統(tǒng)(AWACS)已經(jīng)發(fā)展成為兼?zhèn)浔O(jiān)視、跟蹤、指揮、控制功能的完善系統(tǒng)，成為C4ISR系統(tǒng)的重要一環(huán)，具有迅速獲得有關(guān)戰(zhàn)場態(tài)勢并據(jù)此作出正確決策的不可缺少的關(guān)鍵系統(tǒng)[1]。預(yù)警機作為一種重要的信息化武器裝備，集成了越來越多的傳感器天線和多功能電子設(shè)備，是由“任務(wù)系統(tǒng)”和“載機平臺”組成的復(fù)雜裝備系統(tǒng)。所謂“任務(wù)系統(tǒng)”(mission system)，是用于完成特定使命與任務(wù)的電子裝備系統(tǒng)，是用以執(zhí)行預(yù)警探測、指揮控制、戰(zhàn)場偵察、通信中繼及自衛(wèi)干擾等作戰(zhàn)任務(wù)的各種機載光電子信息系統(tǒng)的集合。從功能上來說，任務(wù)系統(tǒng)是預(yù)警探測、指揮控制、戰(zhàn)場偵察、綜合通信、電子對抗、火力控制、搜潛攻潛等單個能力或多個能力的綜合。搭載任務(wù)系統(tǒng)的飛機，稱為“載機平臺”(aircraft platform)，作為執(zhí)行任務(wù)的飛行平臺兼顧任務(wù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)安裝平臺，并為滿足任務(wù)系統(tǒng)正常工作所提供需要的供電、液冷、液壓、環(huán)控等任務(wù)支持系統(tǒng)(mission support system)。因此，從飛機裝載能力的角度來說，任務(wù)系統(tǒng)也可以被理解為有效任務(wù)載荷。

在預(yù)警機頂層設(shè)計時，如何將任務(wù)系統(tǒng)與載機平臺更好地結(jié)合起來，盡可能達到或改善裝備的整體功能性能，這是預(yù)警機總體設(shè)計的一個很艱難的問題，當(dāng)然，其它具有特殊作戰(zhàn)功能的特種機，也一樣面臨這個問題。這個問題的實質(zhì)是要將電子、航空兩個復(fù)雜大系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)設(shè)計為一個復(fù)雜系統(tǒng)的過程，尤其是涉及到任務(wù)系統(tǒng)在載機上的安裝，就需要研究設(shè)計怎樣的構(gòu)型來滿足任務(wù)系統(tǒng)功能性能要求而又不至于影響載機性能。對比分析預(yù)警機這個綜合功能、性能和物理設(shè)計的過程，這與航天器系統(tǒng)構(gòu)型設(shè)計[2]具有極大的相似性，均是以“復(fù)雜系統(tǒng)的整體”為研究對象而進行的構(gòu)造設(shè)計。當(dāng)然，也有專家從飛機氣動設(shè)計的角度，提出了特種機“基本的總體—氣動構(gòu)型”概念[3]。綜合上述理念，我們可以將這個涵蓋電子航空兩大領(lǐng)域的綜合協(xié)調(diào)設(shè)計活動統(tǒng)稱為“總體構(gòu)型設(shè)計”。

本文期望將“預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計”作為一個整體設(shè)計概念提出，目的是想將這種統(tǒng)一協(xié)調(diào)的設(shè)計過程作為一個設(shè)計對象本身，研究預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計所應(yīng)該考慮到的各種設(shè)計要素，探討如何進行均衡性設(shè)計以期得到一種系統(tǒng)全局性的設(shè)計效益。當(dāng)然，這個總體構(gòu)型設(shè)計思想與方法同樣適用于其它具有特殊作戰(zhàn)功能的特種機，僅僅是設(shè)計要求和難度不同而已。

1　世界預(yù)警機總體構(gòu)型發(fā)展概況

早期預(yù)警機主要服役于20世紀40年代中至60年代初，從雷達安裝方式來看，均受到載機空間約束和有效載荷限制，從而采用了“鼓包式”的總體構(gòu)型，其顯著特點是任務(wù)載荷較小、裝載雷達天線口徑較小以及對低空目標探測能力不足。

面對信息戰(zhàn)場縱深和快速變化，預(yù)警機呈現(xiàn)出了功能多樣的特點，包括作戰(zhàn)探測距離越來越遠、功能越來越多、裝載的任務(wù)載荷重量越來越重、天線尺寸越來越大等技術(shù)特點，為了適應(yīng)這些大尺寸天線和功能繁多電子設(shè)備的安裝要求，加之載機平臺從螺旋槳飛機發(fā)展到噴氣式飛機所能提供的裝載能力越來越大，總體構(gòu)型已由傳統(tǒng)“鼓包式”構(gòu)型發(fā)展為機身“背負式旋罩”的總體構(gòu)型。

隨著預(yù)警機載機平臺從大型軍用運輸機或客機向支線飛機和公務(wù)飛機拓展[4]，這一類預(yù)警機主要采用了“背鰭式”總體構(gòu)型。相控陣技術(shù)與航空技術(shù)的高速發(fā)展，也使共形技術(shù)也逐步成為研究熱點，提出的“共形陣”企圖將任務(wù)天線與飛機外形進行完美結(jié)合，正逐步成為一種新形態(tài)的總體構(gòu)型設(shè)計技術(shù)。

1.1預(yù)警機總體構(gòu)型基本分類

在研究世界上現(xiàn)役多型預(yù)警機和特種機的裝備發(fā)展及其各類總體構(gòu)型特點的基礎(chǔ)上，有專家認為特種機的“基本的總體—氣動構(gòu)型”可分為四個大類：裸露型、鼓包式、背負式、懸掛式[3]。這四種構(gòu)型形式的分類，主要是從載機平臺改裝設(shè)計的氣動布局特點來進行劃分的。

由于預(yù)警機特殊的作戰(zhàn)功能要求，要求預(yù)警機具備強大的功能和性能，對任務(wù)系統(tǒng)的組成規(guī)模和復(fù)雜程度的需求也遠遠超過了一般特種機的要求，因此，預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計相比一般特種機構(gòu)型設(shè)計而言相對復(fù)雜，需要綜合考慮相關(guān)因素以及需要綜合設(shè)計的要素，也是比較多的。

本文從預(yù)警機總體構(gòu)型的結(jié)構(gòu)外形與載機外形之間的匹配度出發(fā)，綜合考慮任務(wù)系統(tǒng)載荷特點、任務(wù)系統(tǒng)電子設(shè)備的加裝、載機平臺改裝等要求，分析現(xiàn)役各類預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計思想，擬將這些形式多樣的總體構(gòu)型劃分為四類：

(a)“裸露型”構(gòu)型；

(b)“懸掛式”構(gòu)型；

(c)“共形式”構(gòu)型(說明：考慮“鼓包式”和“共形式”設(shè)計理念的出發(fā)點十分相似，僅僅因為裝備作戰(zhàn)功能以及技術(shù)發(fā)展支持不同而帶來設(shè)計效果不太一樣，因此，將傳統(tǒng)的“鼓包式”構(gòu)型劃入了“共形式”構(gòu)型)；

d)“背負式”構(gòu)型。

1.2“裸露型”構(gòu)型

所謂“裸露型”構(gòu)型，是指將天線裸露安裝在飛機機體表面上，直接暴露于大氣中，不需要進行專門整流[3]。這種構(gòu)型通常被應(yīng)用到一般飛機、預(yù)警機、特種機的小載荷天線系統(tǒng)構(gòu)型設(shè)計中。這些天線載荷相對較輕、天線尺寸較小，幾乎不會對飛機外形造成改變，對飛機改裝設(shè)計帶來的難度不大。

在預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計中，這種“裸露型”構(gòu)型設(shè)計也經(jīng)常性被采用，通常被稱為“機身天線”，任務(wù)系統(tǒng)機身天線一般包括通信、識別、數(shù)據(jù)鏈等傳感器天線，通常會采用鋼索天線、刀形天線等結(jié)構(gòu)形式。“裸露型”構(gòu)型也適用于飛機航電系統(tǒng)，一般包括通信、告警、導(dǎo)航等航電傳感器天線。綜合來看，“裸露型”構(gòu)型適用于小載荷任務(wù)天線，對功能較少或性能較低的特種機適用；對于功能強大的預(yù)警機，這種構(gòu)型僅僅是需要采用的構(gòu)型之一，還需要與其它構(gòu)型進行綜合與協(xié)調(diào)。

圖1　“裸露型”構(gòu)型

1.3“懸掛式”構(gòu)型

為了避免機身對雷達天線性能的影響，一些預(yù)警機或特種機采用了在機身外部加裝“懸掛的天線”，一般在飛機機腹、機身左右側(cè)等部位安裝懸掛式天線罩體，也就是現(xiàn)役裝備較多采用的在飛機機腹下加裝“吊艙”的結(jié)構(gòu)形式，在“吊艙”內(nèi)加裝所需任務(wù)系統(tǒng)天線或設(shè)備。

這種“懸掛式”構(gòu)型設(shè)計的設(shè)計思想十分樸素，設(shè)計目的就是在機身外部直接“加裝”外部天線，同時又盡可能滿足載機氣動性能要求。其顯著特點是加裝的懸掛式罩體尺寸不會太大，不會引起飛機氣動特性帶來較大的變化，從飛機改裝的角度看，這種構(gòu)型的好處是方法直接，且不會對飛機本體結(jié)構(gòu)改裝帶來較大的設(shè)計難度或工作量。

