新型艦載機牽引車設(shè)計趨勢分析

金嘉琦， 高雪， 戚基艷

（沈陽工業(yè)大學(xué) 機械工程學(xué)院，沈陽 110870）

0 引言

艦載機負(fù)擔(dān)著防空、襲岸、偵探、電子作戰(zhàn)等多種空中指揮戰(zhàn)斗的使命，是包括不同種形式艦上起落艦載機的結(jié)合和統(tǒng)稱，現(xiàn)已變成航母作戰(zhàn)編隊攻防體系的主導(dǎo)[1]。艦載機調(diào)運作業(yè)需與艦載機牽引車協(xié)作，不是起飛狀況下的艦載機不論在航母艦面甲板上的挪動，或是在出入機庫都需要依賴牽引車的牽扯或者頂推來完成。在多種海況的特殊環(huán)境下，需依靠其自身能力，應(yīng)對種類不同艦載機的調(diào)運作業(yè)，以實現(xiàn)對艦載機的移動和停放[2]。這些非常規(guī)的作業(yè)條件和使用環(huán)境等要素，決定了艦用牽引車特有的性質(zhì)。

1 艦載機牽引車的必要性

航空母艦現(xiàn)已成為海軍必不可少的武器同時也是海上作戰(zhàn)最關(guān)鍵的構(gòu)成部分。憑借著航母，一個國家就能夠在闊別其領(lǐng)土、在不依賴當(dāng)?shù)貦C場的情形下實施軍事作戰(zhàn)。直到目前，航母已象征著一個國家的綜合國力。

在實訓(xùn)、作戰(zhàn)等條件下，航母上的艦載機的位置經(jīng)常隨著艦載機的騰飛、下降及其在庫里與板面上種種勤務(wù)保障作業(yè)產(chǎn)生著不斷變化，而且多半操作要在隨風(fēng)浪搖晃的甲板上實施，因此危險系數(shù)很大，那么如何才能夠更安全、正確地使艦載機迅速轉(zhuǎn)移，以滿足調(diào)度的需求，是一個至關(guān)重要的課題。

由于航母艦載機停放密度大、空間有限、通道狹窄以及海況情況多變等因素，使其作業(yè)環(huán)境變得更復(fù)雜，對牽引車自身也有更高、更特殊化的要求：1）構(gòu)造緊湊，持有較小的輪廓尺寸，轉(zhuǎn)彎半徑小，作業(yè)更加靈便。同時，車身高度的矮小也是控制整車重心高度以達(dá)到對其穩(wěn)定性的需求。2）制動力與牽引力應(yīng)不小于拖拉相同輕重機場飛機的牽引車。因為機場的跑道和滑行道的坡度較小，而航母甲板和機庫里會碰到作業(yè)面的坡度要大且在不停發(fā)生著改變。艦載機牽引車就必須具備更大的牽引力儲存才能支配飛機按照指定的路線平穩(wěn)挪動并精準(zhǔn)地制動到位。3）因為艦上空間有限，需用盡可能少的車型和車輛的數(shù)目來滿足相對較多的艦載作業(yè)和勤務(wù)需求，在關(guān)鍵時刻不同車輛零配件能夠相互替代通用和補償?shù)哪芰Α?）滿足對艦載設(shè)施的防爆、防腐蝕性能等的特殊需求。5）要求可使用性、可靠性和可維修性較高。

盡管它在許多的方面有其特殊的需求，但從研發(fā)的角度考慮，艦載機牽引車對比機場牽引車存在一些有利的條件主要有：1）對艦載航空器的重量有要求，大多不允許超過35~40 t，機種也有一定限制，因其參數(shù)與性能所需的涵蓋面小，較易實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和通用化；2）牽引作業(yè)時需工作的行程短、行駛空載速度慢、甲板平坦，擁有良好的摩擦特性，也有助于減小發(fā)動機使用壽命；3）通常不需要裝配駕駛室，也沒有載人、載物以及運物的特殊需求，這樣也利于減小其設(shè)計的結(jié)構(gòu)尺寸并簡化非工作的結(jié)構(gòu)部件[3-4]。

2 艦載機牽引車分類

牽引車依照和艦載機的牽引方式，分為有桿牽引和無桿牽引兩大類[5]。

有桿牽引車是通過牽引桿將艦載機與牽引車連接到一起，牽引車的牽引與頂推作用都是需要經(jīng)過牽引桿傳交給艦載機。牽引桿獨立于艦載機和牽引車，并且在連接工作時，需要至少一人專門擔(dān)負(fù)牽引桿的連接工作，一般是將牽引桿掛到艦載機的前起落架上，牽引時經(jīng)過牽引桿傳遞牽引力，并通過牽引桿控制飛機的方向。這類牽引方式在國內(nèi)較為普遍。

無桿牽引車則取消了與艦載機連接的中間環(huán)節(jié)——牽引桿，是將牽引桿及擔(dān)負(fù)牽引桿連接的人的作用集合到牽引車的聯(lián)機裝置——夾持舉升機構(gòu)上[6]。

