王擎宇，譚大力，張曉谞，騰 騰

(海軍研究院，北京100161)

0 引 言

航母阻攔裝置是航母上的重要航空保障特種裝備，其功能是將高速著艦的艦載機(jī)在有限距離內(nèi)安全攔停。航母阻攔裝置的性能深刻影響著航母平臺(tái)對(duì)艦載機(jī)的回收能力和回收效率。隨著艦載航空技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步與海戰(zhàn)場(chǎng)的日益復(fù)雜化，艦載機(jī)的重量、速度不斷攀升，對(duì)阻攔裝置的要求也日益提高。因此在進(jìn)行航母阻攔裝置的設(shè)計(jì)制造時(shí)，應(yīng)充分考慮裝備特點(diǎn)與作戰(zhàn)使用需求，建立科學(xué)完整的指標(biāo)體系，以指導(dǎo)裝置的研制。

1 阻攔裝置的基本原理

從力學(xué)的角度看，航母阻攔裝置的功能是向艦載機(jī)提供足夠大的反向制動(dòng)力，使其在有限距離內(nèi)制動(dòng)靜止。從能量的角度看，阻攔裝置本質(zhì)上是將艦載機(jī)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他能量形式的能量轉(zhuǎn)化裝置。

航母阻攔裝置通常由甲板阻攔索、纜索傳動(dòng)系統(tǒng)、前端緩沖系統(tǒng)、阻攔機(jī)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)組成。甲板阻攔索是阻攔裝置與艦載機(jī)的物理接口，通過(guò)掛接在飛機(jī)尾鉤上實(shí)現(xiàn)阻攔裝置與飛機(jī)物理連接。纜索傳動(dòng)系統(tǒng)通常由滑輪和滑輪索組成，可以將艦載機(jī)的運(yùn)動(dòng)和能量傳遞至阻攔機(jī)。前端緩沖系統(tǒng)通常采用液壓緩沖器，用于消減飛機(jī)尾鉤與阻攔索嚙合瞬間的峰值張力。阻攔機(jī)系統(tǒng)（或稱能量吸收系統(tǒng)）是阻攔裝置的核心組成部分，用于吸收艦載機(jī)阻攔著艦時(shí)的動(dòng)能?？刂葡到y(tǒng)用于設(shè)定阻攔工況，并控制其他分系統(tǒng)按照預(yù)定流程完成飛機(jī)阻攔作業(yè)。通常阻攔裝置還會(huì)配備阻攔網(wǎng)，用于特情狀況下的飛機(jī)應(yīng)急阻攔，在此情況下阻攔網(wǎng)通常會(huì)與阻攔索共用同一臺(tái)阻攔機(jī)。

圖1 典型航母阻攔裝置組成框圖Fig. 1 Typical composition of carrier arresting gear

2 航母阻攔裝置的主要類型

從最早的重力式阻攔裝置開(kāi)始，航母阻攔裝置一直伴隨著艦載機(jī)著艦需求的不斷提高而升級(jí)換代，目前主要的航母阻攔裝置有三類。

2.1 液壓阻攔裝置

液壓阻攔裝置是目前使用最為廣泛的阻攔裝置,如美國(guó)“尼米茲”級(jí)航母采用的Mark7-3、Mark7-4型阻攔裝置均為液壓阻攔裝置[1]。液壓阻攔裝置主要包括甲板阻攔索系統(tǒng)、滑輪組索系統(tǒng)、定長(zhǎng)沖跑控制系統(tǒng)、滑輪緩沖系統(tǒng)、阻攔機(jī)系統(tǒng)、鋼索末端緩沖系統(tǒng)等。其中阻攔機(jī)系統(tǒng)包括蓄能器裝置、主液壓缸、定滑輪組以及可動(dòng)十字頭等，是阻攔裝置的主要組成部分，用來(lái)吸收或轉(zhuǎn)換掉飛機(jī)的動(dòng)能。液壓阻攔裝置的工作方式為：阻攔過(guò)程中飛機(jī)帶動(dòng)阻攔索向前運(yùn)動(dòng)，通過(guò)中間機(jī)械裝置，阻攔索帶動(dòng)十字頭向定滑輪方向移動(dòng)，并將沖力傳遞至液壓缸的活塞上，在活塞的壓力作用下，使液壓缸中的油液流向蓄能器，并且通過(guò)預(yù)先設(shè)置好的定長(zhǎng)沖跑控制閥的閥量進(jìn)行流量控制，在艦載機(jī)攔停后，油液在壓力作用下重新從蓄能器流回液壓缸，阻攔裝置重新復(fù)位，為下一架飛機(jī)的著艦阻攔做好準(zhǔn)備。

