（海軍陸戰(zhàn)學(xué)院 廣州 510430）

1 引言

艦載直升機(jī)的飛行安全主要是指在著艦和起飛過(guò)程中的安全。艦載直升機(jī)在狹小、運(yùn)動(dòng)的甲板上起飛著艦，受到甲板上方復(fù)雜尾流的強(qiáng)烈干擾，難度比在陸地上大得多。直升機(jī)起飛和著艦過(guò)程是事故發(fā)生率最高的階段，為預(yù)防事故的發(fā)生，對(duì)艦載直升機(jī)起飛著艦過(guò)程實(shí)施分析，研究評(píng)估艦載直升機(jī)的飛行安全性，具有十分重要的軍事意義［1］。影響直升機(jī)安全起降的因素包括：與直升機(jī)有關(guān)的因素、與艦船有關(guān)的因素、與環(huán)境有關(guān)因素、與人員有關(guān)因素［2］。

2 影響艦載直升機(jī)起降因素分析

2．1 與直升機(jī)有關(guān)的因素

由于艦載直升機(jī)使用環(huán)境不同于岸基直升機(jī)，因此影響艦載直升機(jī)安全起降的因素主要有：

2．1．1 旋翼系統(tǒng)和起落架

由于艦船運(yùn)動(dòng)使得飛行甲板總是處于一種不平衡的狀態(tài)，因此直升機(jī)停放在甲板上會(huì)有發(fā)生滑移、滾動(dòng)和翻傾等可能性。直升機(jī)著艦時(shí)，會(huì)出現(xiàn)單輪觸艦，起落架產(chǎn)生不對(duì)稱反作用力，直升機(jī)受力不平衡，著艦點(diǎn)滑移和具有翻傾的危險(xiǎn)。同時(shí)要求直升機(jī)著艦后要保持動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，從而避免艦面共振。為適應(yīng)艦船的空間限制，旋翼系統(tǒng)必須能折疊，并限制使用4～5片槳葉，同時(shí)應(yīng)盡量采用無(wú)鉸旋翼以減少艦面共振的發(fā)生。

2．1．2 直升機(jī)的重量

直升機(jī)的重量也是決定能否安全起降的重要條件，如果直升機(jī)超過(guò)最大載重，就會(huì)導(dǎo)致起飛降落時(shí)控制失效。飛行甲板區(qū)域的風(fēng)是艦船航速與自然風(fēng)合成的相對(duì)風(fēng)。由于受艦船卜層建筑物的影響，在飛行甲板的平面和高度方向上，風(fēng)的分布是不均勻、不平穩(wěn)的，可能同時(shí)存在渦流、擾動(dòng)、無(wú)風(fēng)及定常流動(dòng)區(qū)。這將給直升機(jī)的操縱帶來(lái)更多的困難和潛在的危險(xiǎn)。為了提高直升機(jī)操縱準(zhǔn)確性，并且具有適當(dāng)?shù)撵`敏度和良好的機(jī)動(dòng)性，要求直升機(jī)有高性能的自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)、較大的剩余功率和旋翼系統(tǒng)的升力裕度、以及良好的操縱特性。同時(shí)要求直升機(jī)具有較低的重心，以使直升機(jī)有良好的穩(wěn)定性。

2．1．3 發(fā)動(dòng)機(jī)性能

發(fā)動(dòng)機(jī)是直升機(jī)飛行的能力源，直升機(jī)旋翼氣動(dòng)力和力矩是直升機(jī)運(yùn)動(dòng)的主要控制力量。在復(fù)雜多變的海上環(huán)境中，保持一定的發(fā)動(dòng)機(jī)剩余功率和旋翼升力裕度，對(duì)直升機(jī)的飛行安全是至關(guān)重要的。

2．2 與艦船有關(guān)的因素

2．2．1 飛行甲板尺寸、強(qiáng)度、摩擦系數(shù)

直升機(jī)平臺(tái)為艦載直升機(jī)的停放、起飛、著艦、懸停及與飛行活動(dòng)有關(guān)的操作提供必要的凈空和面積。為此，對(duì)其甲板的尺寸、強(qiáng)度、水密性、泄水能力、摩擦系數(shù)、標(biāo)志和安全支援設(shè)施等均有相應(yīng)的要求。