但由于所加裝的懸掛式結(jié)構(gòu)受到載機平臺的直接約束，因此所能裝載的任務(wù)載荷相對較小，例如一些光電、成像雷達等天線系統(tǒng)，均采用了這種總體構(gòu)型設(shè)計。采用“懸掛式”構(gòu)型的裝備主要有Seaking AEW.2預(yù)警直升機(現(xiàn)役)、SH-3/SH.9預(yù)警直升機(現(xiàn)役)、EH101 Mk112預(yù)警直升機(現(xiàn)役)、Ka-29/Ka-31系列預(yù)警直升機(現(xiàn)役)。警戒直升機考慮到飛機外形和載荷的限制，一般采用“懸掛式”構(gòu)型將天線懸掛在機身外，并結(jié)合應(yīng)用了升降裝置，在執(zhí)行任務(wù)時將天線放下，不執(zhí)行任務(wù)時將天線向后或向上收起。

圖2　“懸掛式”構(gòu)型

1.4“共形式”構(gòu)型

將任務(wù)系統(tǒng)各類傳感器天線直接安裝在飛機機體靠近表面的部位，并且采取一定的外形保證措施，使得任務(wù)系統(tǒng)天線布局安裝與飛機機身外形協(xié)調(diào)一致。這種構(gòu)型設(shè)計思想實質(zhì)就是企圖采用與機身外形協(xié)調(diào)一致，爭取達到“外形共形”或“外形可能共形”的目的。

“共形式”構(gòu)型在早期主要受限于飛機平臺能力，從“盡可能不對飛機氣動外形造成大的改變”這樣的主導(dǎo)思想出發(fā)，形成了比較流行的“鼓包式”構(gòu)型，可以說，“鼓包式”構(gòu)型是一種相對粗獷的“共形”構(gòu)型原型，因此可以劃分到“共形式”構(gòu)型大類別中，只不過不是真正意義的外形共形而已，最多僅僅屬于“準共形”或“疑似共形”，其顯著特點是與機身外形協(xié)調(diào)設(shè)計，盡可能減少對載機平臺氣動特性的降低或損失。進一步地，建議的“共形式”構(gòu)型可劃分為：

a)“鼓包式”構(gòu)型；

b)“準共形式”構(gòu)型；

c)“共形式”構(gòu)型(即“完全共形”)。

1.4.1“鼓包式”構(gòu)型

世界早期預(yù)警機常采用“鼓包式”構(gòu)型，在載機平臺已知的限制條件下對載機平臺進行“鼓包式”改裝設(shè)計，以滿足任務(wù)天線的功能性能，同時盡可能不對飛機基本外形特征造成大的改變，不至于對飛機氣動特性造成過多改變、或?qū)︼w行性能造成過大影響、或?qū)d荷造成過多負擔(dān)。通常將天線直接安裝在飛機機體靠近表面機頭、機尾、機腹的部位，形成多個“鼓包”或較大的“鼓包”。這種構(gòu)型適用于一般飛機、預(yù)警機、特種機，“鼓包式”構(gòu)型的天線一般包括預(yù)警雷達天線、衛(wèi)星通信天線、電子偵察天線、合成孔徑雷達天線、載機氣象雷達天線等，均在考慮天線陣口徑、天線系統(tǒng)載荷以及加裝“鼓包”后對飛機氣動特性影響等要素基礎(chǔ)上，進行綜合設(shè)計后形成的一種“鼓包式”構(gòu)型。

“鼓包式”構(gòu)型曾一度是世界早期預(yù)警機的主流構(gòu)型，在很長時期內(nèi)適應(yīng)了載機平臺為裝載的任務(wù)系統(tǒng)功能性能不斷增強的發(fā)展需求，同時也是警戒、反潛、巡邏、偵察等特種機的經(jīng)典構(gòu)型形式。世界上采用“鼓包式”構(gòu)型的特種機主要有：TBM-3W預(yù)警機(退役)、PB-1W預(yù)警機(退役)、AF-2W預(yù)警機(退役)、AD系列預(yù)警機(退役)、WV-2/EC-121預(yù)警機(退役)、Gannet AEW.3預(yù)警機(退役)、Nimrod AEW預(yù)警機(取消)、Defender預(yù)警機(退役)，一定程度上適應(yīng)了既定作戰(zhàn)功能和任務(wù)載荷裝載的需求。

圖3　“鼓包”式構(gòu)型

“鼓包式”構(gòu)型的顯著特點是：既能夠基本滿足任務(wù)天線特定功能性能，又能基本維持飛機外形不受到較大改變，降低了研制風(fēng)險。這一類構(gòu)型設(shè)計通常將傳感器天線直接安裝在飛機機體靠近表面部位，如機頭、機尾或機腹，形成的鼓包雖然會影響飛機局部外形但能夠基本維持飛機流線外形，對飛機氣動和安全性的影響可以被控制在較低的范圍。但是，由于載機平臺只能提供有限的結(jié)構(gòu)空間，并且也存在機身遮擋等限制，所以很難實現(xiàn)全方位掃描性能，一般被應(yīng)用在衛(wèi)星通信天線、電子偵察天線、合成孔徑雷達天線、探測性能要求不高的特種機任務(wù)天線、以及預(yù)警機一部分任務(wù)天線構(gòu)型設(shè)計中。

1.4.2“準共形式”構(gòu)型

世界上已經(jīng)出現(xiàn)了一些可以稱為“準共形式”構(gòu)型的預(yù)警機，其本意是采用“外形共形”設(shè)計思想，使預(yù)警機任務(wù)天線本身就完全符合飛機機身外形。但是到目前為止，尚未出現(xiàn)真正意義上的共形天線，盡管對飛機外形改變較小，但是還是能從飛機機身上明顯分辨出雷達天線的。所以，雖然號稱“共形”或“準共形”，但是實際上與“鼓包”式構(gòu)型沒有本質(zhì)上的區(qū)別，只是相比傳統(tǒng)的“鼓包”式來說，任務(wù)天線外形更逼近飛機外形結(jié)構(gòu)，對飛機氣動特性影響更小，從外觀來看更具有隱蔽性。因此，將其劃分為“準共形”構(gòu)型，可能更能符合其所表現(xiàn)的技術(shù)特點和共形技術(shù)發(fā)展趨勢。

這種“準共形式”構(gòu)型的顯著特點是：任務(wù)天線一般采用相控陣體制的天線陣，依附安裝在機身表面，以期盡可能地減少對飛機氣動外形的影響，一些小型和輕型預(yù)警機或特種機受載機平臺載荷能力的限制，也會采用這種小鼓包的“準共形式”構(gòu)型。

目前部分在役預(yù)警機采用了這種“準共形式”構(gòu)型，典型的有G550預(yù)警機(在役)和“費爾康”(Phalcon，又稱“禿鷹”)預(yù)警機(在役)?！皽使残问健睒?gòu)型適應(yīng)了相控陣技術(shù)發(fā)展，使任務(wù)系統(tǒng)具備了更加強大作戰(zhàn)能力。以色列埃爾塔公司研制的“費爾康”預(yù)警機，采用了飛機外皮與天線融合一體的共形技術(shù)，分別在機頭、機身兩側(cè)和后部加裝6部相控陣天線，實現(xiàn)了360°全方位覆蓋，探測距離達到670 km(大型高空目標)、445 km(中型目標)、370 km(空中小目標)、180 km(直升機)，可搭載17名任務(wù)操作員[5]。

圖4　“準共形”構(gòu)型

1.4.3“共形式”構(gòu)型

隨著電子技術(shù)的高度發(fā)展，特別是相控陣技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、微系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展，預(yù)警機功能越來越強大、探測距離越來越遠，要求加裝的任務(wù)天線數(shù)量越來越多、天線口徑也越來越大，為了盡量降低加裝任務(wù)天線對飛機外形造成的影響或者局部影響，開始出現(xiàn)了一種比較大膽的創(chuàng)新設(shè)計想法：能否有一種構(gòu)型設(shè)計可以將任務(wù)天線直接貼到機身表面，實現(xiàn)天線罩與機身外形做到真正意義的“完全共形”設(shè)計？“完全共形”的設(shè)計思想旨在不改變機身外形的前提下，依托機身外表附加任務(wù)天線，使任務(wù)天線完全符合飛機機身外形，或者反過來說，使得飛機機身外形完全符合任務(wù)天線的功能性能要求。

但到目前為止，由于受電子技術(shù)和航空技術(shù)的制約，真正意義“完全共形”技術(shù)尚未成熟，現(xiàn)役或在研預(yù)警機并未實現(xiàn)真正意義的“共形式”構(gòu)型。國外從20世紀90年代起開始進行相關(guān)研究，先后進行過“靈巧蒙皮”、“SensorCraft”、“Endfire”等相關(guān)研究，國內(nèi)也有開展“瓦片天線”、“傳感器飛機”相關(guān)研究，但由于航空電子兩個跨行業(yè)所涉及的交叉學(xué)科尚存在一些理論空白和協(xié)同設(shè)計方法上的不完善，要真正實現(xiàn)“完全共形”還有相當(dāng)?shù)木嚯x。

目前正在隨著電子技術(shù)和航空技術(shù)的發(fā)展，各國也開展了一些新的研究計劃，逐步成為未來的一個主流研究方向。與此同時，無人機技術(shù)發(fā)展使其有效載荷逐步增加成為可能，因此以無人機為平臺的預(yù)警機也是發(fā)展的一個方向[6]。

