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俄战机飞行头盔相比西方简陋太多 中国为何还愿意学
www.wforum.com | 2017-05-24 21:38:52  世界军事网 | 0条评论 | 查看/发表评论

俄战机飞行头盔相比西方简陋太多 中国为何还愿意学

  40年前,当前世界上最知名的战斗机苏-27的前身T-10首飞,从此开启了“侧卫”家族的的序幕。

  中国是目前使用苏-27及其衍生飞机最多的国家之一,苏-27虽然最初来自俄罗斯。但中国正逐步将苏-27中国化,这似乎还不仅限于歼-11B系列、歼-15、歼-16,中国还在让“原装”的歼-11A/苏-27使用国产设备。

  最近网上流传着一张歼-11A/苏-27上飞行员挂着类似西方,外形更科幻的飞行头盔。难道中国要放弃俄系头盔转投欧美?其实这只是电影《霸天狼》的剧照。

  但俄系飞行头盔与欧美的区别却是一个有意思的话题,今天就来说说头盔瞄准具和显示器的区别。

  何为头盔显示与瞄准?

  先定义一下,所谓头盔“显示”与“瞄准”可以是不相干的东西,头盔显示就是显示画面直接显示在头盔面罩上,不管头转到哪里画面都在眼前。而头盔瞄准则是要对头盔进行定位,知道现在飞行员看到哪边,据此进行瞄准。

  但是作战飞机毕竟不是飞行电影院,之所以要头盔显示,就是希望飞行员不用低头看仪表就可以作战,所以没有人只做头盔显示不做瞄准。因此在实际上,头盔显示器一定有头盔瞄准功能,它可以视为是在头盔瞄准的基础上,增加显示功能而来。

  头盔显示与瞄准主要的技术关卡,是显示系统与定位装置的小型化、轻量化。头盔过重时,飞行员容易疲劳之外,容易造成伤害,例如高G动作时,头盔会比平常重将近10倍,根据研究,超过2千克的头盔在高G时容易造成颈椎伤害。F-35以前的头盔超过2.3千克,就被发现有安全顾虑,故需要额外的训练课目,加强飞行员颈椎肌肉能力,后来有改款,要降到2.2千克以下,至于俄罗斯头盔显示器则设定在2千克以下(直升机版略重,因为多了夜视镜)。

  在F-35的问题浮现之前,许多媒体广告与评论都聚焦在F-35看起来极度科幻的头盔,彷佛假面骑士一样,认为这才叫先进,至于俄罗斯头盔,不过就是在普通头盔外再加一个附加模块,就被认为是落后、被超越。但头盔毕竟是给人戴的,如果头盔重到会伤害使用者的脊椎,那再先进也是没用,可见头盔瞄准与显示器的好坏,不能只看科不科幻,必须连重量等整体一起来看。

  飞行头盔如何定位?

  目前的头盔定位,用定位方式分可分为无线电定位与光学定位等。用构造分可分为整体式与分离模块式。

  头盔定位当然可以用类似手机或游乐器的微型动态传感器,但不精确,军用品不会用这个。要够精确,就是无线电定位跟光电定位。无线电定位藉由头盔上的无线电信号去解算头盔的位置与指向,优点是可以轻易做到±180度的定位范围,缺点则是有电磁兼容问题,例如可能辐射出去被侦测,或是与机上航电干扰。所以目前装备的头盔定位都是光电式。

  光电定位方式是在头盔有若干发光点,然后用座舱的光学传感器拍摄这些发光点,根据发光点的相对位置,解算出头盔的指向。发光点的数量越多,定位范围可以越大也越精确,但重量也跟着大,因此这也是要取舍。这种定位方式最少需要3个发光点,苏-27的瞄准具就是这种只有3个光点的“简陋”款,定位范围±60度,刚好够R-73导引所需。

  后来透过软件的修改,只要抓到2个点就能算出第3点的位置,然后就跟抓到3点一样进行定位,这样就可以在硬件完全不变的情况下将定位范围扩展到±75度,苏-30MK就是用这种头盔。现在较新的头盔瞄准系统需要更大范围的定位,需要的不只是3个光点,例如T-50的头盔就有9个光点,其它国家的则有更多光点,定位范围都比±70度大得多,有消息说中国的头盔瞄准具有8个光点,能定位±125度,南非的可以到±180度。南非的±180度看起来比较厉害,但不能这样武断,因为这又牵涉到构造的取舍。

  飞行头盔构造有讲究?

