艦載直升機技術(shù)發(fā)展對任務(wù)能力的影響

馮維超,呂春雷

(中國直升機設(shè)計研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001)

0 引言

20世紀(jì)后期，隨著海洋開發(fā)事業(yè)的興起和現(xiàn)代海軍的快速發(fā)展，國家戰(zhàn)略利益從本土向海外、從地區(qū)向全球、從三維空間向多維空間拓展，各國海軍迫切需要掌握海上制空權(quán)，維護海洋權(quán)益，保障本國領(lǐng)海安全，對軍事力量不斷提出適應(yīng)性要求。艦載直升機作為一種重要的海上武器裝備，可遂行反潛、反艦、偵察、搜救、運輸、兩棲突擊、空中預(yù)警、水雷戰(zhàn)、電子戰(zhàn)等多種任務(wù)，能夠有效增強載艦的防御能力和登陸能力，擴大載艦的勢力范圍。

以美國為首的西方國家在競相發(fā)展軍用艦船的同時，都在大力發(fā)展性能優(yōu)良的艦載直升機。直升機裝備水面艦艇也成為艦艇現(xiàn)代化的一個重要標(biāo)志[1]。艦載直升機可有效提升海軍兩棲作戰(zhàn)能力，增強水面艦艇編隊的信息感知能力，對艦船編隊的綜合作戰(zhàn)能力的發(fā)揮具有巨大作用。

隨著空天一體、海天一體等戰(zhàn)略思想的出現(xiàn)，艦載直升機作為海軍力量的重要組成部分，其作用和地位也日益凸顯，而且與陸基直升機的發(fā)展一樣，艦載直升機不可避免地朝著高速、高機動、遠(yuǎn)航程等方向發(fā)展。這從根本上推動了高速新構(gòu)型、新構(gòu)型旋翼、高生存力、多任務(wù)平臺、無人化等方面的技術(shù)發(fā)展，從而推動艦載直升機更好地融合到體系化、信息化作戰(zhàn)中，能夠更加靈活隱蔽和快速機動地完成反潛反艦、搜索救援等作戰(zhàn)任務(wù)，同時也開創(chuàng)了快速登陸登島，奪取島嶼控制權(quán)以及零傷亡突擊的全新作戰(zhàn)方式。

1 艦載直升機技術(shù)發(fā)展與能力提升

如前所述，艦載直升機的技術(shù)發(fā)展主要包括高速新構(gòu)型、新構(gòu)型旋翼技術(shù)、高生存力、多任務(wù)平臺以及無人化等5個方面，這些方面的技術(shù)發(fā)展促進(jìn)了艦載直升機能力的整體提升(如圖1所示)，從而更大程度地滿足軍事需求，其中：

1) 高速新構(gòu)型技術(shù)通過突破傳統(tǒng)構(gòu)型對速度的限制，實現(xiàn)艦載直升機速度的提升；

2) 新構(gòu)型旋翼技術(shù)通過采用無軸承或無鉸構(gòu)型提高旋翼的效率和直升機的機動性，同時更為簡化的旋翼槳轂結(jié)構(gòu)還可以提高旋翼維護性；

3) 高生存力技術(shù)包括復(fù)合材料應(yīng)用、應(yīng)急漂浮和智能著艦等技術(shù)，可提升艦載直升機的戰(zhàn)場損傷修復(fù)能力、海面墜毀生存力以及艦上使用安全性；

4) 多任務(wù)平臺技術(shù)是通過模塊化整機集成設(shè)計與綜合化、模塊化航電設(shè)計構(gòu)建多任務(wù)平臺，通過加裝不同的任務(wù)系統(tǒng)實現(xiàn)多種用途，一方面可以減少艦上保障設(shè)備的數(shù)量，另一方面可以通過快速轉(zhuǎn)換實現(xiàn)快速反應(yīng)能力；

圖1 艦載直升機技術(shù)發(fā)展方向與能力提升

5) 無人化技術(shù)是通過艦載專用無人機以及有人/無人機降低艦載直升機損毀率，滿足戰(zhàn)爭零傷亡的要求。

1.1 高速新構(gòu)型技術(shù)