1.5“背負式”構(gòu)型

由于預(yù)警機越來越多的作戰(zhàn)功能以及越來越高的作戰(zhàn)性能要求，這要求任務(wù)系統(tǒng)的設(shè)備體積越來越大、天線尺寸越來越大、任務(wù)系統(tǒng)組成越來越復(fù)雜、任務(wù)載荷越來越重，以及相應(yīng)的任務(wù)載荷適應(yīng)性要求越來越高。因此，“基于載機平臺進行局部改裝”的設(shè)計已經(jīng)不能滿足任務(wù)系統(tǒng)的裝機要求，需要在機身外部進行增裝或加裝“突出式”結(jié)構(gòu)罩體，以滿足任務(wù)天線和任務(wù)載荷的安裝要求。

這種構(gòu)型設(shè)計的設(shè)計思想發(fā)生了顯著的轉(zhuǎn)變：傳統(tǒng)設(shè)計是研究“將雷達如何安裝到飛機上”，這種設(shè)計理念的實質(zhì)是“以載機平臺安全性為中心的適裝性設(shè)計”，由于這種設(shè)計已經(jīng)不能夠滿足預(yù)警機作戰(zhàn)功能性能不斷提高的要求，因此需要研究“以任務(wù)系統(tǒng)功能性能為中心、且兼顧載機平臺氣動特

性”的改裝設(shè)計?！巴怀鍪秸煮w”構(gòu)型形式正是在這種改裝設(shè)計理念下，綜合了任務(wù)系統(tǒng)整體功能性能與載機平臺氣動特性、并使其盡可能均衡，是一種較為徹底的總體構(gòu)型設(shè)計方法。

這種總體構(gòu)型實際上是采用一種“突出機身結(jié)構(gòu)的罩體”的方式，通過加裝突出的獨立于機身外部的罩體結(jié)構(gòu)，來滿足任務(wù)系統(tǒng)天線口徑要求及其任務(wù)載荷的加裝與改裝?，F(xiàn)役預(yù)警機常用的“背鰭式”、“背負式”、“懸掛式”[4]，應(yīng)該都屬于“突出式罩體”的構(gòu)型形式類別，可納入一個范疇考慮。當(dāng)然，也可以按突出結(jié)構(gòu)罩體在機身的部位、突出結(jié)構(gòu)罩體的形狀、以及罩體的支撐結(jié)構(gòu)(比如單支架、雙支架、三支架、四支架等)來進行定義和區(qū)分?；趯Ξ?dāng)今現(xiàn)役預(yù)警機總體構(gòu)型的研制經(jīng)驗和理念認識，這一類總體構(gòu)型一般可按突出的罩體主體結(jié)構(gòu)形式來進行分類：

a)“背鰭式”構(gòu)型；

b)“背負式圓盤罩”構(gòu)型，一般包括旋轉(zhuǎn)式和固定式；

c)“背負式固定式軸對稱罩”構(gòu)型，由于是非中心對稱，因此一般也被稱“異形罩”構(gòu)型。

1.5.1“背鰭式”構(gòu)型

“背鰭式”構(gòu)型是世界預(yù)警機總體構(gòu)型發(fā)展的另一個主要技術(shù)路線，比較經(jīng)典的是S100B“百眼巨人”(Argus)[4]、EMB145SA預(yù)警機和E-737“楔尾”(Wedgetail)預(yù)警機。

圖5　“背鰭式”構(gòu)型

“背鰭式”構(gòu)型一般采用了在機身上部加裝“平衡木”形狀、“帽狀”形狀的罩體結(jié)構(gòu)，來實現(xiàn)較大尺寸任務(wù)天線的安裝，大口徑結(jié)構(gòu)尺寸同時適應(yīng)了相控陣技術(shù)的發(fā)展需要，但對飛機氣動特性會帶來較大變化，飛機的改裝設(shè)計因此逐漸變得復(fù)雜。不過，由于這種構(gòu)型在很長一定時期內(nèi)，可以較好地服務(wù)預(yù)警機作戰(zhàn)功能性能不斷增加的需求，所以也較快促成了預(yù)警機裝備的系列化發(fā)展態(tài)勢。

1.5.2“背負式圓盤罩”構(gòu)型

為了適應(yīng)預(yù)警機作戰(zhàn)功能性能不斷增強的發(fā)展需要，預(yù)警機被要求“看得更遠”，這直接要求了任務(wù)系統(tǒng)雷達天線口徑必須足夠大。“背負式圓盤罩”構(gòu)型由于圓盤形狀的天線罩容易形成以對稱軸線為中心旋成體，特別適用于機械掃描體制天線的安裝要求，同時由于360°旋轉(zhuǎn)不至于過大影響飛機氣動特性，其外形結(jié)構(gòu)簡單，因此，這種總體構(gòu)型設(shè)計被廣泛應(yīng)用，技術(shù)也相對成熟。

由于“背負式圓盤罩”構(gòu)型同時適用于旋轉(zhuǎn)式圓盤罩和固定式圓盤罩兩種，顧名思義可分為：

a)背負式圓盤旋罩構(gòu)型，一般直接稱為“背負式旋罩”構(gòu)型；

b)背負式圓盤固定罩構(gòu)型，一般直接稱為“背負式圓盤罩”構(gòu)型。

“背負式旋罩”構(gòu)型是目前國際上大多數(shù)預(yù)警機經(jīng)常使用的經(jīng)典構(gòu)型，具有典型代表的是：美國E-2“鷹眼”(Hawkeye)系列預(yù)警機(在役)、E-3“望樓”(Sentry)系列預(yù)警機(在役)、波音E-767預(yù)警機(在役)，俄羅斯Tu-126預(yù)警機(退役)、An-71預(yù)警機(取消)、Yak-44預(yù)警機(取消)、A-50預(yù)警機(在役)、以色列C295預(yù)警機(在研)，以及中國出口型ZDK03預(yù)警機(現(xiàn)役)。

E-2系列預(yù)警機起源于20世紀60年代。1961年，由格魯門公司研制成功的E-2A預(yù)警機，是第一架專門為空中預(yù)警和控制任務(wù)研制的預(yù)警機[3]，1969年，E-2A改進升級E-2B。1971年E-2C預(yù)警機于試飛成功，E-2C先后裝備APS-120、APS-125、APS-138、APS-139、APS-145雷達。2001年，格魯門公司向海軍交付首架“鷹眼2000”，對任務(wù)系統(tǒng)進行全面改進，具備協(xié)同交戰(zhàn)能力(CEC)[6]。2007年，格魯門公司聯(lián)合雷神、馬丁、L-3通訊、BAE幾家公司對許多任務(wù)系統(tǒng)重新設(shè)計，升級“先進鷹眼”，換裝按“雷達現(xiàn)代化計劃”(RMP)研制的電子掃描雷達[8]。E-2系列預(yù)警機以螺旋槳式飛機為平臺，雷達均采用背負式形式架高安裝在機身背部圓盤形旋罩內(nèi)，天線口徑和有效載荷得到大幅增加，使預(yù)警機“站得高、看得遠”成為了現(xiàn)實。

圖6　背負式旋罩構(gòu)型

得益于波音飛機和電子技術(shù)發(fā)展，E-3系列預(yù)警機開發(fā)于20世紀70年代，標志著預(yù)警機從螺旋槳時代跨入噴氣式動力時代[3]。E-3A系統(tǒng)復(fù)雜，性能先進，能探測水上、陸地和空中目標，指揮引導(dǎo)己方飛機作戰(zhàn)，采用P3I原則持續(xù)改進了A、B、C、D、F系列。E-3B換裝AN/APY-2雷達、CC-1計算機，E-3C增設(shè)5座顯控臺、抗干擾通信、JTIDS及GPS導(dǎo)航設(shè)備。E3-D為英國型，E3-F為法國型[6]。

E-3系列預(yù)警機均采用了“背負式旋罩”構(gòu)型，將雷達架高安裝在機身背部，雷達采用機械掃描體制，有效載荷大，為任務(wù)系統(tǒng)提供了足夠安裝空間和載荷能力，是真正意義的空中預(yù)警指揮控制飛機(AWACS)。20世紀90年代美國為日本研制的E-767預(yù)警機，同樣采用了“背負式旋罩”的總體構(gòu)型。

俄羅斯早期Tu-126預(yù)警機(北約代號“苔蘚”)，以及1965年別里耶夫航空科學(xué)技術(shù)聯(lián)合體將“赤蜂眼”(Shmel)雷達安裝到Il-76MD上研制成功的A-50預(yù)警機(北約代號“中堅”)[7]，均采用了“背負式旋罩”的總體構(gòu)型。

圖7　“背負式旋罩”構(gòu)型

如上所述，“背負式旋罩”構(gòu)型以其充足的雷達天線安裝空間、足夠的架設(shè)高度避免了機身影響、360°機械旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)360°方位覆蓋、旋罩以一定轉(zhuǎn)速繞對稱軸轉(zhuǎn)動不會導(dǎo)致飛機過大的氣動外形變化等技術(shù)優(yōu)勢，已經(jīng)成為了當(dāng)今世界預(yù)警機的主流構(gòu)型。

為了適應(yīng)相控陣雷達技術(shù)的快速發(fā)展，“背負式旋罩”構(gòu)型形式也得到快速擴展應(yīng)用，將“旋轉(zhuǎn)式”調(diào)整成“固定式”，快速形成了一種新的固定式、背負式的圓盤罩構(gòu)型形式。我國成功研制的國產(chǎn)系列預(yù)警機，就采用了這種固定式“背負式圓盤罩”構(gòu)型。

