舰载直升机
舰载直升机(The ship based helicopter)是旋舰翼航空器,是以航空母舰或其它舰船为活动基地并能执行各种作战任务的直升机,主要功能是救援、联络和反潜等。
随着现代海战向立体化、多层次发展,各国海军迫切需要掌握海上制空权,维护海洋权益,保障领海安全。因此,世界各国在竞相发展军用舰船的同时,都在大力发展性能优良的舰载直升机。而航载直升机主要用于侦察救护、反潜反舰、空中预警以及电子战、水雷战等作战任务。它最大的特点是机动灵活、快速高效。
历史沿革
背景
舰载直升机在海战中的地位日益突出,直升机装备水面舰艇是舰艇现代化的一个重要标志。随着现代海战向立体化、多层次发展,各国海军迫切需要掌握海上制空权,维护海洋权益,保障领海安全。由于舰载直升机在海上担负侦察救护、反潜反舰、两栖突击、空中预警以及电子战、水雷战等多种使命。因此,世界各国在竞相发展军用舰船的同时,都在大力发展性能优良的舰载直升机。
发展过程
20世纪50年代中期以前,反潜直升机仍处于探索与试验阶段,尚未获得广泛的实战应用。这一时期的反潜直升机采用的都是功率小的活塞式发动机,只载有有限的搜潜设备,基本上不携带攻潜武器,只能完成简单的搜潜任务。到了20世纪60年代,反潜直升机开始采用较大功率的涡轴发动机,其性能有了较大改善,既可携带各种搜潜设备,又可携带一定的攻潜武器,成为搜潜/攻潜功能相结合的平台。如西科斯基飞机公司的SH-3“海王”,苏联卡莫夫直升机设计局的卡-25“激素”以及法国宇航的SA-3216‘超黄蜂’等。20世纪70年代,随着SH-2“海妖直升机’和SH-60海鹰直升机“海鹰”的问世,特别是美国海军实施的“轻型空中多任务系统”(LAMPS)计划,反潜直升机开始向机舰综合的多任务能力方向发展。世界各国海军现役反潜直升机总数约1800架,比现役固定翼反潜飞机数量还多。其中美国SH-3“海王”、SH-2“海妖”、SH-60“海鹰”等各型反潜直升机424架,俄罗斯卡-25“激素”、卡-27“蜗牛”、米-14“烟雾”等共241架。现代海战证明,在掌握制空权的情况下,舰载直升机攻击敌水面舰艇已成为现代海战的一种重要方式,舰载反舰直升机已成为多种海上小型舰艇的“克星”。先进的舰载反舰直升机能对海上威胁目标进行探测、分类、识别、跟踪和打击,主要的攻击武器是近程或中远程空对舰导弹。
技术特点
舰载直升机与普通直升机同属一类旋舰翼航空器,除共同的特点外,它与普通直升机还有着明显的区别。首先舰载直升机是以航空母舰或其它舰船为活动基地并能执行各种作战任务的直升机,主要功能是救援、联络和反潜等;普通直升机主要是运输、反坦克和侦察等,因此两者武器装备和侦察通信系统不同。其次,能上舰的直升机,体积和重量有限制,如米-26这样的大型直升机根本上不了舰。此外,涂装不同:舰载机一般涂成低可视度的灰色,普通直升机以各色迷彩为主。舰载直升机是以舰船为基地,主要在海上活动,其使用环境与陆用直升机有明显不同,因此舰载直升机有一些特殊的技术要求。
动力系统
操纵性和机动性良好舰上起降甲板周围建筑物会产生扰动气流区,为克服扰动气流区对飞行的影响,直升机必须具有大的功率和升力储备,以及良好的操纵性和机动性。
舰载直升机动态对接飞行试验技术