有桿牽引車能夠牽引載荷使傳遞直接，整體占地大，轉(zhuǎn)彎半徑也大，工作速度較慢，穩(wěn)定性強。而無桿牽引車的液壓夾持-舉升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，維修困難，自身空間小，轉(zhuǎn)彎半徑較小，僅為有桿牽引的半徑一半不到，行動更敏捷，速度較高[7]。如圖1所示，代表了兩種類型艦載機的牽引車和艦載機間的作用聯(lián)系。

圖1 艦載機牽引車和艦載機間的作用聯(lián)系

3 國內(nèi)外艦載機牽引車的發(fā)展現(xiàn)況

3.1 國外艦載機牽引車發(fā)展

國外20世紀(jì)70年代就已經(jīng)設(shè)計出無桿式飛機牽引車，特別是用在航母、機庫、機場等有限的空間場所，供距離短、速度低的調(diào)用飛機。20世紀(jì)80年代后生產(chǎn)了巨型全功能無桿式牽引車，在作業(yè)效率、安全性能等方面取得了較好的成效，經(jīng)濟收益顯著，吸引了民航的廣泛關(guān)注，在歐美地區(qū)的應(yīng)用也日益普及[8]。

美國海軍采用牽引車主要是A/S32A-31A型有桿牽引車，機庫里則多是A/S32A-32型無桿牽引車。如圖2所示，A/S32A-31A型有桿牽引車是一種車身呈扁平造型的矮車身牽引車，最大牽引力37.8 kN，牽引能力幾乎覆蓋了美國海軍現(xiàn)有的主要艦載機和直升飛機。如圖3所示，A/S32A-32型無桿牽引車最大牽引力62.2 kN，最大舉升力71.1 kN，最高牽引速度3.2 km/h。

圖2 美海軍A/S32A-31A型有桿牽引車

圖3 美海軍A/S32A-32型無桿牽引車

3.2 國內(nèi)艦載機牽引車發(fā)展

我國軍用艦載機牽引車的研發(fā)開始是在20世紀(jì)80年代，第一款有桿牽引車于1992年生產(chǎn)，作為我軍第一輛正式列裝的艦載機牽引車，國產(chǎn)牽引車開始為航母提供航面保障，如圖4所示。20世紀(jì)90年代中期，北京金輪公司研發(fā)的小型無桿艦載機牽引車面世，分別和蘇 27、J8、J7、飛豹等戰(zhàn)機匹配并有少量用于部隊，是我國艦載機牽引車的一個里程碑式的進(jìn)展[9]。但由于它的使用受到一定的限制，其技術(shù)潛能沒獲得充分展現(xiàn)，為了擺脫其局限性，金輪公司不停地在鉆研，重心放在新技術(shù)的研發(fā)上，并和海裝駐漢中、閻良軍代表室聯(lián)合研制成功了K/DWC_IA無桿式牽引車，這款牽引車不但彌補了國內(nèi)空缺，還趕超了國外先進(jìn)水平[10]。

3.3 “遼寧號”艦艦載機牽引車

2012年12月，國產(chǎn)殲-15型艦載機在“遼寧號”航空母艦上的成功著艦，為我國海軍發(fā)展史書寫了輝煌的一頁[11]，“遼寧號”航母艦上的艦載機牽引車也隨之進(jìn)入了人們的視線。如圖5所示，當(dāng)前“遼寧號”航空母艦已經(jīng)擁有了有桿和無桿牽引車。

艦上無桿牽引車是乘坐式牽引車，整體為三點支撐式布局，駕駛座放于前部左邊，后輪放在后部兩邊，夾持-舉升機構(gòu)設(shè)在后部兩輪間。如圖6所示，艦上甲板應(yīng)用的艦用有桿牽引車，采取四輪式行走設(shè)置，整車似扁平長方體。車身的前后都安有牽引裝置用來連接牽引桿，便于對艦載機的牽引和頂推。牽引車左側(cè)中部設(shè)置駕駛室，操控工人在其座位上可察看周圍狀況[12]。

圖4 我軍第一輛正式列裝的艦載機牽引車

圖5 “遼寧號”航母艦載機滿載圖

圖6 “遼寧號”艦上的有桿牽引車

4 提出新型艦載機牽引車設(shè)計思路及方案

牽引車作為一款服務(wù)性設(shè)備，其產(chǎn)生與發(fā)展和艦載機產(chǎn)品的飛快發(fā)展密切相關(guān)，每生產(chǎn)一款新型的艦載機，就需要對應(yīng)生產(chǎn)一款牽引車來與之相配，作為牽引車產(chǎn)品的創(chuàng)造與發(fā)展的一次機遇[13-14]。因此,該車具有良好的市場發(fā)展前景。

