常斌, 王海, 楊林

(海軍裝備研究院, 上海 200436)

艦載直升機(jī)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

常斌, 王海, 楊林

(海軍裝備研究院, 上海 200436)

摘要:從艦載直升機(jī)的發(fā)展歷史出發(fā),首先給出了艦載直升機(jī)的主要使命和任務(wù)，并對國外先進(jìn)艦載直升機(jī)主要機(jī)型進(jìn)行梳理和分析,總結(jié)了國外艦載直升機(jī)的特點(diǎn);然后,從艦載直升機(jī)使用特殊性考慮,詳細(xì)闡述了其使用環(huán)境特點(diǎn),提出了艦載直升機(jī)應(yīng)具有的特殊要求,即良好的環(huán)境適應(yīng)性和艦機(jī)適配性,同時分析給出了艦載直升機(jī)的指標(biāo)要求;最后,通過對艦載直升機(jī)發(fā)展趨勢的探究,提出了國內(nèi)艦載直升機(jī)的發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞:艦載直升機(jī); 發(fā)展趨勢; 使用環(huán)境; 要求

0引言

艦載直升機(jī)是指在各類水面艦艇上起降和系留的直升機(jī),可以在艦上進(jìn)行維護(hù)保障,具備長期駐艦使用能力。由于直升機(jī)具有垂直起降、側(cè)飛、后飛、低空掠海飛行、在海面上空長時間懸停等其他飛行器不具備的特殊飛行性能和潛能;因此,直升機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中具有獨(dú)特的地位和作用,已成為許多國家艦船航空裝備中的重要組成部分。設(shè)計先進(jìn)、性能優(yōu)良的艦載直升機(jī)具有重要的實(shí)際意義。

世界直升機(jī)強(qiáng)國均十分重視艦載直升機(jī)的發(fā)展。早在1942年,德國就發(fā)展了第一架F1-282“蜂鳥”艦載直升機(jī),用于偵察任務(wù)。美國以其最早的實(shí)用直升機(jī)VS316為基礎(chǔ),研制了HNS-1艦載直升機(jī),后升級研制了SH-2系列直升機(jī)、SH-3系列直升機(jī)。1978年,美國以S-70B“黑鷹”直升機(jī)為基礎(chǔ),開始研制配裝LAMPS Mk III系統(tǒng)的SH-60B“海鷹”直升機(jī),隨后研制了SH-60F直升機(jī)以替代SH-3“海王”直升機(jī)及HH-60H搜救直升機(jī)。20世紀(jì)90年代,SH-60升級為MH-60R,MH-60S的工作也相繼啟動。

在歐洲,英國韋斯特蘭直升機(jī)公司和原法國宇航公司從1967開始合作研制Lynx“山貓”多用途直升機(jī),后升級發(fā)展了HAS.Mk3，Mk4，Mk8以及“超級山貓”等機(jī)型。20世紀(jì)80年代,英國和意大利聯(lián)合在WG34基礎(chǔ)上進(jìn)行Merlin“灰背隼”(后代號命名EH101)的研制,并發(fā)展有Mk112，Mk410，HM.Mk1，HM.Mk2，MC.Mk3等機(jī)型。1984年初,歐洲多國聯(lián)合提出研制一種中等噸位(8～9 t)通用直升機(jī)NH90的初步設(shè)想,用于海上和陸地執(zhí)行多種任務(wù)。1992年9月,法、意、德、荷四國正式簽訂NH90研制合同。

本文通過梳理國外先進(jìn)艦載直升機(jī)主要機(jī)型的特點(diǎn),分析研究艦載直升機(jī)特殊使用環(huán)境和技術(shù)要求,總結(jié)發(fā)展趨勢,提出了國內(nèi)艦載直升機(jī)的發(fā)展建議,以期對國內(nèi)艦載直升機(jī)的發(fā)展和型號研制起到促進(jìn)作用,“好用、頂用、耐用”的艦載直升機(jī)早日投入使用。

1艦載直升機(jī)承擔(dān)的主要使命和任務(wù)