  至于在构造上,有一种是整体式的,也就是防护头盔与定位发光点是做成一体。一种则是将定位器做成额外模块,装在头盔上。西方的如F-35的头盔就是整体式的,前述南非±180度范围的也式。而俄罗斯是采用分离式,传说中国定位范围±125度的头盔也是走俄系分离式设计。

  分离式的优点是头盔可以通用化,毕竟每一种飞行器都要防护头盔,但不是每一种都要头盔显示或瞄准。所以将瞄准具做成分离模块的话,头盔可以大量生产,然后只有在需要瞄准具时才加配瞄准具。此外分离的话,头盔与定位器能个别优化,例如头盔就可以加强防护性,这对俄罗斯很重要,因为俄罗斯弹射椅的操作范围世界第一,这意味着头盔需要比别人更大的强度,如果做成一体化的然后又要满足俄罗斯的弹射需求,难度会变很大。

  整体式的优点,直觉上来说是做成一体所以比较轻,但实际上由F-35与T-50的例子就知道,F-35做成一体的却比较重,因此“整体式的优势在减重”显然有误。整体式的优点在于光点可以分布在任何地方,包括头盔的后面,因此可以做到像南非头盔那样±180度的范围。相较之下分离式的模块只会装在头盔的一侧,这通常是正前方,因此后面就没有发光点,就应该没办法做到±180度定位,就算可以近似,大角度时精确度应该不够。由此可见中俄的分离式瞄准具的定位范围很难达到±180度,这纯粹是构造选择时就决定好的了。

  那么±180度范围的头盔真的是比较好吗?在这里必须清楚的认知一件事:没有一个正常人的头可以转±180度。其实搭配身体的活动,能看到±120度已经很厉害了,因此像中国的±125度版本实际上是完全够用的。

  ±180度或许还是有它的优点,但这问题又牵涉到重量。要做那么大范围的定位,就要在后方也有发光点,这些发光点不是装饰用的圣诞灯泡直接黏个灯泡就好了,还要有布线,要有结构包起来,这就造成额外的重量。如果这个多出来的重量没有增加多少实用性,却增加生理伤害的机会,那这设计在人体工学上就是不及格的。F-35的头盔就是铁证。

  头盔与人体工程学

  俄罗斯飞机的人体工学非常讲究,其中一个原因是俄罗斯飞机与宇宙飞船的人体工程、防护措施、救生措施等不是个别飞机设计者研制的,而是都由NPP Zvezda负责的,它们对人因工程的研究与经验可说是专家中的专家。F-35居然是到了后期试验才发现2.36千克的头盔可能会在高G或弹射时造成颈椎伤害,而俄罗斯则是一开始就把重量限制在2千克以下,可见双方在人体工程的认识上真的是不同的。

  俄制头盔瞄准具的发展就跟重量息息相关。例如苏-27、苏-30MK等4~4+代都是用最“简陋”的三点定位式,因为它简单,而且轻。最早的版本定位范围±60度,刚好够R-73导引之用。后来用软件改良而可以定位到±75度,看起来比不上西方的,但实际上如果不动身体,±75度已经几乎是人颈部活动的极限,算是够用了。至于在T-50上有更多定位点因此有更大的定位范围,则是由于头盔本体轻了几百克,有多余重量可以改良定位器之故。简单的说,俄系头盔瞄准具的发展思路,不是为追求性能而性能,而是以人为第一考虑。

  未来也许会出现又可以±180度定位,又很轻的瞄准具。例如乌克兰Arsenal设计局就发展一种可变方向的发光点,只要一个光点就可以定位到接近±90度,如果这种技术实用化,就不难兼顾±180度定位与轻量化。

  头盔瞄准具与火控整合

  对火控系统而言,头盔瞄准具就是机上众多指向装置之一。例如主动雷达会指向有回波的地方,被动雷达与预警天线会指向有外界信号的地方,光电系统会指向有红外辐射或可见光的地方,而头盔瞄准则是指向飞行员看的地方。

  定位系统解算头盔指向后,这组定位数据传给火控计算机,等于告诉飞机“现在飞行员看这个方向”。这时候,视当下模式的不同,飞机可以直接把这个方向当作目标方向,或是驱动光电系统甚至雷达去探测这个方向等等。

  或许是因为头盔定位是定向不测距,与红外线探测性质接近,因此在苏-27等俄罗斯战机上,头盔瞄准是当作光电系统的子系统在设计的,头盔的定位解算等就是由光电系统的计算机负责。

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