直升機(jī)甲板電氣系統(tǒng)設(shè)計

王克虎，楊雪蓮

（上海外高橋造船有限公司，上海 200137）

0 引 言

由于海洋平臺的作業(yè)海域通常距離海岸較遠(yuǎn)，為方便平臺操作人員正常換班，同時為實現(xiàn)在緊急情況下撤離平臺，通常采用直升機(jī)作為快速撤離或救助工具。直升機(jī)具有反應(yīng)速度快、承載能力強(qiáng)等特點，逐漸成為海工平臺的標(biāo)準(zhǔn)配置。電氣系統(tǒng)作為直升機(jī)甲板重要的服務(wù)組成部分之一，是直升機(jī)安全起降的重要保障。

1 直升機(jī)甲板電氣系統(tǒng)設(shè)計

1.1 直升機(jī)甲板概述

直升機(jī)甲板通常布置在海工平臺主船體結(jié)構(gòu)的最前端和最上端，主要由直升機(jī)甲板平臺、甲板平臺結(jié)構(gòu)支撐和平臺服務(wù)系統(tǒng)等組成。

直升機(jī)甲板按照形狀的不同分為正八邊形飛行甲板、矩形飛行甲板及其他形狀的飛行甲板；飛行甲板按照主結(jié)構(gòu)材質(zhì)的不同又分為鋼制甲板和鋁制甲板，其中鋁制甲板由于重量較輕，在后期作業(yè)過程中不論是平臺結(jié)構(gòu)還是甲板表面摩擦力，均不涉及需維護(hù)和保養(yǎng)，設(shè)計簡單，但因鋁制平臺價格偏高，應(yīng)用還未得到大規(guī)模推廣。無論是形狀不同還是結(jié)構(gòu)材質(zhì)不同，直升機(jī)甲板配置的服務(wù)系統(tǒng)要求是相同的。

目前，海洋工程領(lǐng)域的直升機(jī)甲板設(shè)計可參考的常用標(biāo)準(zhǔn)有：國際航運公會（ICS）的直升機(jī)平臺規(guī)范、澳大利亞海事安全局（AMSA）的要求、英國民航局的海上直升機(jī)降落區(qū)標(biāo)準(zhǔn)指南（CAP 437）、海事安全委員會（MSC）的通函要求、海上人命安全公約（SOLAS）、各船級社的規(guī)范和中國民航總局的要求等[1]。

英國民航局的CAP 437在海工平臺上的應(yīng)用比較廣泛，該標(biāo)準(zhǔn)在2013年對直升機(jī)甲板提出了一些新要求，如增加H燈和環(huán)形燈等[2]。下面基于CAP 437的新要求進(jìn)行簡要說明。

1.2 直升機(jī)甲板電氣系統(tǒng)

直升機(jī)甲板電氣系統(tǒng)主要由甲板照明系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、無線電通信系統(tǒng)和無方向性無線電信標(biāo)（Non-Directional Beacon, NDB）等系統(tǒng)組成[3]。

1.2.1 甲板照明系統(tǒng)

照明系統(tǒng)是直升機(jī)甲板的重要組成系統(tǒng)之一，是指引飛機(jī)安全降落的重要設(shè)施。特別是對于滿足夜航降落要求的飛行甲板，照明系統(tǒng)是直升機(jī)安全降落的重要保證。正常的直升機(jī)甲板照明系統(tǒng)主要由邊界燈、投光燈、狀態(tài)燈、風(fēng)袋燈、H燈和環(huán)形燈等組成（見圖 1）。

1) 邊界燈是標(biāo)識飛機(jī)甲板周界的照明燈，是飛行員能從降落區(qū)之上或上方全方向可見的綠色標(biāo)識燈。

2) 狀態(tài)燈是閃爍的紅燈，由1盞或幾盞（其中“幾盞”表示狀態(tài)燈由1盞主燈及1盞或多盞復(fù)示燈組成）組成，是當(dāng)平臺上存在可能對直升機(jī)或機(jī)上的人員有安全隱患時發(fā)出警告信號，使駕駛員從任何進(jìn)場方向和著陸方向均能看到該標(biāo)識。正常狀態(tài)燈應(yīng)關(guān)閉；在飛機(jī)首次與停機(jī)坪聯(lián)絡(luò)之后，燈就應(yīng)為連續(xù)點亮狀態(tài)；待停機(jī)坪準(zhǔn)備就緒，狀態(tài)燈應(yīng)再次關(guān)閉。同時，該狀態(tài)燈應(yīng)能在有毒氣體警報啟動時自動啟動，并能在直升機(jī)甲板上手動啟動。此外，狀態(tài)燈應(yīng)能在可能危及直升機(jī)進(jìn)場的距離之外可見。

圖1 直升機(jī)甲板照明燈具

3) 風(fēng)袋燈用于在直升機(jī)降落或起飛時為飛行員提供環(huán)境參考，安裝在離直升機(jī)甲板盡可能近的地方，但有可能會成為直升機(jī)降落的障礙物，同時會受直升機(jī)渦輪氣流的影響，不能正確指明風(fēng)向。因此，風(fēng)袋燈盡可能安裝在靠近舷內(nèi)的一側(cè)。