速度提升是直升機研究領(lǐng)域持續(xù)努力的目標(biāo)之一。世界各國在新構(gòu)型高速直升機技術(shù)領(lǐng)域的競爭日趨激烈，目前除美國之外，歐洲和俄羅斯也都在開展高速旋翼機的研發(fā)，意圖搶占未來高速旋翼機特別是軍用高速旋翼機的市場。

高速新構(gòu)型技術(shù)包括兩方面：一是指通過加裝如螺旋槳、涵道風(fēng)扇和噴氣發(fā)動機等輔助推力裝置，提供更大的水平推力，并通過旋翼系統(tǒng)提供升力，旋翼系統(tǒng)可為單旋翼也可采用共軸雙旋翼，如美軍S-97直升機、歐洲的X3直升機；二是采用傾轉(zhuǎn)旋翼技術(shù)，前飛時，旋翼軸平行于地面，具有螺旋槳飛機的高速巡航飛行能力，從而達(dá)到更高的飛行速度，如美軍的V-280傾轉(zhuǎn)旋翼機。國外的直升機發(fā)展表明，下一代直升機的最大飛行速度將高于400km/h，而傾轉(zhuǎn)旋翼技術(shù)的應(yīng)用將使旋翼機的最大飛行速度達(dá)到600km/h。這一技術(shù)的出現(xiàn)可使旋翼機從載艦或者離戰(zhàn)場不遠(yuǎn)的前方基地起飛，不用加油即可深入敵后1500km以上，大幅提升海軍的整體作戰(zhàn)能力。通過這些技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)，艦載直升機的作戰(zhàn)能力將從以下幾個方面得到提升：

1) 航程擴大，不用加油就能深入敵后，滯空時間長；

2) 可從離敵人較遠(yuǎn)的艦面起飛，以免受到敵人襲擊；

3) 減少對空中加油機的依賴性；

4) 擴大作戰(zhàn)范圍，并可快速對臨近地區(qū)做出反應(yīng)。

1.2 新構(gòu)型旋翼技術(shù)

旋翼是直升機的核心部件之一，翼型作為旋翼的基本要素，其性能的優(yōu)劣直接影響直升機的飛行速度、航程、噪聲、振動、載重等關(guān)鍵指標(biāo)的高低。未來艦載直升機旋翼技術(shù)的發(fā)展方向仍然是不斷探索新翼型、槳葉平面形狀及槳尖構(gòu)型，如新的高效三維變化翼型、全新型復(fù)合材料槳葉等，并采用優(yōu)化方法使旋翼氣動效果更佳。

新構(gòu)型旋翼系統(tǒng)還將采用先進(jìn)的球柔性、無鉸、無軸承槳轂，以此改善直升機旋翼的氣動特性，實現(xiàn)視情維護，提升槳葉壽命。如NH90直升機就采用4片復(fù)合材料槳葉和鈦合金球柔性槳轂，并采用先進(jìn)的OA3槳葉翼型；“山貓”直升機和EH101直升機旋翼槳葉采用BERP(英國實驗旋翼計劃)槳尖，旋翼拉力比常規(guī)槳葉提高30%～40%。“山貓”直升機用這種槳葉于1986年8月11日創(chuàng)造了400km/h的世界速度紀(jì)錄。此技術(shù)改善了直升機旋翼的氣動特性，實現(xiàn)了視情維護，使槳葉達(dá)到無限壽命[2]。

1.3 高生存力技術(shù)

1.3.1 復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)

作為艦載直升機，由于在海面使用，鹽霧環(huán)境較為嚴(yán)酷，通過大量采用新型復(fù)合材料，可有效地延長直升機的使用壽命，降低直升機的結(jié)構(gòu)重量。如NH90的機身結(jié)構(gòu)為全復(fù)合材料，空機重量比采用普通機身的降低了約15%，生產(chǎn)成本降低10%，同時增加了機身的剛性和耐腐蝕性，提高了彈傷容限，減小了雷達(dá)和紅外特征信號，提高了抗墜毀性能[3]。