2.2 電力渦輪阻攔裝置

21世紀(jì)初開(kāi)始，美國(guó)海軍在飛機(jī)陸上應(yīng)急著陸阻攔裝置的基礎(chǔ)上，以水渦輪機(jī)、阻攔電機(jī)作為主吸能部件，阻攔電機(jī)作為主控制部件，研發(fā)了新一代航母阻攔裝置，將其命名為電力渦輪阻攔裝置，也稱先進(jìn)阻攔裝置（AAG）[2]，裝備于“福特”號(hào)航母。

圖2 典型液壓阻攔裝置組成框圖[3]Fig. 2 Typical composition of hydraulic arresting gear

圖3 電力渦輪裝置組成框圖Fig. 3 Composition of electric-turbo arresting gear

電力渦輪阻攔裝置的基本構(gòu)成如圖3所示。其組成中除阻攔索、纜索傳動(dòng)系統(tǒng)、前端緩沖系統(tǒng)外，阻攔機(jī)和軟件控制系統(tǒng)是最重要的部件，也是與液壓阻攔裝置最主要的區(qū)別所在。阻攔機(jī)包括水渦輪機(jī)、錐形轂輪、機(jī)械制動(dòng)器、感應(yīng)電機(jī)；軟件控制系統(tǒng)包括動(dòng)態(tài)控制子系統(tǒng)、操作人員工作臺(tái)以及維護(hù)人員工作臺(tái)。電力渦輪阻攔裝置以水渦輪機(jī)、感應(yīng)電機(jī)以及機(jī)械制動(dòng)器為主要吸能部件，同時(shí)能夠通過(guò)調(diào)節(jié)感應(yīng)電機(jī)扭矩輸出精確控制飛機(jī)阻攔著艦過(guò)程，并能控制飛機(jī)在甲板上停止的距離。

該裝置的工作方式為：當(dāng)艦載機(jī)尾鉤與阻攔索初始接觸時(shí)，尾鉤牽動(dòng)阻攔索并帶動(dòng)滑輪索從錐形轂輪中牽出，使旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)感應(yīng)電機(jī)對(duì)旋轉(zhuǎn)軸施加加速扭矩，使艦載機(jī)與阻攔索的接觸過(guò)程相對(duì)平穩(wěn)。隨后，阻攔裝置作業(yè)進(jìn)入艦載機(jī)動(dòng)能吸收階段。在本階段，感應(yīng)電機(jī)、水渦輪機(jī)主要完成能量吸收工作，摩擦制動(dòng)器作為備用的吸能部件，可在感應(yīng)電機(jī)或水力渦輪失效時(shí)使用，確保整個(gè)阻攔系統(tǒng)的可靠性，且這3個(gè)部件只要保持其中2個(gè)正常工作，就能夠完成艦載機(jī)動(dòng)能的完全吸收。軟件控制系統(tǒng)可通過(guò)電力電子變換控制感應(yīng)電機(jī)作用在旋轉(zhuǎn)軸上的扭矩，使錐狀轂輪上的纜索以相對(duì)恒定的張力釋放，保證艦載機(jī)在阻攔過(guò)程中受力均勻，并最終實(shí)現(xiàn)艦載機(jī)在甲板的降落。

相比于液壓阻攔裝置，先進(jìn)阻攔裝置通過(guò)阻攔感應(yīng)電機(jī)部分實(shí)現(xiàn)了阻攔過(guò)程的閉環(huán)控制，同時(shí)整個(gè)阻攔裝置的結(jié)構(gòu)更為緊湊，阻攔能級(jí)更高。