4) H燈和環(huán)形燈是近幾年為滿足最新CAP 437的要求而設(shè)定的可替代投光燈的一種LED燈帶，能更加清楚形象地顯示直升機(jī)甲板降落中心區(qū)及中心點H，且不會對飛行員造成視覺上的干擾，可使飛行員在夜間降落時清晰地看到最佳著陸點。環(huán)形燈顯示的顏色為黃色，H燈顯示的顏色為綠色。

5) 投光燈是為投射直升機(jī)降落中心區(qū)H設(shè)置的，在H燈和環(huán)形燈出現(xiàn)之前，直升機(jī)甲板必須標(biāo)置。在H燈和環(huán)形燈出現(xiàn)之后，投光燈成為可選項，但考慮到平臺人員在夜間可能需在直升機(jī)甲板上開展臨時性工作，從設(shè)計的角度看，建議保留投光燈，在直升機(jī)需降落或起飛時將其關(guān)閉即可。

1.2.2 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要由風(fēng)速風(fēng)向傳感器、能見度傳感器、大氣溫度傳感器、云高傳感器和甲板運動傳感器等組成，有時也將浪高和閃電距離方向傳感器等作為系統(tǒng)配選設(shè)備。

1) 風(fēng)速風(fēng)向傳感器監(jiān)測大氣的風(fēng)速和風(fēng)向，飛行員需根據(jù)當(dāng)時的風(fēng)速和風(fēng)向確定直升機(jī)起落甲板的進(jìn)場方向并評估風(fēng)力對飛機(jī)的影響。

2) 能見度傳感器是在需觀察水平方向的障礙物時為飛行員提供距離方面的信息。同時，可基于能見度的情況決定是遵循目視飛行規(guī)則還是遵循儀表飛行規(guī)則。

3) 大氣溫度是所有飛行作業(yè)的重要參數(shù)。空氣的溫度會影響空氣密度，當(dāng)在接近露點的溫度下操作時，冰凍的直升機(jī)旋翼葉片和其他發(fā)動機(jī)部件會有一定的危險性。同時，氣溫和濕度是戶外作業(yè)十分重要的基本氣象參數(shù)。

4) 云高傳感器可顯示云冪高度或最低云底高度，二者是在直升機(jī)甲板上著陸或起飛時需要的重要信息，與水平能見度共同決定飛行員是采用目視飛行規(guī)則還是采用儀表飛行規(guī)則。

5) 運動傳感器是海上直升機(jī)甲板為著陸開放或關(guān)閉的決定性因素。在移動浮動海上平臺上，直升機(jī)起落甲板運動會給直升機(jī)的降落或登船帶來極大的風(fēng)險，并可能導(dǎo)致直升機(jī)墜落在甲板上或側(cè)翻。因此，該信息是保證直升機(jī)安全降落的重要參考。

6) 浪高和閃電距離方向傳感器是選配信息，為飛行員提供安全參考信息。

1.2.3 無線電通信系統(tǒng)

無線電通信系統(tǒng)是保證進(jìn)場直升機(jī)飛行員與降落地值班人員有效溝通的必要手段，能使飛行員第一時間獲得必要的安全信息，為直升機(jī)安全降落及離場提供保障。

NDB發(fā)射無方向性的無線電電波，通過機(jī)載無線電羅盤接收發(fā)射來的信號來測定飛機(jī)與信標(biāo)的相對方位角，從而引導(dǎo)直升機(jī)沿預(yù)定的航線飛行，或與指點信標(biāo)配合使用，引導(dǎo)飛機(jī)進(jìn)場、離場。正常NDB天線安裝在繞甲板的外圍一圈，安裝高度不能超出甲板平面限定高度。

1.3 設(shè)計及安裝注意要點

1) 在設(shè)計上，直升機(jī)甲板照明系統(tǒng)應(yīng)由主電源和應(yīng)急電源供電，并至少由2個獨立的最后分路供電[4]。在2路供電中，一路不間斷電源（Uninterruptible Power Supply, UPS），使得全船失電時UPS可臨時供電，保證飛機(jī)安全起降。飛機(jī)甲板環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和通信系統(tǒng)電源通常來自平臺中央控制室的通信分電箱，而通信分電箱由主電源和應(yīng)急電源供電，因此能保證環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)與通信系統(tǒng)供電冗余。

2) 在安裝布置上，為杜絕現(xiàn)場障礙物給直升機(jī)起降帶來碰撞影響，規(guī)范對直升機(jī)甲板定義了無障礙區(qū)和障礙限制區(qū)，并對2個區(qū)域內(nèi)的設(shè)備高度做了具體要求，下面先就這2個區(qū)域進(jìn)行解釋。

