航天工程论文
摘 要： 相比常规陆基飞机降落来说, 舰载机着舰面临着更加复杂的着舰环境, 着舰的要求要苛刻得多, 难度要大得多, 影响着舰安全的因素也多得多。文章通过分析舰载机着舰过程中面临的主要环境因素对安全着舰的影响及缓解措施, 有助于降低舰载机着舰风险, 提高着舰成功率。
关键词： 舰载机; 着舰环境; 着舰安全;
Abstract： Compared with the conventional land-based aircraft landing, carrier-based aircraft landing is facing a more complex landing environment, landing requirements are much harsher, much more difficult, and there are many factors that affect the safety of the ship. This paper analyzes the influence of the main environmental factors on the safe landing of carrier-based aircraft and the mitigation measures, which is helpful to reduce the risk of carrier-based aircraft landing and improve the landing power.
Keyword： carrier aircraft; landing environment; landing safety;
1、 概述
舰载机能否迅速、可靠地在航母上进行起降, 是航空母舰形成作战能力的基础和根本, 同时由于着舰比起飞难度要更大, 面临的挑战和风险以及飞行员掌握相关技术的代价也要大的多, 因此是保证航母战斗力的最主要的技术条件。对于舰载机来说, 在整个着舰过程中面临着复杂的着舰环境, 包括着舰甲板的几何尺寸、着舰时的海洋环境、甲板风、甲板运动以及舰尾气流等, 这些条件给舰载机着舰带来巨大的安全风险。
按照美国海军对以往航母着舰事故的分析, 25%以上的事发原因来自于着舰环境的影响, 这其中甲板俯仰是最主要的原因, 导致了15%的事故发生;其次是“无水平参考”或黑夜, 占事故原因的5%;其它环境因素占的比例较少。着舰指挥员负责对着舰过程中的诸多情况和条件做出分析, 并就飞机进场着舰的可行性做出即时的判断和决策。对着舰指挥员来说, 必须熟知所有的环境因素以及影响程度, 下面主要对甲板风、舰尾流、甲板运动和水平基准对着舰安全的影响进行分析。
2、 甲板风
2.1、 回收逆风
甲板风是自然风和航母航速的合成风。回收逆风是甲板风的组成部分, 其与着舰区中心线平行。25节的回收逆风被认为最有利于航母回收飞机, 在飞机飞行性能、发动机响应、最大拦阻速度、最大着舰下降率、飞行员座舱视野、飞行员反应时间、LSO反应时间等方面为飞机创造了最理想的着舰条件, 其它回收逆风条件将对飞机进近参数造成各种各样的不利影响, 并对LSO指挥时需要考虑的因素产生影响。美军回收公告中要求甲板风尽可能保持在最佳大小和着舰区的中线上。
回收逆风高于最优状态可能是自然风, 也可能由航母的航速需要造成的。下滑道基角设置和飞机动力需求都受到高回收逆风的影响。如果甲板风超过35节和40节, 适当的下滑道基角应分别为3.75°和4.0°, 而不是通常使用的3.5°。在高回收逆风情况下, 飞行员将在接近舰尾甲板时应对更加严重的舰尾流并在整个进近过程保持稳定的更大推力。在斜甲板附近尾流变得更强, 飞机可能会坠落在甲板上或滑出跑道。较小的推力修正导致很大的下沉率, 虽然复飞率降低但却容易发生着舰过早或者撞舰尾的情况, 易受气流影响的飞机将更难保持稳定的下滑道。
回收逆风低于最优状态可能是由于航母航速低与自然风力偏小共同作用的结果, 这将导致较大的接近速度, 在下滑道距离保持不变的情况下会缩短飞行员的调整时间, 同时也将影响飞机的动力设置、复飞窗口和最大勾挂速度限制。为了保持指定的下滑道, 飞机下滑地速增大, 下滑轨迹角和下沉率也增大, 意味着冲击载荷较大, 对飞机机体特别是起落架不利, 影响舰载机及其部件使用寿命。