艦載直升機(jī)自投入使用以來,在歷次海上任務(wù)中發(fā)揮了重要作用。例如,在印尼海嘯救援行動中,美軍艦載直升機(jī)承擔(dān)了大部分的救援行動,成功輸送了大量人員和物資;在亞丁灣護(hù)航行動中,參加護(hù)航的所有國家均派出了艦載直升機(jī),利用其速度快、偵查能力強(qiáng)和打擊威懾的特點(diǎn),有效地保護(hù)了艦船的海上安全。

從世界海軍強(qiáng)國艦載直升機(jī)的裝備情況來看,艦載直升機(jī)裝備數(shù)量占其海軍航空裝備總規(guī)模的比例均超過30%。從艦載直升機(jī)承擔(dān)的任務(wù)來看,涉及反潛、反艦、警戒、偵察、電子戰(zhàn)、搜救、運(yùn)輸、火力支援和反水雷等多種任務(wù)領(lǐng)域,表現(xiàn)為艦載直升機(jī)裝備規(guī)模大、覆蓋任務(wù)領(lǐng)域廣的特點(diǎn)。

2國外艦載直升機(jī)的現(xiàn)狀和特點(diǎn)

2.1國外先進(jìn)艦載直升機(jī)主要機(jī)型

(1)MH-60R/S

MH-60R，MH-60S是“海鷹”直升機(jī)的最新發(fā)展型號,如圖1所示。MH-60S和MH-60R分別于2001年和2006年開始交付使用,并逐漸完全替換美國先前的SH-60B/F，HH-60H，UH-3H及HH-1N等機(jī)型。據(jù)報道,美國最終將配備254架MH-60R直升機(jī)和271架MH-60S直升機(jī)。

圖1　MH-60R/S直升機(jī)Fig.1　MH-60R/S helicopter

(2)NH90直升機(jī)

NH90直升機(jī)是由法國、德國、意大利和荷蘭共同研制的一型中等噸位多用途直升機(jī)。其最大起飛重量為9.1 t,全機(jī)長19.56 m,旋翼直徑16.30 m。1985年起按TTH戰(zhàn)術(shù)運(yùn)輸型和NFH艦載型(見圖2)兩型研制,2006年開始交付使用。目前,法、意、荷三國已裝備NH90(NFH)的數(shù)量分別為27架、46架、20架(2009年數(shù)據(jù))。

圖2　NH90(NFH)直升機(jī)Fig.2　NH90(NFH) helicopter

(3)“未來山貓”直升機(jī)

“未來山貓”(更名為AW159“野山貓”,見圖3)直升機(jī)是英國“山貓”系列直升機(jī)最新改進(jìn)型,最大起飛重量6.6 t,全機(jī)長15.24 m,旋翼直徑12.80 m。該直升機(jī)2007年開始改進(jìn)研制,2015年交付使用。

圖3　AW159直升機(jī)Fig.3　AW159 helicopter

(4)EH101直升機(jī)

EH101直升機(jī)是英國和意大利聯(lián)合研制的直升機(jī),如圖4所示。該直升機(jī)最大起飛重量14 600 kg,采用單旋翼帶尾槳構(gòu)型,前三點(diǎn)可收放輪式起落架,動力系統(tǒng)為三臺RTM322渦軸發(fā)動機(jī),單臺功率為1 566 kW,航電系統(tǒng)高度綜合化,裝備有HELRAS/FLASH吊放聲納、聲納浮標(biāo)、MST-S紅外電視等任務(wù)設(shè)備。EH101直升機(jī)2000年開始在英國使用,其數(shù)量約70余架。

圖4　EH101直升機(jī)Fig.4　EH101 helicopter

(5)MV-22B傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器

V-22是以NASA XV-15為基礎(chǔ)研制的傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器,01架原型機(jī)于1989年3月首飛。作為輸運(yùn)型旋翼飛行器之一,美國計劃用MV-22B(見圖5)替代CH-46E和CH-53D等機(jī)型。1998年12月首次交付使用。美國計劃采購360架MV-22B。

MV-22B旋翼直徑11.61 m,槳葉折疊、發(fā)動機(jī)短艙與機(jī)翼轉(zhuǎn)向收起后機(jī)長19.2 m、機(jī)高5.51 m、機(jī)寬5.61 m,空重15 032 kg,最大垂直起飛重量23 981 kg,最大有效載重(艙內(nèi)貨運(yùn))9 072 kg,外吊運(yùn)(雙鉤)能力6 804 kg。兼有傳統(tǒng)構(gòu)型直升機(jī)和螺旋槳飛機(jī)的優(yōu)勢,海平面最大巡航速度達(dá)509 km/h,且巡航距離是CH-46E直升機(jī)的4倍[1]。

