美國海軍EA-18G 艦載機(jī)PALS 海上試驗(yàn)分析

顏世偉，譚大力，耿建明

(中國人民解放軍92942 部隊(duì)，北京 100161 )

0 引 言

電子戰(zhàn)飛機(jī)是航母艦載機(jī)的重要組成部分，一直在進(jìn)行不斷的試驗(yàn)和升級，以進(jìn)一步增強(qiáng)其電子戰(zhàn)能力。美國海軍EA-18G“咆哮者”專用電子戰(zhàn)飛機(jī)是在F/A-18F 雙座艦載機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展出來的電子戰(zhàn)飛機(jī)，與F/A-18 具有較高的通用性，大大縮減了航母上的保障難度和成本。隨著實(shí)戰(zhàn)中的顯著作戰(zhàn)效果，電子戰(zhàn)飛機(jī)已從原來的作戰(zhàn)保障轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N重要的作戰(zhàn)力量。EA-18G 較F/A-18 在外型上有所改進(jìn)，著艦重量提升到48 000 lb，并且為執(zhí)行電子戰(zhàn)任務(wù)升級了任務(wù)系統(tǒng)。美國海軍2006 年為EA-18G 海上試驗(yàn)進(jìn)行了2 個階段的準(zhǔn)備：第1 階段為飛行品質(zhì)和性能測試階段，評估EA-18G 的著艦和復(fù)飛性能；第2 階段為精密著艦系統(tǒng)（PALS）測試階段，目的為試驗(yàn)航母全自動著艦引導(dǎo)系統(tǒng)（ACLS）、儀表著艦引導(dǎo)系統(tǒng)（ICLS）和自動油門控制等，以及精密進(jìn)近著艦系統(tǒng)（PALS）可操作性，以驗(yàn)證EA-18G 在海洋環(huán)境下的性能是否滿足要求。根據(jù)以往的試驗(yàn)情況，海軍飛機(jī)都要經(jīng)歷數(shù)周的海上試驗(yàn)和評估，期間海軍會提供指定的航母為測試提供支持。然而，EA-18G 海上試驗(yàn)只有5 天的時間并且需進(jìn)行3 項(xiàng)認(rèn)證，這對試驗(yàn)計(jì)劃、試驗(yàn)效率都提出了更高的要求。

1 測試對象

EA-18G 是由波音公司研制和生產(chǎn)的電子戰(zhàn)飛機(jī)，用來替換原EA-6B，主要功能為航母提供探測、識別和壓制等電子戰(zhàn)支援。飛機(jī)攜帶的電子戰(zhàn)系統(tǒng)主要集成在機(jī)體之內(nèi)，包括電子攻擊單元，ALQ-218 接收系統(tǒng)，ALQ-227 通信對抗裝置，Link16 多信息數(shù)據(jù)系統(tǒng)，增強(qiáng)數(shù)字通信系統(tǒng)，多任務(wù)先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)終端，ALQ-99戰(zhàn)術(shù)阻塞系統(tǒng)和干擾系統(tǒng)。ALQ-218 集成在了機(jī)翼翼尖，ALQ-99 可掛載在機(jī)翼內(nèi)測、中間和機(jī)身中心掛點(diǎn)。通過對機(jī)翼和機(jī)頭修型明顯改善了跨音速飛行品質(zhì)改善，如圖1 和圖2 所示。EA-18G 有11 個外掛點(diǎn)，除了干擾吊艙外還能攜帶空空導(dǎo)彈，不需要護(hù)航飛機(jī)可單獨(dú)執(zhí)行任務(wù)。

圖 1 EA-18G 機(jī)翼和機(jī)頭修型Fig. 1 The Modification of EA-18G Wing and Nose

圖 2 EA-18G 外掛電子戰(zhàn)吊艙Fig. 2 EA-18G External EW Pod

由于增加帶彈著艦的要求，EA-18G 的著艦重量增加大48000 lb。圖2 顯示了EA-18G 對稱掛載和F/A-18 五掛點(diǎn)配置的比較，以及在右側(cè)增加CATM-88 吊艙，并移除左側(cè)ALQ-99 吊艙的非對稱著艦構(gòu)型。