2.3 電磁阻攔裝置

2003年美國(guó)柯蒂斯-萊特公司申請(qǐng)了名為電磁飛機(jī)阻攔系統(tǒng)的發(fā)明專利，該專利中的電磁飛機(jī)阻攔系統(tǒng)通過(guò)感應(yīng)電機(jī)先將艦載機(jī)著艦時(shí)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，再通過(guò)制動(dòng)電阻將能量以熱的形式耗散[4]。電磁阻攔裝置組成如圖4所示，除甲板阻攔索、滑輪組索、滑輪及前端緩沖裝置外，重要的部件包括:感應(yīng)電機(jī)、線軸、逆變器、動(dòng)態(tài)制動(dòng)電阻。

圖4 電磁阻攔裝置組成框圖Fig. 4 Composition of electric arresting gear

其工作方式與電力渦輪阻攔裝置相似：在艦載機(jī)掛索的初始階段,艦載機(jī)尾鉤牽動(dòng)阻攔索與滑輪組索，并帶動(dòng)感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)感應(yīng)電機(jī)對(duì)旋轉(zhuǎn)軸施加加速扭矩，使阻攔索獲得與艦載機(jī)大致匹配的速度，降低掛索初始階段沖擊張力。該階段的感應(yīng)電機(jī)起到發(fā)動(dòng)機(jī)的作用。在滑輪組索被拉出一定長(zhǎng)度后,進(jìn)入剎車階段。此時(shí),感應(yīng)電機(jī)起到發(fā)電機(jī)的作用，對(duì)旋轉(zhuǎn)軸施加制動(dòng)扭矩，將艦載機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。逆變器實(shí)時(shí)控制感應(yīng)電機(jī)的電流和轉(zhuǎn)矩，使艦載機(jī)安全攔停。動(dòng)態(tài)制動(dòng)電阻通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)與逆變器保持直流電連接，兩者間的電壓維持在一個(gè)預(yù)先設(shè)定值，將轉(zhuǎn)化的艦載機(jī)動(dòng)能在電路中以熱能的形式耗散。在艦載機(jī)回收后，感應(yīng)電機(jī)依靠艦船的電力供給,回收滑輪組索，使其纏繞于線軸，以準(zhǔn)備下一次的艦載機(jī)阻攔降落。

與先進(jìn)阻攔裝置相比，電磁阻攔裝置的電氣化、自動(dòng)化程度更高，可完全實(shí)現(xiàn)阻攔過(guò)程的閉環(huán)控制。但該裝置技術(shù)難度較大，目前尚無(wú)成熟應(yīng)用。

3 航母阻攔裝置的指標(biāo)體系

阻攔裝置經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展，除了實(shí)現(xiàn)安全攔停飛機(jī)的基本功能外，更需要適應(yīng)航母平臺(tái)的作戰(zhàn)使用要求，適應(yīng)復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。因此，在研制航母阻攔裝置前，應(yīng)根據(jù)阻攔裝置的特點(diǎn)和工作原理，構(gòu)建科學(xué)的指標(biāo)體系，提出合理的指標(biāo)要求，以牽引裝置的研制。

構(gòu)建航母阻攔裝置的指標(biāo)體系時(shí)需從裝置的使命任務(wù)出發(fā)，通過(guò)任務(wù)層、能力層和指標(biāo)層的逐級(jí)分解得到裝置指標(biāo)構(gòu)成與指標(biāo)要求，進(jìn)而指導(dǎo)裝置的研制。

3.1 航母阻攔裝置的任務(wù)層分析

阻攔裝置的核心任務(wù)是保障艦載機(jī)安全著艦，在此基礎(chǔ)上還需與母艦總體的出動(dòng)回收能力要求相匹配。以美國(guó)“福特”號(hào)航母為例，該航母未來(lái)主要搭載的機(jī)型包括F-35C戰(zhàn)斗機(jī)，F(xiàn)/A-18E/F戰(zhàn)斗機(jī)，EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)，E-2D預(yù)警機(jī)等，因此裝備于該航母的電力渦輪阻攔裝置首先應(yīng)具備安全回收上述各型艦載機(jī)的任務(wù)能力。“福特”號(hào)航母的出動(dòng)回收指標(biāo)要求如表1所示[5]。