圖5　MV-22B傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器Fig.5　MV-22B tiltrotor aircraft

(6)MQ-8B無人直升機(jī)

為替代老舊的RQ-2“先鋒”無人機(jī)系統(tǒng),美國于1999年提出了VTUAV計劃。諾斯羅普·格魯門公司在Schweizer 330直升機(jī)基礎(chǔ)上研制RQ-8A無人直升機(jī),2002年方案調(diào)整為研制MQ-8B(見圖6),2006年MQ-8B首飛成功并進(jìn)入小批量生產(chǎn)階段。美國計劃裝備168套MQ-8B無人直升機(jī)系統(tǒng),現(xiàn)已在多艘艦船上完成機(jī)艦動態(tài)適配試驗(yàn)、自主飛行試驗(yàn)等測試與評估工作，正在開展更大噸位MQ-8C無人直升機(jī)的研制工作,并計劃2017年投入使用。

圖6　MQ-8B無人直升機(jī)Fig.6　MQ-8B unmanned helicopter

MQ-8B旋翼直徑8.4 m,機(jī)身長7.3 m、寬1.9 m,槳葉折疊機(jī)長9.2 m,機(jī)高2.9 m,空重940 kg,最大起飛重量1 430 kg，巡航速度200 km/h,留空時間8 h(攜帶55 kg有效載荷)。借助飛控計算機(jī)能夠在艦船甲板自主起降,并配有先進(jìn)的控制站及通用數(shù)據(jù)鏈。任務(wù)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計,光電/紅外傳感器、激光測距儀/探測器、話音/數(shù)據(jù)通信中繼等是其標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)模塊配置,能夠配合平臺完成搜索、識別、跟蹤、目指等任務(wù),以及進(jìn)行中繼、戰(zhàn)場評估等工作。MQ-8B態(tài)勢感知能力強(qiáng)大,可靠性、靈活性及維護(hù)性俱佳。

2.2國外艦載直升機(jī)的發(fā)展特點(diǎn)

通過對國外艦載直升機(jī)發(fā)展情況進(jìn)行分析,可總結(jié)出國外艦載直升機(jī)的發(fā)展特點(diǎn)主要表現(xiàn)為以下幾個方面:

(1)體系完善、結(jié)構(gòu)合理。世界直升機(jī)強(qiáng)國艦載直升機(jī)的發(fā)展呈現(xiàn)出體系完善、結(jié)構(gòu)合理的特點(diǎn)。其中以美國艦載直升機(jī)的建設(shè)最具代表性,一方面美國艦載直升機(jī)覆蓋了各種海上任務(wù),體系完善,能夠?yàn)榕灤庩犔峁┯辛Φ闹?另一方面艦載直升機(jī)的發(fā)展充分考慮了任務(wù)需求、艦船的使命任務(wù)和對直升機(jī)的保障能力等因素,使艦載直升機(jī)與水面艦艇有效結(jié)合,發(fā)揮最大的效能。

(2)一機(jī)多型、一機(jī)多能。從西方發(fā)達(dá)國家艦艇裝備的艦載直升機(jī)的情況不難發(fā)現(xiàn),一機(jī)多型、一機(jī)多能是艦載直升機(jī)發(fā)展的普遍樣式。如美國在“海鷹”直升機(jī)平臺基礎(chǔ)上發(fā)展了多個型號,分別為SH-60B，SH-60F，HH-60H，HH-60G等。目前,美國正在進(jìn)行將SH-60B和SH-60F升級到MH-60R,將HH-60H和HH-60G升級到MH-60S的工作,兩型機(jī)多達(dá)85%的零部件保持了通用,使每型直升機(jī)都能同時承擔(dān)多種任務(wù),以減少直升機(jī)型號種類,同時還降低了保障難度。