“背負式圓盤罩”構(gòu)型適應(yīng)了相控陣技術(shù)發(fā)展，成為目前世界上較為先進的一種總體構(gòu)型設(shè)計，將“電掃描”直接替代了旋罩所實現(xiàn)的“機械掃描”，無需360°機械旋轉(zhuǎn)，“固定式”帶來最直接的好處是：減少了旋罩帶來的飛機共振等工程問題，從技術(shù)發(fā)展角度來看，也正在逐步成為一種主流的總體構(gòu)型。

圖8　“背負式圓盤罩”構(gòu)型

1.5.3“背負式異形罩”構(gòu)型

為了進一步提高“突出式罩體”的結(jié)構(gòu)安裝空間，最大化利用突出結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部空間，以期進一步增加相控陣天線的物理口徑，服務(wù)于遠程探測性能，基于這樣的設(shè)計理念，提出了一種俗稱為“背負式異形罩”的總體構(gòu)型形式，其實質(zhì)是一種背負式、固定式、軸對稱的罩體構(gòu)型形式。這種構(gòu)型的顯著特點是：考慮載機操穩(wěn)性等飛機平臺性能，采用軸對稱形式，而不是像圓盤形構(gòu)型那樣采用中心對稱的形式，通常將相控陣雷達天線對稱安裝在飛機機背，采用天線口徑尺寸較大且氣動阻力較小的天線罩，這就形成了固定式、軸對稱式的異形罩構(gòu)型，因此通常被稱為“背負式異形罩”構(gòu)型。

采用“背負式異形罩”構(gòu)型的典型有：S-3預(yù)警機(取消)、EV-22預(yù)警機(取消)。將天線安裝在軸對稱的背負式罩體內(nèi)，罩體采用支架支撐形式安裝在飛機背部，利用三面或四面組合式的相控陣天線陣來實現(xiàn)360°方位覆蓋，天線罩剖面形狀可以是非圓形狀。

圖9　“背負式異形罩”構(gòu)型

這種構(gòu)型以“如何充分利用突出的罩體結(jié)構(gòu)空間”為設(shè)計理念，對預(yù)警機“任務(wù)天線口徑”貢獻較大，其要求是在盡可能滿足載機氣動特性的前提下，盡可能最大化服務(wù)于任務(wù)系統(tǒng)天線性能要求，這實際上也帶來了設(shè)計理念的另一個轉(zhuǎn)變。

采用這種固定式、軸對稱式的“背負式異形罩”總體構(gòu)型，同樣減少了飛機共振的問題。軸對稱式也可以很好地服務(wù)在三個或四方向上安裝相控陣天線的需要，滿足了360°全方位覆蓋的任務(wù)要求。但由于為了盡可能地增大了任務(wù)天線口徑，也帶來了天線罩截面的增大，致使迎面的氣動阻力較大，在側(cè)滑情況下對飛機操縱性和穩(wěn)定性影響增加了技術(shù)難度，同時也增加了技術(shù)風(fēng)險的評估難度，因此，這種總體構(gòu)型雖然在學(xué)科研究上是一個發(fā)展方向，但世界各國均未完成這一類總體構(gòu)型的裝備研制和服役。

1.6預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計研究命題

綜上所述，為了實現(xiàn)預(yù)警機或特種機的作戰(zhàn)功能和性能要求，從技術(shù)上提出了在載機平臺上進行任務(wù)系統(tǒng)天線的加改裝要求，分析預(yù)警機總體構(gòu)型的分類及其設(shè)計現(xiàn)狀，不難看出，預(yù)警機“總體構(gòu)型設(shè)計”不再是單純地以“平臺的氣動構(gòu)型”為主要對象的一種氣動構(gòu)型設(shè)計，也不再是以“任務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局設(shè)計”為主要對象的一種布局設(shè)計，而是在進行飛機平臺改裝或新機型總體構(gòu)型設(shè)計時，對預(yù)警機任務(wù)系統(tǒng)功能性能、裝載平臺氣動安全性與飛行性能、任務(wù)載荷適應(yīng)性等多個設(shè)計目標要素進行系統(tǒng)思考、綜合設(shè)計、全域權(quán)衡的一種頂層設(shè)計過程。例如：絕非是單純地針對在載機平臺上加裝雷達旋罩的氣動外形設(shè)計，也不是將任務(wù)系統(tǒng)作為一種獨立裝載的任務(wù)載荷而進行的傳統(tǒng)適裝性設(shè)計，或者在已知載機限制下對任務(wù)系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)和調(diào)整的“被動”設(shè)計，而是在多個設(shè)計要素之間、針對其相互之間的相互影響、相互關(guān)聯(lián)等進行綜合設(shè)計的過程，是一種“主動”的設(shè)計過程。

傳統(tǒng)設(shè)計由于受限電子、航空兩個行業(yè)多個學(xué)科領(lǐng)域的問題，均采取了在各自領(lǐng)域自成體系的研究思路，基于各自領(lǐng)域的研究結(jié)果反饋研制總要求，由于涉及到兩個行業(yè)的協(xié)調(diào)，使得工程設(shè)計和實現(xiàn)變得十分復(fù)雜；同時由于缺乏將“預(yù)警機總體構(gòu)型”作為單獨設(shè)計對象進行系統(tǒng)研究的過程，因此系統(tǒng)頂層設(shè)計經(jīng)常性依靠經(jīng)驗設(shè)計、大量的摸底試驗來保證，致使研制代價非常巨大，而結(jié)果也未必完全科學(xué)。

基于此，亟待將“預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計”作為一個客觀的研究命題，研究其所涉及的需求指標體系、設(shè)計技術(shù)項目、關(guān)鍵要素、設(shè)計方法以及設(shè)計流程等，以期可以采用系統(tǒng)工程方法的思想來指導(dǎo)系統(tǒng)全域內(nèi)的頂層設(shè)計，或許可以得到尋求系統(tǒng)最佳解的有效方法。

這種研究問題的基本思路如下圖，基本想法是從系統(tǒng)工程理論出發(fā)，將“總體構(gòu)型設(shè)計”作為客觀研究主體，研究其服務(wù)于系統(tǒng)裝備的需求指標、系統(tǒng)性分析各類設(shè)計要求、進行多個專業(yè)的設(shè)計與聯(lián)合仿真，各承研單位均對系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)指標負責(zé)，從系統(tǒng)總體的角度去研究和分析問題，以期充分發(fā)揮任務(wù)系統(tǒng)最大效能，同時盡可能降低對平臺性能的影響或損失，改善傳統(tǒng)的以行業(yè)為主導(dǎo)的設(shè)計模式。

圖10　總體構(gòu)型設(shè)計的基本研究思路

2　預(yù)警機總體構(gòu)型及任務(wù)載荷適應(yīng)性設(shè)計綜述

2.1總體構(gòu)型的主要設(shè)計任務(wù)

任務(wù)系統(tǒng)提供預(yù)警機的作戰(zhàn)功能，載機平臺作為任務(wù)系統(tǒng)的空中載體，同時也為任務(wù)系統(tǒng)提供正常工作所需的任務(wù)支持系統(tǒng)。因此，預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計是一個涉及航空(產(chǎn)品形態(tài)是載機)和電子信息技術(shù)(產(chǎn)品形態(tài)是任務(wù)系統(tǒng))兩大領(lǐng)域的復(fù)雜頂層設(shè)計活動，其設(shè)計結(jié)果直接影響了裝備的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標，直接影響了預(yù)警指揮功能實現(xiàn)及其飛行性能指標。預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計直接決定了預(yù)警機功能性能指標和飛機整體性能，在安裝平臺的資源限制、氣動特性等要求與任務(wù)系統(tǒng)所表現(xiàn)出的多功能、高性能等裝備要求之間多個設(shè)計指標的均衡性就成了急需解決的矛盾。

研究預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計及任務(wù)載荷適應(yīng)性設(shè)計技術(shù)，就是要從系統(tǒng)頂層出發(fā)，采用系統(tǒng)工程方法，按需求進行“自頂而下”的完整設(shè)計過程，綜合考慮載機平臺資源的限制、任務(wù)系統(tǒng)功能性能實現(xiàn)等要求，研究實現(xiàn)預(yù)警機任務(wù)系統(tǒng)的功能、工作模式與相關(guān)性能等戰(zhàn)術(shù)和技術(shù)指標要求，使預(yù)警機裝備整體功能性能更高。同時，任務(wù)系統(tǒng)安裝在裝載平臺上所面臨的裝機適應(yīng)性、任務(wù)支持系統(tǒng)等設(shè)計內(nèi)容，也將被作為預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計的一部分，需要進行整體性、協(xié)調(diào)性的綜合設(shè)計，不再是傳統(tǒng)的“以載機限制條件為輸入進行任務(wù)系統(tǒng)裝機適應(yīng)性設(shè)計”的設(shè)計方式。