表1 “福特”級(jí)航母出動(dòng)架次率要求Tab. 1 Sortie generation capacity of Ford class aircraft carrier

其中持續(xù)出動(dòng)架次率是指30天內(nèi)，每天飛行作業(yè)12 h，艦載機(jī)的平均日出動(dòng)架次；高強(qiáng)出動(dòng)架次率是指連續(xù)4天時(shí)間內(nèi)，每天飛行作業(yè)24 h，艦載機(jī)的平均日出動(dòng)架次。由于出動(dòng)架次是指艦載機(jī)從起飛到著艦一個(gè)完整的循環(huán)過(guò)程，因此對(duì)于電力渦輪阻攔裝置，在具備安全回收該航母平臺(tái)搭載的各型艦載機(jī)的任務(wù)能力的基礎(chǔ)上，還要滿足母艦的出動(dòng)回收架次率的任務(wù)要求。

3.2 航母阻攔裝置的能力層分析

航母阻攔裝置與艦載機(jī)、母艦平臺(tái)、作戰(zhàn)人員及場(chǎng)景存在強(qiáng)交互關(guān)系。因此從任務(wù)層出發(fā)，可將阻攔裝置能力層要求分解為：飛機(jī)適配性、母艦適裝性、作戰(zhàn)適用性等具體能力要求，同時(shí)裝置自身還應(yīng)該滿足一定的通用質(zhì)量特性要求，如圖5所示。

飛機(jī)適配性是指阻攔裝置的回收能力應(yīng)能夠與平臺(tái)搭載的各類機(jī)型艦載機(jī)相適配。如阻攔裝置的阻攔重量范圍、允許嚙合速度范圍等能夠包絡(luò)各型艦載機(jī)著艦時(shí)的重量、速度等典型工況[6-8]。

圖5 能力層分解示意Fig. 5 Illustration of the decomposition of ability level

母艦適裝性是指阻攔裝置與母艦平臺(tái)的適裝能力，如裝置的重量體積應(yīng)滿足母艦總體設(shè)計(jì)的需求，水、電等資源需求應(yīng)能夠與母艦的供應(yīng)能力相匹配，阻攔距離等應(yīng)與甲板空間作戰(zhàn)使用設(shè)計(jì)相一致等。

作戰(zhàn)使用性是指作業(yè)人員依據(jù)任務(wù)場(chǎng)景能夠操縱阻攔裝置完成回收作業(yè)任務(wù)的能力，如阻攔作業(yè)周期、連續(xù)阻攔能力、索網(wǎng)轉(zhuǎn)換時(shí)間等。

通用質(zhì)量特性即通常所說(shuō)的“六性”，包括可靠性、維修性、測(cè)試性、保障性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性等。由于阻攔裝置關(guān)乎到飛行員和艦載機(jī)的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此對(duì)其可靠性、維修性等要求較其他特種裝備會(huì)更高。

3.3 航母阻攔裝置的指標(biāo)層分析

基于能力層的分解，可將航母阻攔裝置的指標(biāo)類型分為飛機(jī)適配性指標(biāo)、母艦適裝性指標(biāo)、作戰(zhàn)適用性指標(biāo)以及通用質(zhì)量特性指標(biāo)。通過(guò)對(duì)具體指標(biāo)的細(xì)化，得到阻攔裝置的指標(biāo)層，進(jìn)而構(gòu)建出完整的指標(biāo)體系，如圖6所示。

針對(duì)其中的一些重要指標(biāo)描述如下：

1）飛機(jī)適配性指標(biāo)

飛機(jī)適配性指標(biāo)是指阻攔裝置根據(jù)飛機(jī)適配性能力要求細(xì)化得到的具體指標(biāo)，包括保障艦載機(jī)種類、最大阻攔能級(jí)、允許著艦重量等。

保障艦載機(jī)種類。指阻攔裝置可正常阻攔的飛機(jī)類型，即裝置的阻攔重量、嚙合速度、過(guò)載控制等阻攔能力能夠與各機(jī)型適配。通常同一航母平臺(tái)會(huì)根據(jù)不同任務(wù)或在不同歷史時(shí)期搭載多種機(jī)型，保障艦載機(jī)種類是反應(yīng)阻攔裝置與多型艦載機(jī)適配性的綜合性指標(biāo)。