(3)持續(xù)改進(jìn)、系列發(fā)展。從世界艦載直升機(jī)發(fā)展歷程來看,持續(xù)改進(jìn)、系列發(fā)展是共同的發(fā)展道路。英國的“山貓”直升機(jī)是20世紀(jì)60年代末研制的,最大起飛重量4.7 t。通過換裝大功率發(fā)動機(jī)、采用復(fù)合材料旋翼槳葉、航電設(shè)備和任務(wù)系統(tǒng)升級、機(jī)體機(jī)構(gòu)改進(jìn)等措施,發(fā)展出了“超級山貓”直升機(jī)、“未來山貓”直升機(jī),最大起飛重量現(xiàn)已達(dá)到6.6 t,作戰(zhàn)能力顯著提升。

(4)構(gòu)型創(chuàng)新、效能提升。隨著新構(gòu)型、新原理旋翼飛行器的探索和發(fā)展,傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器、無人直升機(jī)、復(fù)合構(gòu)型直升機(jī)等旋翼飛行器逐漸發(fā)展成熟,并將有力提升裝備效能。目前,美國MV-22B型“魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器已批量裝備;全球開展無人直升機(jī)研制的國家超過20個,各種無人直升機(jī)型號超過60種,無人直升機(jī)技術(shù)上已有了重大突破,自主飛行等級有了顯著提高,基本實(shí)現(xiàn)了完全自主飛行和艦面起降,而且續(xù)航時間和航程有了大幅度提高;X2，X-49，X-50A等復(fù)合構(gòu)型直升機(jī)已進(jìn)行了探索研究,同時S-97，卡-92等機(jī)型正在進(jìn)行工程研制。X2新構(gòu)型直升機(jī)如圖7所示。

圖7　X2新構(gòu)型直升機(jī)Fig.7　X2 compound helicopter

3艦載直升機(jī)特點(diǎn)和使用要求

3.1艦載直升機(jī)使用環(huán)境特點(diǎn)

區(qū)別于陸基直升機(jī),艦載直升機(jī)的使用環(huán)境主要為海洋環(huán)境和艦面環(huán)境[2]。

(1)海洋環(huán)境。艦載直升機(jī)在艦面起降,以及在直升機(jī)搜救、吊運(yùn)等任務(wù)時通常處于海上小高度的大氣環(huán)境,高溫、濕熱、霉菌、鹽霧以及風(fēng)速等均對艦載直升機(jī)的使用帶來問題,如高溫影響發(fā)動機(jī)性能,濕熱、霉菌、鹽霧對機(jī)體結(jié)構(gòu)、發(fā)動機(jī)、傳動系統(tǒng)等的腐蝕,風(fēng)速(以及艦船航行引起的相對環(huán)境風(fēng)速)對直升機(jī)發(fā)動機(jī)開/關(guān)車的限制等。浪高、洋流、暗涌等海情條件則直接影響搜索、落水人員救援等任務(wù)的順利執(zhí)行,也對直升機(jī)事故著水的海上應(yīng)急漂浮提出高要求。

(2)艦面環(huán)境。艦載直升機(jī)搭載艦船對直升機(jī)使用存在制約和限制,主要包括起降甲板尺寸、甲板紊流場、艦船運(yùn)動、復(fù)雜電磁環(huán)境、駐艦維修保障5個方面。有限的甲板尺寸及承載能力、機(jī)庫大門尺寸、機(jī)庫高度、升降機(jī)平臺大小尺寸、承載能力直接限制了可上艦艦載直升機(jī)的噸位和外形尺寸,也縮減了起降安全裕度[3]。在狹小起降甲板上,機(jī)庫等上層建筑在艦船甲板前部造成的紊流場,以及艦面效應(yīng)均不利于直升機(jī)的起降甚至危及飛行安全[4]。在一定風(fēng)速、海況下,特別是在高海況下的艦船運(yùn)動,縱搖、橫搖角度以及升沉幅度均給直升機(jī)起降帶來難度,狹小且運(yùn)動的起降甲板使直升機(jī)起降風(fēng)險陡增。艦船上配裝的電子設(shè)備,易對直升機(jī)機(jī)載電子設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈電磁干擾。在限制艦上可搭載直升機(jī)數(shù)量的同時,機(jī)庫大小特別是機(jī)庫高度也對直升機(jī)更換發(fā)動機(jī)等維修保障工作造成限制;艦艇上存儲空間狹小,成品備件、維修工具規(guī)格和數(shù)量不足,直接影響直升機(jī)艦上維修。