2．2．2 艦船上的建筑物及其位置

艦船上的建筑物及其位置對(duì)直升機(jī)起降也有影響。直升機(jī)搭載于艦船上，不僅飛行甲板的運(yùn)動(dòng)是不規(guī)則的，而且艦船的上層建筑物也是非流線型，可以看成陡壁體，在貼近飛行甲板附近的區(qū)域往往產(chǎn)生偏流、擾動(dòng)、渦流等強(qiáng)烈復(fù)雜的紊流。這種現(xiàn)象對(duì)于總體尺度較小、上層建筑相對(duì)較大的非航母型艦船尤為嚴(yán)重。載艦的著艦場(chǎng)前方基本上都有高大的機(jī)庫(kù)，機(jī)庫(kù)上方豎有十幾米高的天線。直升機(jī)著艦時(shí)，若姿態(tài)控制不好，或進(jìn)入著艦角度不當(dāng)，或下滑高度有誤，都有可能使旋翼與機(jī)庫(kù)或天線相撞產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。

2．2．3 艦船煙囪的排煙

艦船煙囪的排煙易在直升機(jī)飛行甲板上空造成熱輻射和擾動(dòng)的卷流區(qū)，從而影響直升機(jī)的功率和操縱性能，艦船尾煙對(duì)直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)成危害。

2．2．4 艦船運(yùn)動(dòng)

海浪對(duì)直升機(jī)使用安全的影響主要體現(xiàn)在艦船的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特性上。在海浪的作用下，載艦表現(xiàn)為橫搖、縱搖、升沉運(yùn)動(dòng)，對(duì)直升機(jī)著艦影響很大。艦船在每個(gè)浪涌上下間有個(gè)短暫的平靜期，且在第3～4次浪涌時(shí)，因艦船搖擺和浪涌周期不同、互相抵消，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)長(zhǎng)的平靜期，短則5s，長(zhǎng)則達(dá)37s。飛行員必須及時(shí)準(zhǔn)確判斷艦船的暫時(shí)平靜期，抓住時(shí)機(jī)，準(zhǔn)確地操縱直升機(jī)降落在著艦場(chǎng)的圓圈內(nèi)。

2．3 與環(huán)境有關(guān)因素

與環(huán)境有關(guān)的因素包括風(fēng)速風(fēng)向、海浪、大氣溫度密度。艦艇船體及其上部構(gòu)造使艦船上方及后方的氣流結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，渦結(jié)構(gòu)中包括船頭渦、邊沿渦、陡壁體渦。不同的風(fēng)向、風(fēng)速及艦運(yùn)動(dòng)對(duì)直升機(jī)安全起降有明顯的影響，艦體周圍的渦流和復(fù)雜風(fēng)場(chǎng)對(duì)旋翼起停時(shí)槳葉飄擺、直升機(jī)懸停時(shí)的穩(wěn)定性有較大影響。

2．4 與人員有關(guān)因素

與人員有關(guān)的因素包括駕駛員技術(shù)水平、空勤人員的業(yè)務(wù)水平和心理素質(zhì)。直升機(jī)艦上起降操縱技術(shù)復(fù)雜，指揮人員要全面掌握海洋氣象情況和艦船特性，有豐富的駕駛經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)急情況出現(xiàn)后應(yīng)果斷正確指揮。據(jù)直升機(jī)海上作業(yè)重大事故記錄統(tǒng)計(jì)，有70%人員事故因素與飛行員操縱失誤有關(guān)，有30%與指揮人員處理不當(dāng)有關(guān)。

3 評(píng)估模型

為了利用模糊綜合評(píng)判法對(duì)艦載直升機(jī)起降安全性進(jìn)行評(píng)估［3～4］，建立如下的評(píng)估模型：模糊綜合評(píng)判法設(shè)置的層次遞階圖為三層，目標(biāo)層為直升機(jī)安全起降，第一層為四個(gè)影響因素，第二層為各個(gè)影響因素的具體內(nèi)容，詳見圖1。

圖1 艦載直升機(jī)起降安全評(píng)估指標(biāo)體系

為評(píng)價(jià)直升機(jī)能否安全起降，首先建立第一層指標(biāo)集b＝｛b1，b2，b3，b4｝，第二層指標(biāo)集b1＝｛b11，b12，b13｝，b2＝｛b21，b22，b23，b24｝，b3＝｛b31，b32，b33｝，b4＝｛b41，b42｝，記第一層指標(biāo)為bi（i＝1，2，2，4），bi所包含的第二層指標(biāo)為bij（1≤j≤qi，qi為bi所包含的指標(biāo)個(gè)數(shù)），各層指標(biāo)的權(quán)重分別為ωi，ωij，滿足：