1.3.2 應(yīng)急漂浮技術(shù)

盡管發(fā)動機停車的概率很小，但艦載直升機在設(shè)計時必須考慮應(yīng)急著水能力。在這種情況下，應(yīng)確保在艙內(nèi)的救生設(shè)備(充氣船和劃板等)放下水和機組人員登上救生設(shè)備的這段時間內(nèi)，以及艦載直升機著水過程中和著水之后，機組成員和乘客的安全能夠得到保證。早期的艦上用直升機一般為水陸兩用式。水陸兩用型的直升機在結(jié)構(gòu)上通常采用安裝固定式充氣浮筒的方式，如卡-10、卡-15、SA-315B等。還有一類具有一定的海上航行能力的水陸兩用型的直升機，機身下部設(shè)計成帶有下伸出不大的龍骨船形，并安裝側(cè)面支持浮筒以保證橫向穩(wěn)定性。這些直升機不只在應(yīng)急情況下可著到水面上，在旋翼工作時還可以在水面上降落和起飛，比如SH-3D“海王”直升機。但是固定式的充氣浮筒使直升機的氣動阻力明顯提高，并使直升機的飛行技術(shù)性能降低。為了降低全機阻力，在后來的艦載直升機上曾使用應(yīng)急氣囊，以保證機身未淹沒在水中的情況下直升機在水上的漂浮性。近期研制的艦載直升機采用了半浸沒式機身機構(gòu)和內(nèi)嵌式充氣氣囊，不會造成附加阻力，利用直升機側(cè)面的壓縮空氣開關(guān)打開氣囊并用噴射的方法把氣囊展開成工作狀態(tài)。

1.3.3 智能著艦技術(shù)

艦載直升機使用環(huán)境復(fù)雜，受到艦的運動、艦的上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的尾流、飛行甲板上降落面積有限等多種因素的影響，如何確保直升機著艦安全成為制約艦載直升機發(fā)展的難點，各種各樣的助降裝置應(yīng)運而生?？偟膩碇v，這些助降裝置主要分為魚叉助降和拉降助降兩大類。魚叉助降裝置由裝在直升機上的魚叉機構(gòu)和裝在艦船甲板上的格柵組成，是一種快速著艦系留裝置，“山貓”直升機采用了這種裝置。為進(jìn)一步提高在惡劣環(huán)境下安全著艦的能力，出現(xiàn)了拉降助降裝置，其優(yōu)點是在直升機著艦之前，在空中就受到艦船拉降索的牽引拉力，并在著艦后迅速自動加緊。近年來，隨著自動控制技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了諸如用于“海王”直升機的E系統(tǒng)，用于“海鷹”的RAST系統(tǒng)和加拿大英特爾技術(shù)有限公司開發(fā)的ASIST系統(tǒng)。未來該類技術(shù)將進(jìn)一步朝著智能化的方向發(fā)展，例如基于計算機視覺的艦載直升機助降技術(shù)等，將進(jìn)一步提升艦載直升機在惡劣海況下安全著艦的能力[4]。

1.4 多任務(wù)平臺技術(shù)

從發(fā)展過程來看，艦載直升機經(jīng)歷了一個從單一任務(wù)到多任務(wù)，再到綜合任務(wù)的發(fā)展過程，其角色也從原來較為單一的反潛、反艦發(fā)展到了今天涵蓋搜索救援、反潛、反艦的多元化。未來艦載直升機研發(fā)在注重通用性的同時，也會向一機多角色的平臺技術(shù)方向發(fā)展。如美國海軍20世紀(jì)末提出的2015年規(guī)劃發(fā)展路線，將當(dāng)時服役的13個機型逐步由7個機型替代，目前已經(jīng)完成；2010年，再次提出的2032年規(guī)劃發(fā)展路線圖中，對尚有的10個艦載直升機平臺進(jìn)行整合，特別是對“海鷹”直升機，覆蓋率達(dá)到85%[5]。