3.2艦載直升機(jī)特殊要求

以提高直升機(jī)艦上使用安全性、可靠性、維修性、保障性為目標(biāo),按照使用環(huán)境特點(diǎn),艦載直升機(jī)應(yīng)具備或滿足以下技術(shù)要求:

(1)良好的環(huán)境適應(yīng)性

①高溫性能好。高溫下發(fā)動機(jī)的性能衰退不能太明顯,不能使艦載直升機(jī)的任務(wù)能力大打折扣,同時也要有效控制發(fā)動機(jī)的耗油率、重量、尺寸等參數(shù)。機(jī)上系統(tǒng)和設(shè)備也應(yīng)滿足長期高溫環(huán)境下的使用和貯存要求。

②腐蝕防護(hù)和控制能力強(qiáng)。艦載直升機(jī)應(yīng)具備海上環(huán)境高濕熱、高霉菌、高鹽霧下的腐蝕防護(hù)和控制能力,應(yīng)避免出現(xiàn)腐蝕環(huán)境下設(shè)計缺陷導(dǎo)致的功能損傷,避免電子設(shè)備的可靠性較低。在型號設(shè)計中應(yīng)采用有效的腐蝕防護(hù)和控制方法、流程及工藝,選用抗腐蝕好的優(yōu)質(zhì)材料。機(jī)上橡膠等非金屬材料也應(yīng)具有良好的抗老化能力。

③抗風(fēng)能力強(qiáng)。相對于陸地而言,海面上的風(fēng)力更大。優(yōu)良的抗風(fēng)能力,特別是在起降和低速飛行過程中的抗風(fēng)能力,不但可以保證艦載直升機(jī)使用的安全性,還可擴(kuò)大其適用性。

④電磁兼容性好。艦載直升機(jī)搭載艦船,電磁環(huán)境復(fù)雜惡劣,在做好全機(jī)自身電磁兼容工作同時,應(yīng)對艦機(jī)電磁兼容做好優(yōu)化改進(jìn),結(jié)合電磁輻射實(shí)測數(shù)據(jù),對關(guān)鍵系統(tǒng)和電子設(shè)備需采取可靠的屏蔽措施。

⑤對復(fù)雜海情的適應(yīng)性好。如在高海況下執(zhí)行任務(wù)時應(yīng)具有良好的懸停控制精度,在執(zhí)行搜救任務(wù)時應(yīng)具有良好的位置保持能力和精度。此外,采用水密艙、浮筒設(shè)計或配裝應(yīng)急漂浮系統(tǒng),艦載直升機(jī)應(yīng)具有在高海況下的水面應(yīng)急漂浮能力和一定穩(wěn)定漂浮時長,以供機(jī)上人員緊急逃生。

(2)良好的艦機(jī)適配性

①全機(jī)(折疊)外形尺寸小。重量一定,全機(jī)外形尺寸應(yīng)盡可能小,從而滿足搭載狹小艦船起降甲板要求和保證起降安全。艦載直升機(jī)旋翼及斜梁應(yīng)具備(自動)折疊能力,較小的折疊尺寸有利于轉(zhuǎn)運(yùn)、入庫、貯存。

②全機(jī)功率儲備裕度、操縱余量足?？紤]艦上起降的特殊性,艦載直升機(jī)在著艦時應(yīng)能夠復(fù)飛,并能夠應(yīng)對其他可能危及飛行安全的突發(fā)情況,因此應(yīng)保證艦載直升機(jī)功率儲備裕度、操縱桿位(總距,縱向周期變距、橫向周期變距,腳蹬)余量。如某國外艦載直升機(jī)艦上起降時規(guī)定發(fā)動機(jī)功率裕度不小于10%,操縱桿位余量8%～12%。

③抗側(cè)滑和傾覆能力強(qiáng)。為了能夠在高海況及艦面結(jié)冰環(huán)境下安全起降,要求全機(jī)重心盡可能低,起落架間距盡可能大(如卡-28艦載直升機(jī)),并采取防側(cè)滑措施[5]。

④抗過載和抗沖擊能力強(qiáng)。艦船升沉、縱搖和橫搖運(yùn)動將大大增加機(jī)身結(jié)構(gòu)的沖擊載荷,必須提高艦載直升機(jī)的抗過載和抗沖擊能力,由此導(dǎo)致全機(jī)傳力結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的大幅增加,也影響起落架壽命。