首先，直升機(jī)甲板應(yīng)包含一個直徑不小于D的圓形區(qū)域，不同機(jī)型的甲板直徑D的要求不同，如：機(jī)型Sikorsky S76的降落甲板直徑要求大于等于16m；機(jī)型Agusta A109的降落甲板直徑要求大于等于13.05m。

1) 無障礙區(qū)：平臺著陸區(qū)域為完全無障礙區(qū)（見圖2），降落甲板垂直向上210°范圍內(nèi)及降落甲板以下180°范圍內(nèi)，都處在無障礙區(qū)內(nèi)。

圖2 無障礙區(qū)標(biāo)識

2) 障礙限制區(qū)域：圖 3為障礙限制區(qū)標(biāo)識，在 150°范圍內(nèi)的為障礙限制區(qū)，從障礙限制區(qū)起點向外至 0.12D的距離內(nèi)，障礙物在直升機(jī)甲板上的高度不應(yīng)大于0.25m。從該弧線再向外0.21D的距離內(nèi)，障礙物的最大高度應(yīng)限制在以直升機(jī)甲板平面上0.05D為起始高度，以垂直方向與水平方向之比為1:2的坡度界限內(nèi)。因此，該區(qū)域附近的桅桿、天線和甲板吊車吊臂等設(shè)備的布置要特別注意。平臺有關(guān)通信娛樂的天線通常會安裝在生活樓頂部，靠近該區(qū)域，因此在安裝時要充分考慮障礙區(qū)的延伸路徑，不能離直升機(jī)甲板太近，否則很可能處于障礙限制區(qū)的覆蓋范圍內(nèi)。

從上面的2個定義中可看出，安裝在無障礙區(qū)和障礙限制區(qū)的設(shè)備要充分滿足規(guī)范的要求，并充分考慮其區(qū)域的延長范圍。

圖3 障礙限制區(qū)標(biāo)識

直升機(jī)甲板照明系統(tǒng)的邊界燈、投光燈和狀態(tài)燈等要安裝在直升機(jī)甲板四周，并在平面以上，燈的底座板只能安裝在排污槽的外沿上，以使甲板上的油污水毫無障礙地匯集到排污槽內(nèi)。當(dāng)直升機(jī)甲板直徑D>16m時，這些燈具的安裝高度不應(yīng)超出甲板以上0.25m；當(dāng)直升機(jī)甲板直徑D＜16m時，這些燈具的安裝高度不能超出甲板以上0.05m。H燈和環(huán)形燈安裝在甲板的中心位置處，其安裝高度不能超出甲板以上0.025m。同時，任意相鄰的2盞邊界燈要等距離布置，相互之間的距離不能大于3m；投光燈通常配置4盞，并確保4盞燈的投射交點與中心區(qū)域H中心點重疊；狀態(tài)燈主燈需安裝在直升機(jī)甲板上或靠近直升機(jī)甲板的地方；復(fù)示燈可安裝在其他便于飛行員看見的地方。此外，風(fēng)袋燈若安裝在150°的障礙限制區(qū)內(nèi)，則安裝高度要滿足高度要求。

直升機(jī)作為機(jī)械動力裝備，需進(jìn)行加油，也可能會產(chǎn)生火災(zāi)，需在直升機(jī)甲板附近布置直升機(jī)加油設(shè)施，并在直升機(jī)甲板四周布置消防設(shè)施。因此，安裝在直升機(jī)甲板四周的邊界燈、投光燈和狀態(tài)燈要避免安裝在消防設(shè)施（如消防龍頭）的正前方，這樣既可避免在消防龍頭轉(zhuǎn)動滅火時阻擋其轉(zhuǎn)向使用，又可避免大量的消防水直接飛濺到燈具本體影響其使用壽命。加油裝置通常會安裝在直升機(jī)甲板下方，而加油警告燈建議安裝在駕駛室的機(jī)組人員能瞭望到的區(qū)域，這樣方便提醒機(jī)組人員進(jìn)行安全操作。

此外，作為輔助的直升機(jī)障礙標(biāo)識，障礙物標(biāo)志燈也是平臺必配的。障礙物標(biāo)志燈應(yīng)在超出直升機(jī)甲板的物體上安裝，例如：在平臺上的障礙物最高點安裝的標(biāo)志燈，0°～15°（水平以上角度）最低光強(qiáng)至少為50cd，5°～8°（水平以上角度）最低光強(qiáng)至少為200cd；安裝在其他障礙物上的標(biāo)志燈，0°～30°（水平以上角度）的最低光強(qiáng)至少為10cd，這樣就可為直升機(jī)飛行員提供相關(guān)障礙物視覺信息。

2 結(jié) 語

通過對滿足CAP 437要求的海工平臺直升機(jī)甲板電氣系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備的介紹，初步認(rèn)識直升機(jī)甲板，同時掌握其電氣系統(tǒng)設(shè)備的主要功能和設(shè)計要點，為其設(shè)計和安裝提供一些參考，從而在設(shè)計初期進(jìn)行綜合考慮，減少設(shè)計差錯和現(xiàn)場修改，為裝配直升機(jī)甲板的平臺設(shè)計提供技術(shù)幫助。