在評(píng)估中，首先由最下層基本指標(biāo)來(lái)給出第二層指標(biāo)bij的評(píng)估結(jié)果，進(jìn)而逐層向上綜合得到總能力指標(biāo)的評(píng)估結(jié)果。此問(wèn)題可以建立二級(jí)模糊綜合評(píng)判模型來(lái)解決。首先確定評(píng)語(yǔ)集V＝｛V1，V2，…，Vn｝，評(píng)語(yǔ)Vg（1≤g≤n）表示對(duì)各指標(biāo)作出的評(píng)價(jià)等級(jí)，其對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)值為p（V）＝｛p（V1），p（V2），…，p（Vn）｝。

3．1 對(duì)第二層指標(biāo)集bij進(jìn)行評(píng)價(jià)

設(shè)指標(biāo)bij（1≤j≤qi）關(guān)于等級(jí)Vg的隸屬度為rjg，則對(duì)指標(biāo)bij的單因素評(píng)價(jià)為Rij＝（rj1，rj2，…，rjn），從而得到第一層指標(biāo)bi的綜合評(píng)判矩陣為

3．2 求第一層指標(biāo)bi 的綜合評(píng)價(jià)向量經(jīng)模糊變換

得第一層指標(biāo)bi的綜合評(píng)價(jià)向量，big表示指標(biāo)bi對(duì)評(píng)語(yǔ)Vg的隸屬度。變換算子“?”根據(jù)實(shí)際情況選取不同的類型，本文選取M（?，＋）型算子，即

3．3 求總能力指標(biāo)b的綜合評(píng)價(jià)向量

將第一層指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)向量Bi作為總能力指標(biāo)b的單因素評(píng)價(jià)．則被評(píng)價(jià)方案的綜合評(píng)判矩陣為

經(jīng)模糊變換B＝W?R＝｛b1，b2，…，bn｝，稱為被評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合評(píng)價(jià)向量，bg表示被評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)評(píng)語(yǔ)Vg的隸屬度。

4）令

得被評(píng)價(jià)對(duì)象的評(píng)價(jià)等級(jí)量化值，即為最后評(píng)價(jià)結(jié)果。

4 實(shí)際算例分析

選取海浪等級(jí)為3級(jí)，風(fēng)速8m／s，風(fēng)向?yàn)槟骘L(fēng)，大氣溫度34℃，駕駛員技術(shù)水平一般，空勤人員業(yè)務(wù)水平一般，選取×××型驅(qū)逐艦，其甲板的尺寸、強(qiáng)度、水密性、泄水能力、摩擦系數(shù)、標(biāo)志和安全支援設(shè)施等均符合x型直升機(jī)起降的相應(yīng)要求［5］。

下面建立模糊綜合評(píng)判模型對(duì)艦載直升機(jī)安全起降時(shí)機(jī)進(jìn)行評(píng)估［6～8］。選取的評(píng)語(yǔ)集是V＝｛V1（很差），V2（差），V3（一般），V4（較好），V5（好）｝，對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)分值分別為P（V）＝｛P（V1），P（V2），P（V3），P（V4），P（V5）｝＝｛0．1，0．3，0．5，0．7，0．9｝。艦載直升機(jī)安全起降時(shí)機(jī)評(píng)估第二層指標(biāo)的權(quán)重和在評(píng)語(yǔ)集上的隸屬度如表1，第一層指標(biāo)的權(quán)重由專家直接給出ω＝（ω1，ω2，ω3，ω4）＝（0．2，0．3，0．2，0．3）［9］。

表1

對(duì)第二層指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，由表1知b1＝｛b11，b12，b13｝的綜合評(píng)判矩陣為

所以b1＝｛b11，b12，b13｝的綜合評(píng)價(jià)向量B1＝ω1j?R1＝（0．000，0．090，0．340，0．440，0．130）

同理可得：

B2＝ω2j?R2＝（0．000，0．190，0．385，0．290，0．135）

B3＝ω3j?R3＝（0．085，0．160，0．385，0．240，0．125）

B4＝ω4j?R4＝（0．000，0．200，0．500，0．200，0．100）

直升機(jī)起降的綜合評(píng)判矩陣為：

綜合評(píng)價(jià)向量為：

5 結(jié)語(yǔ)

利用模糊綜合評(píng)判方法建立的艦載直升機(jī)起降安全評(píng)估模型，采用了定量與定性相結(jié)合的分析方法，克服了量化評(píng)估艦載直升機(jī)起降安全的難點(diǎn)，具有步驟清晰、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、可操作性較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，能夠較好地評(píng)估艦載直升機(jī)起降安全。

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