⑤艦機(jī)動態(tài)適配風(fēng)限圖[6]范圍大。綜合飛行甲板區(qū)域紊亂流場的影響、總體氣動、發(fā)動機(jī)功率、操縱性能及駕駛品質(zhì)等因素,在給定直升機(jī)起降艦船縱橫搖限制的同時,風(fēng)限圖規(guī)定了一型機(jī)搭載一型艦時直升機(jī)周身360°可安全起降的風(fēng)速大小、風(fēng)向范圍,是艦載直升機(jī)艦面起降能力的最直接體現(xiàn)。

⑥助降和歸航引導(dǎo)能力強(qiáng)。為保證艦載直升機(jī)在艦上順利起降,艦面應(yīng)配備塔康、歸航引導(dǎo)等導(dǎo)航、通信設(shè)備及入場下滑指示燈、甲板示廓燈等。在高海況條件下,艦艇運(yùn)動幅度增大,飛行員操縱直升機(jī)自由著艦困難,需要借助助降系統(tǒng)輔助著艦。高性能、高可靠性的助降系統(tǒng)可大幅度提高直升機(jī)著艦的安全性,如采用ASIST助降裝置,美國艦載直升機(jī)可在載艦縱搖±7°、橫搖±30°時安全起降。

⑦駐艦保障性好。艦載直升機(jī)隨艦執(zhí)行長航任務(wù),應(yīng)具有良好的可靠性、維修性和保障性,應(yīng)具備艦面維修保障條件。從艦載直升機(jī)設(shè)計角度,為確保艦載直升機(jī)性能的發(fā)揮,機(jī)載系統(tǒng)和機(jī)載設(shè)備需要采取模塊化設(shè)計和制造技術(shù),降低艦面維護(hù)要求,減少維修時間和備件數(shù)量,降低發(fā)動機(jī)清洗要求。在設(shè)計機(jī)身口蓋和任務(wù)掛架時,要充分考慮如何方便地進(jìn)行艦面油氣加注和載荷加掛等作業(yè)。

3.3艦載直升機(jī)具體指標(biāo)要求

使用環(huán)境和任務(wù)剖面的特殊性決定了艦載直升機(jī)的技術(shù)需求和復(fù)雜度要高于岸基直升機(jī)。簡單說來,小尺寸、高性能、高安全性、高環(huán)境適應(yīng)性是對艦載直升機(jī)的基本要求,應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下能力和具體指標(biāo):(1)裕度儲備能力,即發(fā)動機(jī)的功率裕度和操縱桿位移余量;(2)抗側(cè)風(fēng)能力[7],旋翼剎車發(fā)動機(jī)起動相對環(huán)境風(fēng)速、懸停允許最大側(cè)風(fēng)、槳盤載荷;(3)艦船運(yùn)動適應(yīng)能力,即自由著艦(采用助降系統(tǒng))的艦船縱、橫搖角度限制;(4)起降高海況適應(yīng)能力,可安全起降的最高海況等級;(5)旋翼/斜梁自動折疊能力,自動折疊、展開時長;(6)全機(jī)(折疊)外形尺寸小型化能力,如旋翼直徑、全機(jī)(或折疊后)機(jī)高、起降甲板長度的最小尺寸;(7)機(jī)體結(jié)構(gòu)、起落架的抗沖擊能力,最大允許著艦下沉速度;(8)海上應(yīng)急漂浮能力,高海況下的穩(wěn)定漂浮時長;(9)全機(jī)腐蝕防護(hù)控制能力,腐蝕環(huán)境下的結(jié)構(gòu)、發(fā)動機(jī)、傳動系統(tǒng)壽命;(10)艦機(jī)電磁兼容能力;(11)執(zhí)行任務(wù)時的高海況適應(yīng)能力,如高海況下的自動懸停精度;(12)艦面保障能力,如再次出動時間,更換發(fā)動機(jī)時間;(13)一機(jī)多種任務(wù)能力,可配裝任務(wù)系統(tǒng)種類數(shù)、可執(zhí)行任務(wù)種類數(shù),承載能力及空重比。