圖11　總體構(gòu)型設(shè)計的主要研究要素

上述研究要素所關(guān)聯(lián)的多個設(shè)計要素以及所包含的設(shè)計技術(shù)十分復(fù)雜，因此，總體構(gòu)型設(shè)計可以被理解為是一個需要同時滿足以下各類設(shè)計要求而進行的綜合設(shè)計、優(yōu)化和決策的過程：

a)滿足載機平臺氣動構(gòu)型、結(jié)構(gòu)強度以及飛行特性等要求；

b)滿足任務(wù)系統(tǒng)功能性能、電性能以及電磁性能等要求，以及任務(wù)系統(tǒng)各類硬件設(shè)備的結(jié)構(gòu)、重量、裝機適應(yīng)性包括布局安裝等要求；

c)滿足加裝任務(wù)系統(tǒng)后所帶來的載機適應(yīng)性改裝、任務(wù)支持系統(tǒng)等要求。

2.2總體構(gòu)型設(shè)計的一般相關(guān)性

預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計及任務(wù)載荷的適應(yīng)性技術(shù)，已經(jīng)突破了“傳統(tǒng)”意義上的“飛機總體設(shè)計”技術(shù)領(lǐng)域，是一個對電子、航空兩個大領(lǐng)域系統(tǒng)進行跨行業(yè)、跨專業(yè)、多學(xué)科的系統(tǒng)設(shè)計過程，需要研究、表達設(shè)計其相關(guān)性，并企圖解決這些相關(guān)性之間的耦合、協(xié)同與綜合決策。構(gòu)型設(shè)計的一般相關(guān)性有：

a)裝備作戰(zhàn)功能性能決定了任務(wù)系統(tǒng)技術(shù)體制和性能指標，進而提出了天線在飛機上布局要求、天線位置、天線方向性以及波段、增益、副瓣電平性能等要求，這些設(shè)計要求反過來就對飛機提出了設(shè)計或改裝要求。例如為了減少天線罩位置對雷達的影響和垂尾對天線向后掃描的干擾，A-50預(yù)警機在設(shè)計中使天線罩的平面明顯高出機身而低于平尾，而E2-C為了降低機尾對天線波瓣的影響，4個垂尾都采用了透波的玻璃鋼材料[7]；

b)在平臺限制條件下，任務(wù)系統(tǒng)天線、電子設(shè)備等不僅要滿足系統(tǒng)功能性能要求，也要滿足載機平臺約束的“任務(wù)系統(tǒng)適裝性”，一般包括天線結(jié)構(gòu)、口徑和安裝精度等滿足飛機結(jié)構(gòu)要求，任務(wù)系統(tǒng)散熱、重量控制等要求符合載機設(shè)計限制，透波罩滿足電性能的同時也要符合氣動特性要求。系統(tǒng)重量應(yīng)符合飛機整體重量控制要求，任務(wù)系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)進行減重設(shè)計，并制定明確的措施，滿足飛機重量指標和重心控制等限制；

c)總體構(gòu)型應(yīng)滿足任務(wù)系統(tǒng)天線性能要求，同時又必須滿足飛機空氣動力與結(jié)構(gòu)強度要求，包括氣動布局和載機改裝特性評估。滿足任務(wù)天線布局、載機氣動外形設(shè)計、氣動特性分析、安全性分析、強度、疲勞、飛行性能、操穩(wěn)性等，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強度要求應(yīng)不破壞飛機機體受力構(gòu)件完整性，應(yīng)盡可能減小天線對飛機氣動特性特別是飛機阻力增加的影響；

d)任務(wù)系統(tǒng)加裝平臺后的全機電磁兼容性應(yīng)滿足與飛機平臺的協(xié)同工作要求，任務(wù)系統(tǒng)天線應(yīng)綜合考慮機上其他設(shè)備工作頻率、諧波，滿足天線隔離度要求。同一波段或相鄰波段的工作天線應(yīng)盡量避免相距很近，發(fā)射天線和接收天線間要保持適當(dāng)距離；

e)加裝任務(wù)系統(tǒng)后對載機平臺所進行的適應(yīng)性改裝，不得對任務(wù)天線性能造成不可接受的影響。大尺寸任務(wù)天線使飛機多數(shù)部件處在天線近場內(nèi)，飛機機體也會直接影響天線方向圖性能。飛機飛行導(dǎo)致的振動、彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，不得造成任務(wù)天線的褶曲、彎曲或變形，不得影響天線性能降低或破壞天線整體性能。例如大尺寸平面陣天線處于機載環(huán)境條件下時，其平面陣天線的平面度變化將直接影響天線的增益、副瓣及波束指向精度等重要指標，應(yīng)進行天線的動態(tài)平面度控制[8]。飛機運動部件造成的振動、沖擊、噪聲等不得引起任務(wù)系統(tǒng)電路或元件相關(guān)參數(shù)改變和降低。振動引起的噪聲不對諧波上的射頻輸出或輸入信號調(diào)制產(chǎn)生影響等；

f)任務(wù)系統(tǒng)與載機系統(tǒng)存在多方面的相關(guān)性，也使系統(tǒng)的可靠性、維修性、測試性、保障性存在跨行業(yè)的專業(yè)設(shè)計綜合等問題變得比較復(fù)雜。

2.3總體構(gòu)型及任務(wù)載荷適應(yīng)性設(shè)計技術(shù)

任務(wù)系統(tǒng)作為載機平臺的有效載荷，裝機適應(yīng)性也常常成為了預(yù)警機總體設(shè)計的一項工程難題，如果不解決，也很難實現(xiàn)總體構(gòu)型設(shè)計的技術(shù)可行性。因此，在預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計中，任務(wù)載荷適應(yīng)性設(shè)計技術(shù)必須重點考慮，必須滿足相關(guān)作戰(zhàn)需求對任務(wù)系統(tǒng)的功能性能設(shè)計要求，同時，在載機限制下，適應(yīng)性設(shè)計不得造成裝備作戰(zhàn)出巡對平臺功能性能要求的降低。任務(wù)載荷的適應(yīng)性設(shè)計一般要求：

a)總體構(gòu)型帶來的載機氣動改裝不能影響飛機總體指標要求；

b)任務(wù)系統(tǒng)裝機適應(yīng)性應(yīng)滿足其自身功能和性能要求；

c)載機提供給任務(wù)系統(tǒng)的任務(wù)支持系統(tǒng)，必須保障任務(wù)系統(tǒng)裝機和正常工作；

d)任務(wù)系統(tǒng)與載機航電系統(tǒng)需要進行必要的匹配性改造，以滿足空中監(jiān)視、交聯(lián)、告警等要求。

2.3.1預(yù)警機總體布局設(shè)計

預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計首先要解決的是任務(wù)系統(tǒng)的布局安裝設(shè)計，總體布局設(shè)計是在原機氣動特性基礎(chǔ)上，對多部任務(wù)天線、多功能電子設(shè)備進行總體布局，保證載機氣動特性最優(yōu)、任務(wù)系統(tǒng)布局結(jié)構(gòu)性能和電性能，并且應(yīng)滿足載機對天線性能影響最小、任務(wù)系統(tǒng)互連最優(yōu)等綜合要求。任務(wù)系統(tǒng)總體布局方案好壞，反過來也直接影響了預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計的效果。

按照任務(wù)系統(tǒng)安裝在飛機上的分布，可分為艙外設(shè)備和艙內(nèi)設(shè)備，艙外設(shè)備主要是任務(wù)系統(tǒng)各類傳感器天線和前端設(shè)備。各類傳感器天線布局直接影響了飛機總體布局，一般應(yīng)考慮以下設(shè)計要求和限制：

a)布局設(shè)計的任務(wù)天線數(shù)量和尺寸，應(yīng)符合任務(wù)天線陣口徑要求和載機外部尺寸限制；

b)布局設(shè)計時應(yīng)考慮任務(wù)天線搜索方位要求，例如360°、±90°探測范圍或定向探測等要求；

c)布局設(shè)計應(yīng)滿足任務(wù)系統(tǒng)需要同時工作的天線之間、任務(wù)天線與載機航電系統(tǒng)天線之間等的電磁兼容性要求，盡可能減少天線相互之間的自干擾性和互干擾性。應(yīng)嚴格控制任務(wù)系統(tǒng)收、發(fā)天線之間的隔離度，或者不同頻段天線的隔離度等要求，工程上盡可能利用機艙自身隔離、拉大天線之間距離等來滿足隔離度要求；

d)布局設(shè)計應(yīng)綜合考慮任務(wù)系統(tǒng)天線方向圖等性能指標要求，天線布局應(yīng)不受飛機機身遮擋，或者由于機身遮擋導(dǎo)致的影響最小，通常選擇不容易遮擋的部位安裝天線，例如在機頭、機腹、機背、翼尖、機尾、尾翼或垂尾等部位。應(yīng)控制天線在機身上的架設(shè)高度、遠離遮擋物等相關(guān)要求，以免引起方向圖畸變。或者考慮任務(wù)天線極化方式，控制安裝角度要求。如圖所示，布局任務(wù)天線時應(yīng)充分考慮天線掃描探測范圍及精度等技術(shù)要求，提出天線對機身的架高要求、天線安裝中心線與飛機水平構(gòu)造線的夾角等布局設(shè)計上的細節(jié)限制；

圖12　一種“背負式旋罩”案例

a)布局設(shè)計應(yīng)控制任務(wù)天線外形結(jié)構(gòu)，盡可能符合飛機氣動要求，盡可能減少氣動特性降低或影響；

b)布局設(shè)計應(yīng)嚴格控制重量、機械特性、互連電纜等要求，使之滿足全機重量重心控制限制，并兼顧考慮系統(tǒng)升級可能的預(yù)留布局接口。