以上這些改動不是有意使EA-18G 的PALS 飛行性能或整機(jī)飛行品質(zhì)產(chǎn)生降級，而是普遍認(rèn)為EA-18G 的這種改變會影響PALS 的功能和性能，包括改變先進(jìn)任務(wù)電腦（AMC）、操縱飛行程序（OFP）和飛行控制電腦的OFP 等，因此有必要開展相關(guān)的海上測試。

2 海上試驗(yàn)

2.1 艦尾流測試

需要在海上環(huán)境下進(jìn)行艦尾流飛行測試的一個重要原因就是，自從20 世紀(jì)50 年代開始到現(xiàn)在，海軍一直在利用CFD 技術(shù)等對艦尾流進(jìn)行研究，但仿真計(jì)算結(jié)果仍無法對著艦任務(wù)進(jìn)行充分的評估。航母尾部區(qū)域氣流場分布如圖3 所示，清晰地顯示了艦島是該區(qū)域產(chǎn)生氣流分離的主要原因，分離流場對艦載機(jī)著艦的操縱品質(zhì)和飛行員都將產(chǎn)生不利影響。

圖 3 航母艦尾流場分布情況Fig. 3 Distribution of aft flow field of aircraft carrier

2.2 動態(tài)高增益試驗(yàn)

著艦是一種動態(tài)高增益環(huán)境的飛行，是需要在海上進(jìn)行測試的另一個原因。由于艦載機(jī)座艙視線狹窄，以及艦上較小的安全著艦區(qū)域，導(dǎo)致著艦過程成為一種高增益操縱的飛行，陸上測試中出現(xiàn)的飛行品質(zhì)缺點(diǎn)將同樣出現(xiàn)在海上試驗(yàn)中。在俯仰運(yùn)動的航母甲板上著艦被公認(rèn)為是最困難的飛行任務(wù)。海軍可以在岸上機(jī)場畫出著艦跑道，以模擬航母著艦跑道的空間形態(tài)，但這種跑道是固定的，沒有航母著艦跑道的夾角和俯仰、升沉等運(yùn)動。艦載機(jī)著艦時，飛行員從駕駛艙觀察，著艦跑道是從左向右運(yùn)動的。飛行員要為了使飛機(jī)沿著跑道中線下滑必須進(jìn)行連續(xù)的修正，這必然產(chǎn)生側(cè)滑，并且修正誤差的允許邊界也很小。因?yàn)樵谙禄€中線上，垂直方向的偏差對著艦點(diǎn)的影響是十分明顯的，下劃道上1 ft 的垂直偏差會導(dǎo)致著艦點(diǎn)縱向20 ft 的偏差（可接受的著艦觸艦偏差為160 ft）。垂直方向的偏差不影響橫向的著艦點(diǎn)，但是由于改進(jìn)FLOLS 的滾轉(zhuǎn)角與垂直方向耦合后會產(chǎn)生高度的偏差，如圖4 中的光線A 所示，艦載機(jī)如果在偏向中線的右側(cè)會高于中線的“肉球”的高度，相反在左側(cè)則會低于“肉球”光線的高度，也就是說橫向偏差也會產(chǎn)生高度偏差。因此，駕駛艙內(nèi)配有顯示與理想下滑道偏差的裝置。

圖 4 FLOLS 滾轉(zhuǎn)角對艦載機(jī)相對中心線高度的影響Fig. 4 Influence of roll angle on center line height

2.3 其他測試

艦載機(jī)艦上電磁兼容評估需要在航母飛行甲板上進(jìn)行，同時還需對EA-18G 起飛和復(fù)飛時的視覺識別（VID）和兼容性進(jìn)行評估。艦載機(jī)的VID 能力是強(qiáng)制性的，要與阻攔裝置和IFLOLS 進(jìn)行足夠時間的檢查驗(yàn)證，其涉及到LSO、塔臺的首席飛行指揮員和艦載機(jī)著艦和回收人員。

3 試驗(yàn)評估環(huán)境

試驗(yàn)環(huán)境包括航母的可用性、試驗(yàn)周期和計(jì)劃、以及試驗(yàn)相關(guān)的人力資源。

3.1 航母可用性

有很多因素會影響海上試驗(yàn)中航母的可用性。一是當(dāng)時美國海軍減少了“肯尼迪”、“小鷹”等航母的數(shù)量；二是為應(yīng)對9·11 事件，美國海軍實(shí)行了“艦隊(duì)響應(yīng)計(jì)劃”，組建了由航母組成的打擊編隊(duì)，作戰(zhàn)行動需求日漸增加。所以，可用的航母試驗(yàn)時間特別寶貴。很多情況下，對于額外的飛行測試所需的加班時間都是受限的，許多測試評估計(jì)劃因無航母可用而取消。EA-18G 的海上試驗(yàn)原計(jì)劃2008 年初開始，但是因無航母可用計(jì)劃推遲了3 個月，增加了EA-18G的試驗(yàn)計(jì)劃風(fēng)險。