最大阻攔能級(jí)。指阻攔裝置可阻攔的最大能級(jí)，根據(jù)阻攔重量、嚙合速度計(jì)算得出。該能級(jí)應(yīng)能夠囊括所有的適配機(jī)型的典型著艦工況。

允許著艦重量范圍。阻攔裝置正常阻攔時(shí)允許的艦載機(jī)著艦重量范圍，該范圍應(yīng)能夠囊括所有的適配機(jī)型的典型著艦重量。

允許嚙合速度范圍。阻攔裝置正常阻攔時(shí)允許的艦載機(jī)著艦速度范圍，該范圍應(yīng)能夠囊括所有的適配機(jī)型的典型著艦速度。

圖6 航母阻攔裝置指標(biāo)體系Fig. 6 The indexes system of arresting gear of aircraft carrier

極限偏心距、偏航角。偏心距是指艦載機(jī)著艦鉤索時(shí)尾鉤在阻攔索上的掛點(diǎn)與阻攔跑道中心線的法向距離，偏航角是指艦載機(jī)鉤索時(shí)的航向與阻攔跑道中心線的夾角。該指標(biāo)反映的是阻攔裝置對(duì)艦載機(jī)著艦鉤索姿態(tài)的適應(yīng)能力，指標(biāo)值越大，對(duì)艦載機(jī)著艦鉤鎖姿態(tài)的約束越小，即飛行員著艦操作難度越小。

阻攔過(guò)載。是指在阻攔過(guò)程中艦載機(jī)受到的最大負(fù)加速度。不同飛機(jī)對(duì)阻攔過(guò)載的承受能力不同，通常在3～5g左右，過(guò)高的過(guò)載會(huì)影響飛機(jī)的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致飛機(jī)損壞，同時(shí)會(huì)對(duì)飛行員造成健康損傷。因此阻攔裝置應(yīng)能夠針對(duì)不同機(jī)型在阻攔過(guò)程中將阻攔過(guò)載控制在飛機(jī)和飛行員所能承受范圍內(nèi)。

2）母艦適裝性指標(biāo)

母艦適裝性指標(biāo)是指阻攔裝置根據(jù)母艦適裝性能力要求細(xì)化得到的具體指標(biāo)，包括最大阻攔距離、最大沖跑距離、設(shè)備體積重量等。

最大沖跑/阻攔距離。最大沖跑距離指阻攔裝置阻攔過(guò)程中艦載機(jī)沖跑的最遠(yuǎn)距離。該指標(biāo)應(yīng)以航母飛行甲板總體設(shè)計(jì)為輸入，受到阻攔跑道長(zhǎng)度的限制，是反映裝置短距離攔停能力的重要指標(biāo)。

最大阻攔距離。指飛機(jī)最終攔停的最遠(yuǎn)距離。阻攔過(guò)程中，當(dāng)飛機(jī)達(dá)到最大沖跑距離后，由于前端液壓緩沖裝置活塞桿的復(fù)位以及阻攔索、滑輪索鋼絲繩的彈性縮回，會(huì)帶動(dòng)飛機(jī)回退?；赝撕箫w機(jī)最終的攔停距離為阻攔距離。

設(shè)備體積重量。阻攔裝置的體積重量應(yīng)滿足母艦總體設(shè)計(jì)要求。重量方面需考慮總體的排水量、浮性、穩(wěn)性等總體要求，通常被限定在一定范圍內(nèi)；體積方面會(huì)影響母艦總體艙室布局設(shè)計(jì)，同時(shí)也會(huì)在一定程度上影響裝置具體設(shè)備的布設(shè)方式。

3）作戰(zhàn)適用性指標(biāo)

作戰(zhàn)適用性指標(biāo)是阻攔裝置指根據(jù)作戰(zhàn)適用性能力要求細(xì)化得到的具體指標(biāo)，包括首次阻攔準(zhǔn)備時(shí)間、阻攔復(fù)位時(shí)間等。

首次阻攔準(zhǔn)備時(shí)間。是指阻攔裝置從停機(jī)狀態(tài)至具備阻攔條件所需要的準(zhǔn)備時(shí)間。反映了裝置的快速反應(yīng)能力。