此外,從使命、任務(wù)角度考慮,艦載直升機(jī)還應(yīng)具有以下能力:(1)優(yōu)良的懸停性能,懸停、小速度飛行在整個飛行譜中占有較大時間比例;懸停效率(FM數(shù))、高性能三維氣動外形槳尖的應(yīng)用、先進(jìn)翼型的使用;(2)高速巡航能力,對于應(yīng)招反潛、落水人員搜救、傷病員護(hù)送等時敏性任務(wù),艦載直升機(jī)應(yīng)能夠快速應(yīng)對。

3.4先進(jìn)艦載直升機(jī)技術(shù)特點(diǎn)

艦載直升機(jī)除具備陸基直升機(jī)的基本技術(shù)特點(diǎn)外,復(fù)雜的使用環(huán)境要求艦載直升機(jī)需具有較優(yōu)異的性能和更高的技術(shù)水準(zhǔn)。艦載直升機(jī)設(shè)計起點(diǎn)高、標(biāo)準(zhǔn)要求高,直升機(jī)研究領(lǐng)域的最新方法、最新技術(shù)往往也最先在艦載直升機(jī)上得到展示和應(yīng)用。

結(jié)合直升機(jī)的先進(jìn)技術(shù)特點(diǎn),當(dāng)前艦載直升機(jī)設(shè)計的先進(jìn)性可體現(xiàn)在以下幾個方面:(1)復(fù)合材料在艦載直升機(jī)上得到廣泛應(yīng)用,如NH90直升機(jī)采用全復(fù)合材料機(jī)身;(2)高性能的先進(jìn)翼型和槳尖三維氣動外形成為艦載直升機(jī)旋翼槳葉的特征,如“未來山貓”直升機(jī)的最新改進(jìn)BERP III槳尖[8];(3)配有全權(quán)數(shù)字電子控制系統(tǒng)的第三代渦軸發(fā)動機(jī);(4)電傳操縱系統(tǒng);(5)振動水平(約0.05g)、艙外噪聲水平(約80 dB)已得到良好控制,如NH90直升機(jī)駕駛員座艙處振動水平已低于0.05g;(6)較高的可靠性、維修性,如NH90直升機(jī)執(zhí)行任務(wù)可靠性高達(dá)97.5%,出勤率達(dá)87%,MTBF>4 h,每飛行小時人工維護(hù)工時少于2.5 h,整機(jī)使用壽命達(dá)到10 000飛行小時;(7)高海況適應(yīng)性,NH90等機(jī)型能夠在任意方向風(fēng)速45 kn、6級海況下使用,高性能起落架可滿足4 m/s著艦沖擊載荷;SH-60B直升機(jī)具備空中加油能力,發(fā)動機(jī)功率儲備大(15%以上);(8)開放式的高速航電系統(tǒng)構(gòu)架,任務(wù)功能拓展強(qiáng);(9)機(jī)上系統(tǒng)、任務(wù)系統(tǒng)模塊化設(shè)計可實(shí)現(xiàn)多種任務(wù)載荷的快速換裝(如MH-60S)[9];(10)艦載無人直升機(jī)的艦面自主起降能力。

4艦載直升機(jī)發(fā)展趨勢

4.1通過構(gòu)型創(chuàng)新向高速化方向發(fā)展

高速飛行是未來直升機(jī)發(fā)展的重要方向之一[10]。國外在傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器、復(fù)合構(gòu)型直升機(jī)的研究、研制方面均取得較大進(jìn)步，獲得了一些成果:MV-22B傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器已經(jīng)投入使用;西科斯基公司也正在開展S-97復(fù)合構(gòu)型直升機(jī)的工程研制。

4.2通過綜合優(yōu)化向高適應(yīng)性方向發(fā)展

為了適應(yīng)嚴(yán)酷的任務(wù)使用環(huán)境,提升使命、任務(wù)能力,艦載直升機(jī)應(yīng)具備在復(fù)雜海情下的使用能力。通過全機(jī)總體優(yōu)化和綜合仿真評估[11],實(shí)現(xiàn)高適應(yīng)性是艦載直升機(jī)的發(fā)展方向之一,即艦載直升機(jī)具備良好的環(huán)境適應(yīng)性、良好的艦機(jī)適配性,使用環(huán)境風(fēng)速限制提升到30 m/s,載艦縱搖±7°、橫搖±30°、升沉速度4.6 m/s條件下安全起降,使艦載直升機(jī)具備6級海況下艦面起降和執(zhí)行各種使命、任務(wù)能力。