同時，用于支撐任務(wù)天線罩的支架結(jié)構(gòu)，布局設(shè)計時也應(yīng)綜合考慮其在機上的分布部位、結(jié)構(gòu)強度、電纜通道、氣動特性、維護性、測試性等多方面因素。而在任務(wù)系統(tǒng)艙內(nèi)設(shè)備布局設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)總體構(gòu)型所涉及到任務(wù)系統(tǒng)天線設(shè)備等艙外設(shè)備的布局，綜合考慮作戰(zhàn)操作人員布置、全機艙室分區(qū)設(shè)置、全機重量控制、機艙限制要求、機械環(huán)境適應(yīng)性、互連電纜、維護性、人機工程以及任務(wù)支持系統(tǒng)等多方面要求，進行綜合和優(yōu)化。

2.3.2載機平臺氣動補償設(shè)計

預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計的主要任務(wù)是解決任務(wù)系統(tǒng)裝機要求與載機平臺飛行性能要求之間矛盾。但由于預(yù)警機的發(fā)展使任務(wù)天線口徑越來越大，大尺寸天線在載機上的加裝就成為了一個技術(shù)難題。采用大尺寸天線罩的布局勢必對載機帶來氣動特性變化，通常會造成對原有平臺的改變，引起了飛機氣動特性改變甚至損失，破壞了基本飛機原有的設(shè)計平衡[3]，因此需要反復(fù)計算、分析和風(fēng)動試驗驗證等，盡可能保證在滿足飛行安全性要求下，確定出最佳的天線罩外形、尺寸和布局等技術(shù)參數(shù)。

氣動設(shè)計直接影響到載機的安全性和飛行性能，不僅是預(yù)警機或特種機總體構(gòu)型的全局性問題，更是載機平臺的總體設(shè)計問題。簡言之，就是在盡可能協(xié)調(diào)滿足預(yù)警機任務(wù)系統(tǒng)功能性能的情況下，盡可能選擇一個對載機平臺氣動特性影響最小的氣動構(gòu)型，同時力求尋找補償設(shè)計措施，盡可能降低由于加裝任務(wù)天線、電子設(shè)備以及天線罩體等，造成對載機平臺氣動特性的影響。

氣動設(shè)計常常以基本飛機氣動特性為基準，通常采用“增量法”來評估加裝的任務(wù)系統(tǒng)天線和罩體、補償措施的影響，在載機平臺改裝設(shè)計中取得氣動設(shè)計的“增量法”，主要是對比性的風(fēng)洞試驗[3]。

一般來說，載機平臺加裝任務(wù)載荷以后，導(dǎo)致飛機的總體構(gòu)型外形發(fā)生顯著的變化，改變后的總體構(gòu)型對載機平臺氣動特性的改變主要表現(xiàn)在：

a)增加了飛機的阻力，降低飛機的升阻比；

b)減少飛機的航向穩(wěn)定性，特別是小側(cè)滑角范圍內(nèi)的航向穩(wěn)定性，甚至影響飛機操縱性；氣動特性變化的壓縮性影響；

c)加裝大尺寸天線罩前緣結(jié)冰對氣動特性的影響以及尾翼振動特性的變化等方面。

以圖12為例，所增加的“背負式旋罩”，相對面積為39.2%，對上述的氣動特性均產(chǎn)生了一定的改變。在縱向氣動特性上會產(chǎn)生阻力增加，縱向力矩系數(shù)變大而使得縱向靜安定性增加等；在橫側(cè)氣動特性上，會引起航向力矩系數(shù)巨大變化，使得飛機進入橫側(cè)不穩(wěn)定，出現(xiàn)飄擺等現(xiàn)象[9]。

為保證載機平臺的安全性和飛行性能，必須要進行載機氣動特性的補償適應(yīng)性設(shè)計措施，一般包括減阻設(shè)計、減阻腹鰭、翼梢修形減阻、提高升阻比、增穩(wěn)設(shè)計、增穩(wěn)腹鰭、增裝增穩(wěn)器、加裝平尾端板等技術(shù)措施。以圖12為例，采用后機身修形可以減阻11%～13%，腹鰭對飛機大迎角飛行時的航向靜穩(wěn)定性貢獻是肯定的；為了改善該類飛機的橫側(cè)特性，通常也采用了飛機垂尾尖增加端板的措施，該措施能改善飛機的橫側(cè)不穩(wěn)定性，使得飛機在背負任務(wù)系統(tǒng)后具有較好的橫側(cè)氣動特性[9]。在設(shè)計端板時，進行大、小兩種端板(相對垂尾的面積分別為30%、20%)研究對比，發(fā)現(xiàn)小側(cè)滑(-6°≤β≤6°)范圍航向靜穩(wěn)定性明顯提高，小端板貢獻ΔCnβ=33%、大端板貢獻ΔCnβ=62%，基本補回了加裝“背負式圓盤形旋罩”后航向靜穩(wěn)定性損失，但也帶來了最小阻力系數(shù)CDmin增加的情況(小端板增加了4.5%、大端板增加了6.7%)。因此，加裝平尾端板后在改善航向靜穩(wěn)定性的同時也帶來了新的問題，應(yīng)全面考慮。當(dāng)然具體技術(shù)措施的應(yīng)用用，應(yīng)根據(jù)飛機的實際情況，并通過大量的風(fēng)動選型試驗和對飛行品質(zhì)檢查的基礎(chǔ)上確定[3]。

2.3.3任務(wù)系統(tǒng)適裝性設(shè)計

預(yù)警機任務(wù)系統(tǒng)組成復(fù)雜、設(shè)備量大，對于任何一型預(yù)警機來說，在飛機有效載荷的限制下，必須解決加裝任務(wù)系統(tǒng)所帶來的機械特性矛盾，采取多種技術(shù)措施解決任務(wù)系統(tǒng)適裝性問題，實現(xiàn)任務(wù)系統(tǒng)的裝機適應(yīng)性、重量重心控制、振動噪聲控制等適應(yīng)性能力，使之滿足載機平臺有效載荷的指標要求，包括起飛重量、航時等指標要求。任務(wù)系統(tǒng)適裝性設(shè)計，一方面是在原機環(huán)境、結(jié)構(gòu)和有效載荷等限制條件下，對任務(wù)系統(tǒng)進行適裝性設(shè)計，另一方面是按任務(wù)系統(tǒng)適裝性設(shè)計要求對載機進行適應(yīng)性改裝。任務(wù)系統(tǒng)適裝性設(shè)計是預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計的一項重要任務(wù)。一般包括：

a)功能配置的符合性。任務(wù)系統(tǒng)的組成和布局，應(yīng)符合系統(tǒng)的功能配置要求，天線應(yīng)滿足波段、增益、副瓣電平等要求，結(jié)構(gòu)布局因滿足系統(tǒng)互聯(lián)等要求；

b)重量與結(jié)構(gòu)的受限。任務(wù)系統(tǒng)裝機設(shè)備結(jié)構(gòu)和重量，應(yīng)符合飛機的有效載重和有效容積限制要求，任務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足全機重量控制，結(jié)構(gòu)布局完全符合載機平臺的空間約束和尺寸限制，布局符合全機重心控制要求；

c)機載環(huán)境的適應(yīng)性。加裝到載機平臺上的任務(wù)系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)完全滿足裝機的環(huán)境條件要求，符合機載各類自然環(huán)境和使用環(huán)境。在機載環(huán)境適應(yīng)能力方面，應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)強度、疲勞等機械適應(yīng)能力要求，保證電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)安全性；

d)全機的電磁兼容性。一般根據(jù)氣動和結(jié)構(gòu)布局，對安裝在飛機機身上的任務(wù)天線與設(shè)備進行電磁分析，評估電磁性能，保證任務(wù)系統(tǒng)功能性能不會受到載機的影響，以及系統(tǒng)能夠協(xié)同工作；

e)載機改裝的可行性。任務(wù)系統(tǒng)天線罩、天線、設(shè)備、電纜以及管路等加裝到載機平臺上，所進行的載機結(jié)構(gòu)改裝滿足載機氣動、結(jié)構(gòu)、強度等要求，并應(yīng)盡可能減輕改裝的難度；

f)系統(tǒng)的匹配性。任務(wù)系統(tǒng)適裝性設(shè)計，還包括任務(wù)系統(tǒng)與航電系統(tǒng)交聯(lián)，并進行任務(wù)系統(tǒng)與任務(wù)支持系統(tǒng)的供電、散熱、監(jiān)控之間的匹配性設(shè)計。同時，還需要考慮任務(wù)系統(tǒng)的外觀設(shè)計、結(jié)構(gòu)裝聯(lián)、維修操作、人機工程等多方面設(shè)計的匹配程度，并盡可能提高系統(tǒng)舒適程度。