多任務(wù)平臺技術(shù)的核心是綜合化、模塊化的航電設(shè)計，即采用標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)總線、模塊化的任務(wù)計算機、智能化人機界面以及信息數(shù)據(jù)融合技術(shù)，實現(xiàn)信息共享和多路、快速傳輸；同時采用綜合化的架構(gòu)，提高航電系統(tǒng)的擴展性，利于快捷完成拓展與換裝，實現(xiàn)任務(wù)能力的快速轉(zhuǎn)換。如最新一代的UH-60直升機航電系統(tǒng)采用了CASS(通用航電系統(tǒng))架構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)化的接口方便了功能模塊的“即插即用”，實現(xiàn)任務(wù)能力的快速轉(zhuǎn)換，適應(yīng)不同的作戰(zhàn)任務(wù)。

1.5 無人化技術(shù)

無人化技術(shù)通過信息共享將無人艦載直升機部署在體系作戰(zhàn)的最外圍，通過超視距飛控、自主飛行技術(shù)實現(xiàn)無人艦載直升機的自主飛行，通過數(shù)據(jù)傳輸獲得來自艦面或者指揮機的指令，完成相應(yīng)的作戰(zhàn)任務(wù)。尤其是在生化威脅環(huán)境中，基于無人化技術(shù)發(fā)展的艦載直升機將發(fā)揮不可替代的作用；而察打一體的艦載無人直升機，可實現(xiàn)戰(zhàn)場“零傷亡”。如美國的MQ-8B“火力偵察兵”，其用途不單單局限于目標(biāo)識別任務(wù)，而是擴展到掃雷、反艦等諸多領(lǐng)域，已被美國陸軍和海軍同時采用，該機將是美國未來海軍戰(zhàn)斗艦計劃裝備的三種無人化平臺之一[6]。

2 技術(shù)發(fā)展對作戰(zhàn)任務(wù)的影響

在掌握制空權(quán)的情況下，以艦載直升機攻擊敵小型艦艇已成為現(xiàn)代海戰(zhàn)的一種重要方式。艦載直升機已成為多種海上小型艦艇的“克星”。此外，艦載直升機還可執(zhí)行反潛、支援、搜索、救護、運輸、布雷、通信聯(lián)絡(luò)、偵察、電子干擾、預(yù)警、中繼制導(dǎo)等多種任務(wù)。前文所述的諸多技術(shù)發(fā)展對艦載直升機作戰(zhàn)任務(wù)的影響可分為兩個層次：其一是對艦載直升機的傳統(tǒng)作戰(zhàn)任務(wù)能力加以提升，其二是對作戰(zhàn)任務(wù)能力有突破性影響。本文著重從高速新構(gòu)型技術(shù)與無人化技術(shù)兩個方面對后者加以論述。

2.1 高速新構(gòu)型技術(shù)的影響

從目前的發(fā)展情況來看，在高速新構(gòu)型技術(shù)的影響下，傾轉(zhuǎn)類旋翼機和剛性共軸復(fù)合式旋翼機將被賦予更多的使命。其中傾轉(zhuǎn)類旋翼機由于速度快、航程遠(yuǎn)，但機動性不足，未來將主要用于運輸機；而剛性共軸復(fù)合式由于速度快、機動性好，未來將主要用于攻擊/偵查類武裝直升機。

2.1.1 催生快速登陸登島作戰(zhàn)能力

艦載直升機行動迅速，隱蔽突然，機動靈活，所以在登陸作戰(zhàn)中起到非常重要的作用。海軍在登陸、登島作戰(zhàn)時，以往通常用登陸艦艇運載登陸部隊和武器彈藥等物資。如遇到海上交通線、港口被敵方封鎖，登陸艦艇難以通過。而艦載直升機能將兵力和作戰(zhàn)物資迅速跨越敵封鎖區(qū)，空運到敵后方機降登陸。因此，艦載直升機這一獨特的飛行能力，使其成為登陸作戰(zhàn)的重要運輸工具。通過發(fā)展和應(yīng)用高速新構(gòu)型技術(shù)，艦載直升機不僅具備垂直起降能力，而且飛行速度大幅提升，能夠高速飛行到目標(biāo)島嶼，實施物資、設(shè)備與人員的機降，在短時間內(nèi)形成一定的戰(zhàn)斗力，為艦上人員的登陸作戰(zhàn)創(chuàng)造條件。