阻攔復(fù)位時(shí)間。是指阻攔裝置完成一次阻攔作業(yè)后，至具備下一次阻攔條件的復(fù)位時(shí)間。反應(yīng)的是阻攔裝置連續(xù)阻攔能力。該指標(biāo)也可以阻攔作業(yè)周期的方式提出。

單波次連續(xù)阻攔次數(shù)。指阻攔裝置在一波次內(nèi)，可連續(xù)循環(huán)進(jìn)行阻攔作業(yè)的次數(shù)。該指標(biāo)應(yīng)能夠滿足航母平臺(tái)總體的艦載機(jī)回收作業(yè)要求。

單波次連續(xù)阻攔恢復(fù)時(shí)間。指裝置在完成一波次阻攔任務(wù)后，至具備開(kāi)展下一波次連續(xù)阻攔的恢復(fù)時(shí)間。

索網(wǎng)轉(zhuǎn)換時(shí)間。指阻攔裝置從阻攔索阻攔狀態(tài)切換至阻攔網(wǎng)阻攔狀態(tài)所需的準(zhǔn)備時(shí)間。

阻攔索使用次數(shù)。指同一根阻攔索可阻攔飛機(jī)次數(shù)。阻攔索是整個(gè)阻攔裝置最重要的有壽件，通常會(huì)規(guī)定相應(yīng)的使用次數(shù)，達(dá)到使用次數(shù)則需要進(jìn)行更換。

阻攔索更換時(shí)間。指更換阻攔索所需要的時(shí)間。在阻攔索達(dá)到使用壽命或出現(xiàn)特請(qǐng)的情況下，需對(duì)阻攔索進(jìn)行更換，其更換時(shí)間應(yīng)盡量短，以保證后續(xù)在空飛機(jī)的安全著艦。

4）通用質(zhì)量特性指標(biāo)

通用質(zhì)量特性指標(biāo)包括可靠性指標(biāo)、維修性指標(biāo)、測(cè)試性指標(biāo)、保障性指標(biāo)、安全性指標(biāo)以及環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)等。

平均故障間隔次數(shù)。根據(jù)GJB451A-2005《可靠性維修性保障性術(shù)語(yǔ)》，平均故障間隔次數(shù)的定義為“可修復(fù)產(chǎn)品的一種基本可靠性參數(shù)。其度量方法為：在規(guī)定的條件下和規(guī)定的期間內(nèi)，產(chǎn)品壽命單位總數(shù)與故障總次數(shù)之比?！?/p>

艦員級(jí)平均故障修復(fù)時(shí)間。根據(jù)GJB451A-2005《可靠性維修性保障性術(shù)語(yǔ)》，平均故障修復(fù)時(shí)間的定義為“產(chǎn)品維修性的一種基本參數(shù)，它是一種設(shè)計(jì)參數(shù)。其度量方法為：在規(guī)定的條件下和規(guī)定的期間內(nèi)，產(chǎn)品在規(guī)定的維修級(jí)別上，修復(fù)性維修總時(shí)間與該級(jí)別上被修復(fù)產(chǎn)品的故障總數(shù)之比?！?/p>

固有可用度。是反應(yīng)裝置可用性的綜合性指標(biāo)。其度量方法為產(chǎn)品的平均故障間隔時(shí)間與平均故障間隔時(shí)間和平均修復(fù)時(shí)間的和之比。

阻攔裝置的可靠性和維修性是非常關(guān)鍵的指標(biāo)。阻攔裝置在執(zhí)行阻攔任務(wù)時(shí)若出現(xiàn)故障，則在空的艦載機(jī)編隊(duì)將無(wú)法降落，會(huì)導(dǎo)致極為嚴(yán)重的損失。因此一方面要求裝置具有較低的故障率，另一方面若出現(xiàn)故障需要短時(shí)間內(nèi)能夠修復(fù)。