2.2、 回收顺风
如果可使用的海域空间有限或出于其它舰船的需要, 会采用顺风回收的方式。飞机将在顺风边进入逆风飞行, 在飞机转为与船体龙骨成90°的时候有必要拉大与航母的距离, 以获得足够长的下滑轨道。飞行员必须特别注意保持飞机的速度, 着舰指挥员则要确保飞机的勾挂速度没有超过速度上限。在加大推力的过程中, 发动机的响应可能较慢, 复飞窗口的位置也要随之改变。同时由于尾流的影响加强, 可能会发生过早勾挂拦阻索的情况。
2.3、 侧风
着舰航线飞行过程中飞行员也可能遭遇到侧风环境, 此时需要更加谨慎。对飞行员和着舰指挥员来说, 侧风会引起飞机对中困难, 导致飞行员修正难度和操纵负荷增加, 较大的漂移会造成较大的进近的偏差, 同时侧风还使得尾流加强并更加靠近舰尾, 导致飞机复飞概率的增加。另外相比左舷侧风, 强烈的右舷侧风会使得在降落区将看到舰岛消隐现象, 同时甲板后方产生明显的漩涡, 这很容易导致飞机迫近时航母是发生漂移, 从而增加飞机坠机的可能性。
美军飞机回收通告中将航母作业允许的最大侧风规定为3.6m/s, 表1给出了不同甲板风情况下其与斜角甲板的最大角度限制, 在达到上述极限之前, 飞机可能会发生不好着舰或横移现象, 因此应避免在回收侧风超过规定范围的条件下进行舰载飞机的回收操作。
表1 甲板风与斜甲板的角度限制
3、 舰尾流
航母高速航行时, 在舰载机下滑降落区域产生复杂的舰尾流, 直接影响飞机在着舰过程中的迎角、速度、高度等状态参数, 是导致舰载机着舰飞行事故和逃逸现象发生的一个重要原因, 图1为舰尾流示意图。舰尾甲板上升或下降的气流强度和位置是由母舰形状和运动等因素决定的, 具有大型岛式上层建筑的航母产生的尾流最为强烈。
舰尾流导致在下滑道中段气流突然上升, 而在接近舰尾甲板时气流突然下沉, 对于舰载机实现精确控制和着舰安全都非常不利。因此飞行员在下滑中段时需要针对上升气流减小推力, 同时也要为舰尾前下沉气流做好提前回调推力的准备, 防止下沉量过大撞舰尾危及飞行安全。同样, 在舰尾流的干扰下, 飞行员具备这样的意识对调整飞机对准跑道中线来说也十分关键。在最佳回收逆风条件下, 尾流效应被降到最低, 对飞行员着舰下滑操纵最为有利。
图1 舰尾流示意图
4、 甲板运动
海上波浪起伏会导致甲板前后上下摇晃是难以预报的, 而且对于着舰指挥员和飞行员而言导致了许多安全方面的问题, 如出现硬着舰、撞上弹射滑轨、偏离中心以及极低燃油状态。着舰指挥员要根据甲板运动情况给出飞行员准确的口令, 遇到不能着舰等异常情况, 要及时命令飞行员复飞。
为保证飞行安全, 在甲板超限运动时, 应当停止飞行活动。特殊情况下, 在综合考虑了甲板运动幅度和速率、昼夜间的能见度和水平基准、飞行员和着舰指挥员的熟练度、加油机和飞往备降航空母舰的可能性等多种因素后才能做出继续飞行的决定, 但必须慎之又慎。
5、 水平基准
不论飞行员还是着舰指挥员, 在着舰航线飞行中可视的水平基准都能为其判断飞机位置和姿态提供很大的帮助。具有开阔的水平线是最理想的状态, 比如借助日光、月光和岸上灯光。当飞机向跑道靠近时, 其灯光在海面上的倒影也可作为参照物。仅仅以舰尾甲板为参照物是最不理想的做法, 尤其当船尾摇摆不定的时候更加糟糕, 比如夜间只观察飞机上灯光, 航母自身运动会引起光源的明显移动, 而事实上光源并没有动, 这样会对着舰指挥员判断飞机位置带来偏差。如果夜间环境没有可视的水平基准, 着舰指挥员可以依靠在航母尾部的其它船只、直升机或者定位照明弹作为水平基准。
在极端的云高/能见度条件下, 如果没有可视的水平基准, 着舰指挥员应使用所有可能的方法来跟踪飞机, 包括飞机灯光、中心线相机等, 并确定飞机的位置, 以便能在更大的范围内看见飞机, 提供迅速、准确和有意义的声音呼叫, 帮助飞行员获得稳定的进近参数进行回收操作。
6、结束语
着舰环境会对舰载机的舰载机着舰安全产生很大的影响, 掌握甲板风、舰尾流、甲板运动、水平基准等关键因素对舰载机着舰的影响程度以及缓解措施, 能够有效降低飞行风险, 保障着舰安全。
参考文献
[1] 杨一栋.舰载飞机着舰引导与控制[M].国防工业出版社, 2007.
[2]施亮.扰动对舰载机着舰过程的影响分析[D].上海交通大学, 2009.
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