2.1.2 催生大縱深防御作戰(zhàn)任務(wù)能力

高速新構(gòu)型技術(shù)的應(yīng)用可大大降低艦載直升機的阻力，進(jìn)而減少油耗。在裝載相同的燃油的情況下，航程遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)構(gòu)型直升機，從而加大了以航母或其他艦基為中心的覆蓋范圍，裝載一定的反潛反艦武器或警戒設(shè)備后，能形成大縱深的防御作戰(zhàn)能力。

2.2 無人化技術(shù)的影響

無人化技術(shù)可使艦載機具備低風(fēng)險、零傷亡優(yōu)勢，可部署在驅(qū)逐艦、兩棲攻擊艦、航母等大型艦船，用于長時間偵察警戒、反潛反艦、對地火力支援與物資投放等作業(yè)，增強海軍多樣化任務(wù)能力。在信息化作戰(zhàn)體系中，處于海面作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的最外節(jié)點處，無人直升機通過裝載不同的任務(wù)設(shè)備，主要實現(xiàn)以下幾種作戰(zhàn)任務(wù)能力：

1) 零傷亡反艦任務(wù)能力：攜帶反艦武器的艦載無人攻擊直升機通過數(shù)據(jù)傳輸?shù)玫絹碜耘灮?、預(yù)警機或指揮機的指令，應(yīng)用先進(jìn)的無人駕駛與飛控技術(shù)，自主規(guī)劃飛行任務(wù)，通過自部署到達(dá)戰(zhàn)場，完成攻擊任務(wù)，即使出現(xiàn)損毀，也不會造成人員傷亡。

2) 零傷亡偵察攻擊任務(wù)能力：攜帶偵察設(shè)備與反艦武器的察打一體艦載無人直升機，通過數(shù)據(jù)傳輸?shù)玫絹碜耘灮某暰噙b控指令，飛行到作戰(zhàn)區(qū)域上空，通過偵察搜索、鎖定目標(biāo)，完成攻擊任務(wù)，一旦被發(fā)現(xiàn)，可通過自爆等方式銷毀偵察獲得的情報，既不會造成人員傷亡，也不會造成情報泄露。

3) 零威脅探測任務(wù)能力：攜帶相應(yīng)探測設(shè)備的艦載無人直升機，通過數(shù)據(jù)傳輸?shù)玫絹碜耘灮某暰噙b控指令，飛行到對人體有害的環(huán)境區(qū)域內(nèi)進(jìn)行環(huán)境探測，并采集樣本帶回艦基。不會像有人直升機那樣，對飛行員的身體造成威脅。

3 結(jié)束語

艦載直升機是當(dāng)今世界海洋強國著力發(fā)展的重要裝備，也是軍事強國海軍裝備的重要組成部分。隨著現(xiàn)代海戰(zhàn)向立體化、多層次發(fā)展，艦載直升機呈現(xiàn)出從保障裝備向主戰(zhàn)裝備轉(zhuǎn)變，任務(wù)能力和裝備規(guī)模擴大等特點。各國研制艦載直升機，在強調(diào)采用高新技術(shù)的同時，重點圍繞高速新構(gòu)型、新構(gòu)型旋翼技術(shù)、高生存力、多任務(wù)平臺以及無人化開展研究，全面提升海軍全天候全海況復(fù)雜條件下艦載直升機的使用和作戰(zhàn)能力，更快滿足海軍航母編隊、兩棲編隊和聯(lián)合機動編隊作戰(zhàn)需求，以使新一代艦載直升機更加適應(yīng)未來高技術(shù)海戰(zhàn)和空海一體戰(zhàn)的需要。