2.3.4任務(wù)系統(tǒng)與航電系統(tǒng)交聯(lián)設(shè)計

載機航電系統(tǒng)包括導(dǎo)航定位、通信、應(yīng)答機以及氣象雷達等，加裝任務(wù)系統(tǒng)后，由于預(yù)警機作為獨立作戰(zhàn)單元，必然存在航電系統(tǒng)與任務(wù)系統(tǒng)之間的信息共享、監(jiān)視、告警等綜合功能。因此，需要針對相關(guān)功能交聯(lián)進行必要的匹配性設(shè)計，往往是需要加裝新的設(shè)備通道、空中監(jiān)控設(shè)備或交聯(lián)系統(tǒng)等，來滿足集成后的預(yù)警機系統(tǒng)能正常工作。任務(wù)系統(tǒng)與載機航電系統(tǒng)的交聯(lián)設(shè)計一般包括：

a)載機負責(zé)向任務(wù)系統(tǒng)提供導(dǎo)航信號及相關(guān)接口，信號主要包含慣導(dǎo)原始數(shù)據(jù)、衛(wèi)星導(dǎo)航原始數(shù)據(jù)、塔康原始數(shù)據(jù)等要求；

b)通訊信號接口，包括機內(nèi)通話、短波通信等音頻接口、信號接口、數(shù)據(jù)接口、指示以及載機征用或任務(wù)征用的邏輯、時序等要求；

c)時間統(tǒng)一信號，載機與任務(wù)系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致提供全機時間統(tǒng)一；

d)雷達信號接口，包括液冷告警及關(guān)機命令等；

e)電子偵察告警信號；

f)敵我識別信號接口及應(yīng)答機狀態(tài)等；

g)音視頻記錄信號接口，包括飛行參數(shù)、座艙音頻和視頻、艙外視頻及任務(wù)系統(tǒng)視頻記錄數(shù)據(jù)；

h)保密數(shù)據(jù)毀鑰信號，任務(wù)系統(tǒng)提供保密數(shù)據(jù)毀鑰信號。

i)中央告警信號、事故記錄信號等；

j)閉鎖信號。載機提供塔康、氣象雷達、TCAS等系統(tǒng)的閉鎖信號特性等；

k)任務(wù)支持系統(tǒng)的監(jiān)視與告警信號，液冷信號包括溫度、流量、壓力等參數(shù)；

l)載機與任務(wù)系統(tǒng)的態(tài)勢和信息共享。例如任務(wù)執(zhí)行前和飛行時，載機和任務(wù)系統(tǒng)之間傳輸信息包括：大氣機高度、姿態(tài)數(shù)據(jù)、航線數(shù)據(jù)、剩余油量、自動駕駛儀狀態(tài)、敵我識別應(yīng)答機狀態(tài)、無線電羅盤狀態(tài)、GPS設(shè)備狀態(tài)、GPS/北斗位置和時間數(shù)據(jù)、綜合態(tài)勢信息等。

2.3.5任務(wù)支持系統(tǒng)設(shè)計

為了滿足在飛機上加裝的大量大功率、高耗散的任務(wù)系統(tǒng)電子設(shè)備正常工作，需要在載機平臺上增裝任務(wù)支持系統(tǒng)，為任務(wù)系統(tǒng)提供充足的結(jié)構(gòu)安裝支持、電源、散熱資源(包括液冷、風(fēng)冷等)、環(huán)控系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)等資源保障，滿足任務(wù)系統(tǒng)各類設(shè)備的裝機以及系統(tǒng)穩(wěn)定可靠工作。

對于載機平臺來說，應(yīng)按任務(wù)系統(tǒng)的供電需求、功耗熱耗等要求，設(shè)置一套任務(wù)支持系統(tǒng)以提供電源、液壓、環(huán)控、冷卻(液冷、沖壓空氣)和波導(dǎo)增壓等任務(wù)支持功能，一般包括：

a)電源系統(tǒng)對任務(wù)系統(tǒng)的正常工作提供電源支持，如果任務(wù)載荷功耗較大，還需要載機平臺對電源系統(tǒng)進行設(shè)計更改，提升供電能力以滿足任務(wù)載荷的需求。同時應(yīng)注意任務(wù)系統(tǒng)與載機平臺電源系統(tǒng)之間的匹配性，避免由于用電設(shè)備和電源的不匹配造成的影響；

b)液壓系統(tǒng)對任務(wù)系統(tǒng)天線的旋轉(zhuǎn)提供動力支持，設(shè)計是要注意防止該部分管路反過來影響載機液壓系統(tǒng)的正常工作；

c)環(huán)控系統(tǒng)為任務(wù)系統(tǒng)操作員提供工作環(huán)境，同時為任務(wù)系統(tǒng)電子設(shè)備散熱；

d)冷卻系統(tǒng)為任務(wù)系統(tǒng)中大功率、高密度熱耗設(shè)備提供散熱方式；

e)波導(dǎo)增壓系統(tǒng)為任務(wù)系統(tǒng)中天線波導(dǎo)管路提供增壓，保證波導(dǎo)性能；

f)為保證任務(wù)系統(tǒng)設(shè)備安裝所需的結(jié)構(gòu)安裝支持，確保電子設(shè)備能夠安裝在飛機機身內(nèi)，或者改裝飛機外形設(shè)計支架和背負式罩體等支撐結(jié)構(gòu)，滿足任務(wù)天線和電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)安裝需要。

2.3.6全機電磁兼容性設(shè)計

預(yù)警機的全機電磁環(huán)境十分復(fù)雜，在載機狹小空間內(nèi)，需要分別在不同位置加裝多部任務(wù)系統(tǒng)天線、大量高功率設(shè)備，而任務(wù)系統(tǒng)各種傳感器天線又往往工作在不同頻段，因此，需要進行全機的電磁兼容性設(shè)計提供各系統(tǒng)協(xié)同工作的策略和措施，一般包括：

a)任務(wù)系統(tǒng)天線布局設(shè)計應(yīng)以保持發(fā)射與接收之間的隔離，確保系統(tǒng)兼容工作，保證相互干擾降至最低或在干擾條件下能正常工作；

b)對任務(wù)系統(tǒng)復(fù)雜電子設(shè)備進行電磁兼容性設(shè)計，保證任務(wù)任務(wù)電子設(shè)備之間、任務(wù)任務(wù)電子設(shè)備與航電設(shè)備之間不產(chǎn)生干擾、或?qū)⒏蓴_降至最低、或在干擾條件下能獨立正常工作；

c)通常采用閉鎖交聯(lián)設(shè)備，對各電子設(shè)備的發(fā)射和接收通道工作時序進行控制；

d)將每一個電氣和電子設(shè)備的電磁特性控制在所允許的范圍內(nèi)，并依據(jù)設(shè)備信號源，采用軍用或民用標準進行測試、評定，以保證與其它系統(tǒng)或電子設(shè)備的兼容性；

e)任務(wù)系統(tǒng)機艙內(nèi)所有設(shè)備，應(yīng)按其輻射、傳導(dǎo)以及敏感性質(zhì)等統(tǒng)一配置；

f)分系統(tǒng)之間及各分系統(tǒng)內(nèi)部連接線路應(yīng)按其功能、性質(zhì)進行分類布局，必要時加以屏蔽和濾波，并統(tǒng)一考慮系統(tǒng)的接地方式等；

g)任務(wù)系統(tǒng)應(yīng)以將直接或間接雷擊危害減少到最小的方式進行安裝，而其搭接措施是電回路和電位控制管理，以保證所需系統(tǒng)性能和人員安全；

h)系統(tǒng)電纜分類、選擇以及布線應(yīng)符合電磁兼容性要求；

i)建立頻率管理分系統(tǒng)及其相應(yīng)管理軟件，統(tǒng)一分配和管理機內(nèi)設(shè)備的工作頻。

2.3.7全機重量控制設(shè)計

飛機的重量與平衡控制是總體構(gòu)型設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)，飛機重量特性是飛機最重要的基本參數(shù)，直接影響著飛機的飛行性能和飛行安全。因此，全機重量控制設(shè)計十分重要，其主要任務(wù)是實現(xiàn)飛機的重量指標和重心控制要求，確保任務(wù)系統(tǒng)裝機后能夠保證飛機的飛行性能、穩(wěn)定性和操縱性符戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求。

首先是全機重量限制的設(shè)計與控制，其核心準則是：任務(wù)系統(tǒng)的直接裝機重量、由于任務(wù)系統(tǒng)加裝帶來的載機改裝結(jié)構(gòu)帶來的重量以及任務(wù)支持系統(tǒng)的重量，以及載機平臺自身重量，這些重量指標或進行相關(guān)計算后的總重不得大于載機平臺的限制性特征重量。飛機的限制特種重量一般包括最大起飛重量、正常起飛重量、最大著陸重量、正常著陸重量、空機重量、最大載油量、地板載重(集中或分散承載)；

其次是重心范圍限制的設(shè)計與控制，其核心準則是：飛機的重心位置限制控制在飛機使用過程被允許的最前位置和最后位置。飛機重心的最前位置(前限)由飛機的縱向操縱(方向舵/平尾)能力決定，最后位置是由飛機的縱向穩(wěn)定性要求決定。飛機重心范圍影響著飛機的穩(wěn)定性、操縱性和安全性，一般應(yīng)保持和基本飛機相同。飛機的重心范圍限制常用的一般包括允許重心范圍、正常使用范圍、最佳使用范圍、縱向靜穩(wěn)定性余度，重心控制應(yīng)保證飛機的靜穩(wěn)定度。

2.4總體構(gòu)型設(shè)計的現(xiàn)實問題與研究思想

基于上述理解，預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計旨在從飛機外形、布置、重量、電磁兼容以及其它具有全局性的設(shè)計問題出發(fā)，全面協(xié)調(diào)、權(quán)衡各專業(yè)的設(shè)計矛盾，達到系統(tǒng)最佳設(shè)計平衡，從飛機全局和任務(wù)系統(tǒng)整體上保證預(yù)警機作為信息化武器裝的總體設(shè)計質(zhì)量最優(yōu)。

這不僅要求必須保證飛機是安全的，并滿足裝備的航時、航程等巡航要求，而且能夠?qū)崿F(xiàn)任務(wù)系統(tǒng)各項功能性能指標，保證裝備的作戰(zhàn)性能最優(yōu)。這實際上是一個在傳統(tǒng)飛機總體設(shè)計、任務(wù)系統(tǒng)總體設(shè)計、任務(wù)載荷適應(yīng)性及飛機改裝設(shè)計等諸多矛盾中進行取優(yōu)和決策的過程。一型預(yù)警機或特種機的總體構(gòu)型設(shè)計是否合理、優(yōu)化或兼顧全面，不僅直接決定了預(yù)警機裝備的頂層指標體系和技術(shù)風(fēng)險，而且也決定了預(yù)警機裝備的綜合效能，包括先進性、風(fēng)險控制、成本代價、改裝可行性、研制周期及綜合效能比等。