3.2 試驗(yàn)計(jì)劃

按照海軍要求，試驗(yàn)實(shí)施方制定了高度優(yōu)化的試驗(yàn)計(jì)劃，但這也導(dǎo)致了海上評估試驗(yàn)如有延遲，試驗(yàn)計(jì)劃調(diào)整起來將會非常復(fù)雜。EA-18G 的海上評估被分為3 個主要評估試驗(yàn)：一是在“艾森豪威爾”航母上的飛行甲板認(rèn)證；二是航母空中交通管制認(rèn)證；三是PALS 認(rèn)證，VX-23 航母適配性部門利用飛行評估測試的原班人馬制定并執(zhí)行了PALS 的海上認(rèn)證。典型的飛行測試會根據(jù)不可預(yù)測的延遲進(jìn)行調(diào)整，但試驗(yàn)推遲后浪費(fèi)的時間是無法彌補(bǔ)的，并可能導(dǎo)致試驗(yàn)的完全失敗。EA-18G 的海上連續(xù)試驗(yàn)計(jì)劃對保障能力、飛行計(jì)劃和執(zhí)行飛行計(jì)劃的能力都提出了更高要求?？梢哉f，制定好的計(jì)劃幾乎沒有變更的可能性，同時幾乎也沒有額外的測試時間。

3.3 人力資源

海上試驗(yàn)的人力資源同樣是有限的。VX-23 是一支來源廣泛、經(jīng)驗(yàn)豐富的由少量人員組成的海上飛行試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)幾乎所有人都用來配合EA-18G 的海上試驗(yàn)。以目前的試驗(yàn)計(jì)劃和人員，試驗(yàn)前期每周都要工作6-7 天，試驗(yàn)中的軍人更加缺乏。因?yàn)椋瑢τ谠撛u估軍方人員是領(lǐng)導(dǎo)和協(xié)調(diào)航母的關(guān)鍵。測試團(tuán)隊(duì)中的軍方人員要對眾多的行政事務(wù)進(jìn)行協(xié)調(diào)和負(fù)責(zé)，包括所有的飲食、住宿、補(bǔ)給、召集、協(xié)調(diào)飛行計(jì)劃等。這些管理和運(yùn)行任務(wù)遠(yuǎn)比正常的飛行測試任務(wù)復(fù)雜，對人力資源產(chǎn)生了很大壓力。

4 評估試驗(yàn)計(jì)劃

考慮到海上測試比一般飛行測試計(jì)劃需要更多的協(xié)調(diào)，測試團(tuán)隊(duì)有2 個獨(dú)立的工程團(tuán)隊(duì)，分別是PALS 團(tuán)隊(duì)和飛行品質(zhì)評估團(tuán)隊(duì)，2 個評估團(tuán)隊(duì)需要高度協(xié)作，同時還要與航母協(xié)調(diào)整個海試評估試驗(yàn)，只有保證效率才能滿足時間要求。

4.1 試驗(yàn)原則

整個測試計(jì)劃的原則為：制定合理化的目標(biāo)，簡潔可達(dá)的評估準(zhǔn)則，以及2 個團(tuán)隊(duì)的密切合作?！鞍劳枴焙侥福–VN）從事飛行試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)、航母適配性部門（CVS）海上飛行試驗(yàn)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和前期F/A-18E/F 的海試經(jīng)驗(yàn)，都是保證EA-18G 海試能夠按時間節(jié)點(diǎn)完成的基礎(chǔ)。

4.2 甲板風(fēng)包絡(luò)線試驗(yàn)