基于我國一直本著“裝備一代,設(shè)計一代,研發(fā)一代”的研究思路，雖然我國“遼寧號”航空母艦?zāi)壳耙呀?jīng)擁有了有桿和無桿牽引車，但是隨著現(xiàn)代科技和現(xiàn)代戰(zhàn)爭的飛速發(fā)展，需要有高瞻遠(yuǎn)矚的發(fā)展眼光，需要研制新一代牽引車機型?；诖耍岢隽撕侥概炤d機新型智能牽引機車的研究設(shè)計方案。具體方案如下：1）采用液壓傳動，使低速大負(fù)載工況下它的傳動效率更高，調(diào)控更加精準(zhǔn)；2）采取加厚的下底板承載的底盤設(shè)計技藝，重心低，車身矮，行駛平穩(wěn)，容易維修；3）新型智能艦載機牽引車設(shè)計的夾持舉升機構(gòu)，擁有技術(shù)領(lǐng)先、構(gòu)造簡單、運行可靠、約束機構(gòu)完善，進(jìn)而更好地達(dá)到艦載機的使用需求；4）新型智能艦載機牽引車具有行動自如的能力，能夠在高密度停放的艦載機的甲板與機庫狹小的場所自如高效地運作；5）新型智能艦載機牽引車能夠在有桿與無桿兩種牽引模式間進(jìn)行自由轉(zhuǎn)換，有良好的相容性；6）新型智能艦載機牽引車采用鋰離子蓄電池供電，提高了工作效率；7）新型智能艦載機牽引車具有高度智能化功能。

5 新型艦載機牽引車

新型艦載機牽引車由四大部分組成。分別是承載機構(gòu)（車體），控制系統(tǒng)，液壓傳動系統(tǒng)，夾持-舉升機構(gòu)。并使用SolidWorks軟件對牽引車各部分進(jìn)行三維模型建立。

5.1 承載機構(gòu)（車體）

車體采用左右對稱結(jié)構(gòu)，設(shè)計簡單，方便維修，可夾持機輪的最大寬度為0.67 m，最大牽引力22 kN，如圖7所示。

圖7 牽引車承載機構(gòu)

5.2 轉(zhuǎn)向行駛機構(gòu)

整車的轉(zhuǎn)向行駛機構(gòu)由無線遙控器和車上的攝像頭相匹配控制方向，帶動輪轂電動機，后輪驅(qū)動，前輪隨動，如圖8所示。

5.3 控制系統(tǒng)

工作人員與牽引車不直接觸碰，牽引車與艦載機相接時，全程就靠一個專業(yè)工作人員經(jīng)過遙控裝置實行控制，自動化程度高，不需人工協(xié)助。牽引車體與遙控器分置，通過牽引車前方的攝像頭接受信號控制牽引車的行駛。由于是遙控控制，工作人員能夠在最安全的地方察看艦載機與牽引車，遠(yuǎn)距離控制牽引車的作業(yè)及和艦載機的對接與分離。進(jìn)一步發(fā)展，還可采用控制室有序操控各牽引車。

5.4 液壓傳動系統(tǒng)

夾持-舉升裝置是新型牽引車特有的一套裝置設(shè)備，靠液壓傳動。在連接艦載機時,首先依靠提升液壓缸伸長與收回，帶動夾持-舉升機構(gòu)打開、閉合、升高，當(dāng)艦載機前輪進(jìn)入夾持-舉升機構(gòu)接著壓緊前輪，啟動有關(guān)裝置將飛機前輪抱緊，同時抬起前輪使其遠(yuǎn)離甲板[15]，這些動作都是由液壓系統(tǒng)帶動的。

5.5 夾持－舉升機構(gòu)

由液壓系統(tǒng)將機構(gòu)前臂伸出并打開，當(dāng)被牽艦載機前輪駛?cè)氪蜷_的夾持機構(gòu)范圍里，這時反向回轉(zhuǎn)至鎖緊夾持機構(gòu)，從而再通過液壓系統(tǒng)將前輪抱緊并向上提拉升高，達(dá)到指定位置后，升起前輪使前輪離開地即可以牽引艦載機行走，如圖9、圖10所示。

圖9 夾持-舉升機構(gòu)

圖10 夾持-舉升機構(gòu)操作流程

6 結(jié) 語

航母艦載機牽引車不僅要有常規(guī)岸基牽引車的種種作業(yè)性能，而且也要具有適應(yīng)高濕、高鹽霧和海水腐蝕等殘酷的海上作業(yè)環(huán)境，還需要有抗破壞、抗輻射等強的適應(yīng)性。艦載機牽引車已經(jīng)不僅僅是要有牽引性質(zhì)的普通車輛，而是艦載機在調(diào)運作業(yè)時不能或缺的軍用裝備。艦載機牽引車的設(shè)計是對普通牽引車的借鑒和在事實運用的需求相互交織的結(jié)果，艦載機牽引車的使用和發(fā)展，既來自于過往經(jīng)驗的繼承和影響，又有當(dāng)代技術(shù)的創(chuàng)新和融合。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們獨到的創(chuàng)新設(shè)計思想，必將會出現(xiàn)更多更加完美的新型艦載機牽引車服役于當(dāng)今我國的航母之上。