4 部分指標(biāo)間的耦合關(guān)系

航母阻攔裝置的各項(xiàng)指標(biāo)并非完全獨(dú)立，部分指標(biāo)之間存在一定的耦合關(guān)系。

1）最大阻攔能級(jí)與阻攔重量、速度范圍

阻攔裝置最大阻攔能級(jí)、阻攔重量范圍、與阻攔速度范圍在物理上存在固定的換算關(guān)系。因此這3個(gè)指標(biāo)并非完全相互獨(dú)立，而通常會(huì)以能量包絡(luò)圖的形式提出。以美國(guó)電力渦輪阻攔裝置為例，其能力包絡(luò)圖如圖7所示。圖中橫坐標(biāo)為艦載機(jī)的著艦速度，縱坐標(biāo)為阻攔能級(jí)。著色區(qū)域的上線反映了裝置的最大阻攔能級(jí)，左右邊界反映了著艦速度范圍，上下邊界曲線反映了阻攔的重量范圍。圖中灰色區(qū)域?yàn)殚T限值要求，網(wǎng)格區(qū)加上灰色區(qū)域范圍為目標(biāo)值要求。可以看出，門限值與目標(biāo)值的區(qū)別主要在于是否能夠阻攔最小飛機(jī)的重量。通過(guò)阻攔裝置的能量包絡(luò)圖及圖上各機(jī)型的典型工況點(diǎn)，能夠清晰的反映阻攔裝置與各型飛機(jī)的適配性，同時(shí)也為后續(xù)上艦機(jī)型的設(shè)計(jì)提供了約束和參考。

圖7 電力渦輪阻攔裝置能量包絡(luò)圖示意Fig. 7 Illustration of the energy envelop of AAG

2）偏心距、偏航角

理想情況下，艦載機(jī)著艦鉤鎖時(shí)尾鉤應(yīng)恰好掛在阻攔索中點(diǎn)，并沿阻攔跑道中心線滑行制動(dòng)，但實(shí)際操作過(guò)程中必定會(huì)存在一定的偏差。因此對(duì)于阻攔裝置應(yīng)有一定的偏心偏航適應(yīng)能力，以降低飛行員的著艦操作難度。偏心距與偏航角并非2個(gè)獨(dú)立的約束范圍，通常存在如圖8所示的橢圓耦合關(guān)系。根據(jù)飛行甲板安全邊界要求，偏心距與偏航角通常不允許同時(shí)達(dá)到最大值。同時(shí)，同方向的偏心偏航超出甲板安全邊界的可能性更大，通常存在更大的風(fēng)險(xiǎn)，在實(shí)際阻攔過(guò)程中應(yīng)盡量避免。此外，考慮航母的上層建筑以及艦面艦載機(jī)的停放位置通常位于阻攔跑道右側(cè)，因此允許右偏心偏航的范圍會(huì)略小于左側(cè)。所以，在確定航母艦上使用時(shí)阻攔裝置的允許偏心距、偏航角指標(biāo)時(shí)，應(yīng)綜合考慮上述因素，確定合理的指標(biāo)值。

圖8 偏心距偏航角耦合關(guān)系示意Fig. 8 The coupling of yaw and off-center indexes

5 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)航母阻攔裝置的指標(biāo)體系進(jìn)行分析，首先介紹阻攔裝置的基本原理和主要類型，通過(guò)對(duì)航母阻攔裝置任務(wù)層、能力層、指標(biāo)層的逐級(jí)分解構(gòu)建了航母阻攔裝置的指標(biāo)體系，針對(duì)其中的關(guān)鍵指標(biāo)分析了其內(nèi)涵及設(shè)定意義，同時(shí)分析了部分指標(biāo)之間的耦合關(guān)系，得到以下結(jié)論：

1）從阻攔裝置的使命任務(wù)出發(fā)，阻攔裝置應(yīng)具備飛機(jī)適配性、母艦適裝性、作戰(zhàn)適用性以及通用質(zhì)量特性等能力要求。

2）航母阻攔裝置的指標(biāo)體系主要由飛機(jī)適配性指標(biāo)、母艦適裝性指標(biāo)、作戰(zhàn)適用性指標(biāo)及通用質(zhì)量特性指標(biāo)四類指標(biāo)構(gòu)成。

3）部分指標(biāo)之間存在一定的耦合關(guān)系，在設(shè)計(jì)指標(biāo)要求時(shí)應(yīng)予以綜合的分析考慮。