我們知道，不恰當(dāng)?shù)目傮w構(gòu)型設(shè)計最直接后果是：勢必會導(dǎo)致對原有飛機平臺的氣動特性變化和改裝難度，甚至?xí)?dǎo)致飛行性能降低或者使用性隱患，或者由于構(gòu)型設(shè)計技術(shù)成熟度問題需要大量風(fēng)動試驗和試飛試驗驗證，進而耗費巨額資金；或者欠設(shè)計經(jīng)歷大量試驗后再進反設(shè)計，影響研制進程等等問題。

預(yù)警機或特種機總體構(gòu)型設(shè)計直接關(guān)系了裝備研制成本、作戰(zhàn)力生成和技術(shù)風(fēng)險，目前由于在電子、航空兩個行業(yè)眾多專業(yè)之間的協(xié)調(diào)設(shè)計方面，還存在很多設(shè)計沖突和急待解決的現(xiàn)實問題。例如采用基于經(jīng)驗或局部設(shè)計，就常常會遇到以下設(shè)計部均衡、不匹配、不完善等現(xiàn)實技術(shù)問題：

a)過于強調(diào)飛機氣動的總體構(gòu)型設(shè)計直接影響了任務(wù)系統(tǒng)功能性能實現(xiàn)

在預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計中，如果只考慮飛機的氣動特性或過于強調(diào)氣動特性，將直接導(dǎo)致任務(wù)系統(tǒng)天線布局不合理、或者天線口徑根本不滿足任務(wù)天線電性能指標和精度要求、或者不能滿足作戰(zhàn)性能指標等要求。如圖所示，僅僅考慮飛機氣動特性和飛行性能，將直接導(dǎo)致飛機整體效能低下，甚至裝備無法生成擬定的作戰(zhàn)功能和性能，型號研制的意義也就失去了。

圖13　過于強調(diào)載機氣動性能的總體構(gòu)型設(shè)計

b)過于強調(diào)任務(wù)系統(tǒng)功能性能直接影響了飛機氣動特性甚至安全性

在預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計中，如果只考慮任務(wù)系統(tǒng)功能性能或天線局部性能，將直接導(dǎo)致飛機的氣動特性降低，或者根本無法飛。如圖所示，過于強調(diào)任務(wù)系統(tǒng)的電性能要求，對飛機提出了相當(dāng)難度的改裝需求，因此飛機氣動特性導(dǎo)致飛機基本不能用或者性能降低，加裝任務(wù)系統(tǒng)的意義也就失去了。

c)過于強調(diào)任務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性能或空間限制要求直接影響了飛機的飛行品質(zhì)與飛行性能

圖14　過于強調(diào)任務(wù)系統(tǒng)電性能的總體構(gòu)型設(shè)計

在預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計中，如果只考慮或過于強調(diào)任務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性能，例如任務(wù)天線的結(jié)構(gòu)強度提出了更高的重量代價，或者過于強調(diào)空間限制要求，例如考慮飛機機身的遮擋問題，基于電磁場控制要求，提出了任務(wù)天線在機身的架高高度很高的空間控制要求等，將使得飛機氣動構(gòu)型出現(xiàn)“頭重腳輕”，直接導(dǎo)致飛機整體氣動特性降低或者可能根本無法飛行。

圖15　過于強調(diào)任務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性能與空間控制要求的總體構(gòu)型設(shè)計

綜上所述，要得到一個更加合理的總體構(gòu)型設(shè)計，技術(shù)上必須要更多兼顧以上所述的總體構(gòu)型設(shè)計相關(guān)性、總體構(gòu)型及任務(wù)載荷適應(yīng)性等多方面技術(shù)要求，應(yīng)高度重視集多系統(tǒng)、多要素的綜合分析、優(yōu)化、權(quán)衡與決策的綜合設(shè)計研究。

但是，由于面臨跨行業(yè)、多專業(yè)、多學(xué)科高度交叉的復(fù)雜系統(tǒng)綜合設(shè)計研究活動，還存在行業(yè)與行業(yè)之間技術(shù)差異、高度交叉多學(xué)科優(yōu)化理論尚不健全等技術(shù)現(xiàn)實、行業(yè)行為和思維習(xí)慣差異等，要系統(tǒng)性解決總體構(gòu)型及任務(wù)載荷適應(yīng)性設(shè)計技術(shù)，絕非短時間可以得到完善解決的。

本文旨在呼吁和強調(diào)作為裝備系統(tǒng)級的總體構(gòu)型設(shè)計的重要性，提出應(yīng)當(dāng)重點研究“預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計”，將其視為一個系統(tǒng)性、完整性的研究命題，作為預(yù)警機裝備系統(tǒng)級頂層設(shè)計的重要內(nèi)容。如1.6節(jié)所述，這要求電子、航空兩個行業(yè)設(shè)計師拋掉傳統(tǒng)的“電子系統(tǒng)或設(shè)備加裝到飛機上”的“適裝性”設(shè)計理念，視其為任務(wù)系統(tǒng)和載機兩個合集之上的系統(tǒng)級的頂層設(shè)計，站在裝備頂層，系統(tǒng)性地研究、分析和決策，以期更好地解決好任務(wù)系統(tǒng)總體指標與載機總體指標的匹配性，得到裝備系統(tǒng)總體性能最優(yōu)。

如1.6節(jié)所述，以預(yù)警機“總體構(gòu)型設(shè)計”為研究對象，采用圖10所述的基本研究思路，不僅可以使系統(tǒng)性提出全域解決方案方面的能力得到改善，而且或?qū)⑷诤想娮蛹夹g(shù)和航空技術(shù)的協(xié)調(diào)設(shè)計過程、嘗試研究電子航空兩個跨行業(yè)所涉及的交叉學(xué)科、逐步完善跨學(xué)科設(shè)計理論和協(xié)同設(shè)計方法，進一步使預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計這一頂層設(shè)計更好地服務(wù)于系統(tǒng)指標，降低研制風(fēng)險與成本。

采用系統(tǒng)工程思想，總體構(gòu)型設(shè)計的綜合與優(yōu)化預(yù)期效果示意見圖16。今后，將從這個角度出發(fā)，進一步闡述預(yù)警機總體構(gòu)型設(shè)計的方法和技術(shù)展望。

圖16　總體構(gòu)型設(shè)計的綜合與優(yōu)化預(yù)期效果示意

[1]曲東才.機載預(yù)警和控制技術(shù)發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)[J].航空兵器,2005,(3)，36-39.

[2]彭成榮.航天器總體設(shè)計[M].中國科學(xué)技術(shù)出版社,2011年1月.

[3]歐陽紹修等.特種飛機的改裝設(shè)計[M].航空工業(yè)出版社，2014年10月.

[4]李蘇楠.預(yù)警機家族透視[J].國際航空雜志，2004(5):26-28.

[5]宋偉峰.空中鷹眼“費爾康”自述[J].中國青年科技，2003,(11):47-50.

[6]王昊，趙玉潔.預(yù)警機發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].國防技術(shù)基礎(chǔ)，2005,(5):43-44.

[7]連魯軍.俄A-50與美E-2C預(yù)警機性能比較[J].國防科技，2005(1):34-36.

[8]陳竹梅等.機載大尺寸天線平面度控制與測試研究[J].現(xiàn)代雷達，2010,(4):82-87.

[9]歐陽紹修等.飛機背負任務(wù)系統(tǒng)后橫側(cè)氣動特性及改進措施數(shù)值分析[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報，2010(6):694-698.

陳竹梅(1973—)，女，四川人，研究員，主要研究方向為空基信息系統(tǒng)總體技術(shù)、預(yù)警機系統(tǒng)構(gòu)型、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、熱控與環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)以及多物理場機電磁熱及流固耦合研究；

E-mail：hanzhu_mj@sohu.com

歐陽紹修(1956—)，男，湖南人，研究員，中航工業(yè)飛行器技術(shù)首席技術(shù)專家，博士生導(dǎo)師，主要研究方向為飛機總體設(shè)計和技術(shù)預(yù)先研究。

An Overview of AWACS Conceptual Configuration

CHEN Zhu-mei1, OU YANG Shao-xiu2

(1.China Academy of Electronics and Information Technology, Beijing, 100041, China;2. Avic Shanxi Aircraft Industry (Group) Corporation LTD.，Hanzhong，723105)

An overview of AWACS conceptual configuration and its mission payload adaptive design technology were present. History and Classification on Configuration of AWACS were organized and studied. Main design requirement and key factor during AWACS configuration and its mission payload adaptive designing were highlighted. Technical process and design method on AWACS were sum up. For needs of Multi-objective Optimization,design thought and technical line on Conceptual Configuration of AWACS were put forward，design method based on MBSE were highlighted.On the basis of mission demand-oriented, a platform and mission system integration design thought was proposed.This paper could be a reference for AWACS reqirement analysis and study work or similar equipment conceptual design work.

Conceptual Configuration; Mission system; Mission payload Adaptability MBSE; Multi-objective Optimization

10.3969/j.issn.1673-5692.2016.02.002

2016-02-27

2016-04-01

本期節(jié)選的為文章的第一部分