4.3通過綜合集成向智能化方向發(fā)展

隨著新材料、MEMS等學(xué)科技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用,可以預(yù)見智能結(jié)構(gòu)將是艦載直升機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)展的主流方向[12]。結(jié)構(gòu)將與傳感器、氣動、振動控制、HUMS等深度融合:如出現(xiàn)高氣動性能、低振動水平、噪聲水平的智能旋翼和Morphing槳葉旋翼;借助智能傳感器,實(shí)時監(jiān)測機(jī)體結(jié)構(gòu)由于飛行載荷超過允許包線、疲勞、應(yīng)力、腐蝕、環(huán)境影響等產(chǎn)生的損傷,確定損傷的準(zhǔn)確部位,并且跟蹤損傷的發(fā)展情況等;在不影響性能的條件下確保全機(jī)具有良好的氣動外形，并具有雷達(dá)、光電等低可探測性。

5結(jié)論及建議

(1)充分認(rèn)識艦載直升機(jī)的重要性,加大建設(shè)力度。隨著國家海洋利益的拓展,確保我國的海洋權(quán)益等對艦載直升機(jī)的發(fā)展提出了新的更高的要求,對我國艦載直升機(jī)的數(shù)量、質(zhì)量、性能都提出了更高的要求。執(zhí)行亞丁灣海域護(hù)航行動的常態(tài)化、應(yīng)對海上反恐突發(fā)事件以及海上國際救援等非戰(zhàn)爭軍事行動,亦對艦載直升機(jī)提出了強(qiáng)烈的需求。

(2)為適應(yīng)驅(qū)護(hù)艦對艦載直升機(jī)的需求,全面提高艦載直升機(jī)自主保障能力,應(yīng)“立足國內(nèi)、滿足需求”。要站在提升國內(nèi)整體艦載直升機(jī)能力的角度,統(tǒng)盤考慮我國艦載直升機(jī)的發(fā)展,充分利用國內(nèi)成熟先進(jìn)技術(shù),優(yōu)先發(fā)展重點(diǎn)艦載直升機(jī),滿足驅(qū)護(hù)艦的迫切需要。

(3)為構(gòu)建優(yōu)化的艦載直升機(jī)裝備體系,應(yīng)同步發(fā)展大型和輕型艦載直升機(jī)。應(yīng)“持續(xù)改進(jìn)、創(chuàng)新發(fā)展”,從構(gòu)建優(yōu)化的艦載直升機(jī)體系出發(fā),持續(xù)改進(jìn)大型和輕型艦載直升機(jī),并針對未來需求,注重創(chuàng)新,發(fā)展新型、新構(gòu)型艦載直升機(jī),使艦載直升機(jī)裝備體系不斷優(yōu)化,結(jié)構(gòu)日趨合理,才能有效滿足各類水面艦船的需求。

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(編輯：李怡)

Status and development trends of the shipboard helicopters

CHANG Bin, WANG Hai, YANG Lin

(Naval Academy of Armament, Shanghai 200436, China)

Abstract:By starting from the history of the shipboard helicopters, roles and missions were given firstly. Then, through analyzing several typical shipboard helicopters overseas, the features of shipboard helicopters were summarized. Then, considering the divergences from general helicopters, the operating conditions were discussed and clarified for the shipboard helicopters; special requirements as well as the typical design targets are also shown. Finally, following the exploration of development trends, some suggestions on shipboard helicopters are proposed.

Key words:shipboard helicopter; development trends; operating conditions; requirements

收稿日期:2015-10-08;

修訂日期:2016-01-05; 網(wǎng)絡(luò)出版時間:2016-02-29 16:37

作者簡介:常斌(1973-)，男，陜西米脂人，高級工程師，碩士，研究方向?yàn)轱w行器設(shè)計、飛行力學(xué)；王海(1979-)，男，陜西岐山人，工程師，博士，研究方向?yàn)橹鄙龣C(jī)總體設(shè)計、空氣動力學(xué)。

中圖分類號：V275

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1002-0853(2016)03-0007-06