由于航母和艦載機(jī)存在2 個甲板風(fēng)包絡(luò)線的限制條件，海試變得非常復(fù)雜。這2 個內(nèi)因一是母艦甲板風(fēng)（WOD）包絡(luò)線，二是飛機(jī)的風(fēng)包絡(luò)線。甲板風(fēng)和飛機(jī)風(fēng)包絡(luò)相互耦合影響了飛機(jī)的配置，同時也對艦載機(jī)著艦產(chǎn)生影響。EA-18G 的海試測驗(yàn)結(jié)果包含了2 種配置的完整甲板風(fēng)包絡(luò)線和飛機(jī)風(fēng)包絡(luò)線結(jié)果，以保證飛機(jī)在要求的測試點(diǎn)的操縱品質(zhì)等級（HQR）不會出現(xiàn)偏差。

甲板風(fēng)包絡(luò)線包括以下幾個狀態(tài)：

1）標(biāo)稱甲板風(fēng)，無側(cè)風(fēng)，不超過25～28 kn；

2）標(biāo)稱左舷甲板風(fēng)，7～10 kn 左舷側(cè)風(fēng)，25～28 kn LA；

3）標(biāo)稱右舷甲板風(fēng)，7～10 kn 右舷側(cè)風(fēng)，25～28 kn LA；

4）標(biāo)稱高甲板風(fēng)，無側(cè)風(fēng)，35～40 kn；

5）標(biāo)稱高左舷甲板風(fēng)，7～10 kn 左舷側(cè)風(fēng)，35～40 kn LA；

6）標(biāo)稱高右舷甲板風(fēng)，7～10 kn 右舷側(cè)風(fēng)，35～40 kn LA；

7）標(biāo)稱彈射側(cè)風(fēng)：10～15 kn 左或右側(cè)風(fēng)，15 kn 正風(fēng)。

通常測試中可用的最大側(cè)風(fēng)為7 kn（3.6 m/s）。EA-18G 的測試目標(biāo)為7 kn，可允許的最大值為10 kn，但CVN 指揮官放棄了10 kn 這種極端條件下的測試。甲板風(fēng)包絡(luò)如圖5 所示。

圖 5 海上試驗(yàn)甲板風(fēng)包絡(luò)Fig. 5 Deck wind envelope for sea trial

4.3 非標(biāo)稱的測試情況

非標(biāo)稱的測試點(diǎn)是根據(jù)任務(wù)中艦載機(jī)可接受的最大允許偏差而制定的。非標(biāo)稱著艦包括復(fù)飛、高于理想下滑道、低于理想下滑道、偏左、偏右，以及以上幾種情況組合的著艦狀態(tài)。圖6 顯示了在LSO 顯示器上觀察到的艦載機(jī)與理想下滑道間的偏差情況。

圖 6 艦載機(jī)非標(biāo)稱狀態(tài)時的相對位置Fig. 6 The relative position of aircraft in non-nominal condition

5 海上試驗(yàn)

5.1 試驗(yàn)前準(zhǔn)備

海上試驗(yàn)需要試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)與艦載機(jī)、航母進(jìn)行非常高層次的協(xié)調(diào)。在艦載機(jī)進(jìn)行首次著艦前進(jìn)行了為期6 個月準(zhǔn)備，參試單位通過各種手段進(jìn)行了有效溝通，協(xié)調(diào)內(nèi)容主要包括試驗(yàn)計(jì)劃、試驗(yàn)必備條件、試驗(yàn)保障和安全等。

5.2 前期試驗(yàn)結(jié)果

艦載機(jī)發(fā)展的成熟度與否是影響海上飛行測試結(jié)果、試驗(yàn)風(fēng)險和試驗(yàn)時間的重要因素。EA-18G 的成熟度取決于飛機(jī)試驗(yàn)載荷、氣動性能、飛行品質(zhì)等，EA-18G 的氣動性能、艦機(jī)適配性、地面載荷演示驗(yàn)證及結(jié)構(gòu)試驗(yàn)于2006 年由VX-23 中隊(duì)進(jìn)行了測試，同年也對飛機(jī)的飛行品質(zhì)和飛行性能進(jìn)行了測試。2007-2008 年，在帕特克森河基地，進(jìn)行了模擬航母環(huán)境下的任務(wù)系統(tǒng)艦機(jī)適配測試，測試期間沒有出現(xiàn)操縱品質(zhì)、飛機(jī)結(jié)構(gòu)和任務(wù)系統(tǒng)功能等方面的問題。EA-18G測試結(jié)果良好，可以進(jìn)行后續(xù)海上試驗(yàn)。