自从使用舰载直升机以来,由于舰载直升机使用环境的特点,引起了陆基直升机没有遇到的附加难题。这些特点包括:舰的运动;舰的上部结构产生的尾流;飞行甲板有限的降落面积(尤其是搭乘直升机的小型舰船)。为了评估直升机在特定级别的舰上的使用能力,确定与这种使用环境有关的各种限制,大多数国家都制定并执行了舰载直升机飞行试验计划,并称之为动态对接试验。除了确定和量化各种舰载飞行条件下直升机的使用能力外,动态对接试验还需评估舰上航空设备和程序的适用性和安全性。影响舰载直升机安全使用的因素很多,包括飞行甲板的大小、形状、位置和标记,与舰上部结构的远近,不可预测的舰运动和扰动尾流。此外,舰上或周围的照明、飞控系统性能下降,基本直升机飞行特性较差等情况,也进一步增大了舰上使用的难度。因此,动态对接试验要求系统地测量和确定这些潜在不利因素的影响及其复杂的相互关系,并给出直升机舰上使用包线。除了发展舰上使用包线,动态对接试验还评估和提供舰上相容性资料,评估舰上尾流、废气和电磁干扰等对舰载直升机使用的影响,评估舰上目视降落辅助装置、照明及飞行甲板标记的适用性。
技术规范
为了舰载直升机海上作业安全,各国均制定了相关的规范标准,其中英国的CAP437标准中对舰载直升机的起降流场给出了明确的量化指标——在直升机起降区域内,垂向速度标准差应小于1.75m/s。而在CFD数值模拟中,基于湍流应力各向同性的假设,该标准则可以采用湍动能来体现,其等价于CAP 437的判定准则。
机体结构
直升机振动一般由直升机主旋翼、尾桨、传动机构等旋转部件的运动、空气动力和发动机噪声共同诱发,其振动频率成分包括某些特定转速的正弦分量和随机振动分量。对于舰载直升机振动而言,除承受一般陆基直升机的振动影响因素以外,还要受到舰船结构和海浪特性引起的振动。例如,舰载直升机在甲板上起降时,旋翼与机体会随着舰船在海面上发生震荡,起落架平面与水平面的夹角平面会随着舰船的摇摆发生变化。由于起落架的非线性,舰载直升机的结构参数与地面条件相比具有不同的刚度和阻尼,其旋翼、变速器、发动机和机体耦合系统的稳定性也发生了变化,使得舰载直升机的稳定性受到影响。很可能发生“船舶表面共振”事故。在设计措施上,除了保证旋翼一传动耦合系统具有足够的阻尼外,频率要求与传动系统振动的各阶模态固有频率分开,并有足够的转速余量,有效防止共振。另外,舰船上的机械装置包括发电机、变压器、推进发动机、齿轮箱、旋转轴和螺旋桨等,它们的运行将诱发出舰船振动,对其上安装的装备将产生影响。舰船上机械设备的运行,对直升机机体及其机载设备的结构均会造成不利影响,在确定舰载直升机振动特性时,均需对此加以考虑。
典型作战任务
反潜反舰
反潜反舰是舰载直升机最主要的一项任务。反潜任务由两部分组成,一是搜潜,二是攻潜。搜潜一般又通过两种类型的设备进行搜索;即是机载设备和吊放声纳设备或浮标。在上个世纪五六十年代,反潜直升机的发展刚刚起步。受限于当时直升机发动机功率限制,当时的舰载反潜直升机如美国的SH-3“海王”、苏联的卡-25等只承担搜潜任务;这是因为机载反潜设备相对较重,消耗的电力能量多,无法携带攻潜的武器,因而任务种类较为单一。随着技术的发展,舰载直升机的体积越来越大,发动机功率越来越高,雷达、声纳、磁力探测仪、红外探测仪、光电设备等都是搜潜任务的有力帮手;攻潜任务也逐渐成为舰载直升机的活儿。携带有反潜鱼雷、深水炸弹的舰载直升机日益成为主流。这使舰载直升机在反潜领域更加专业全面。在反舰方面,舰载直升机对一些小型水面舰艇识别查证外,同样也拥有对其致命一击的能力。在英阿马岛战争中,首次参战的英国“海山猫”直升机,凭借其强大的挂载能力,就击沉了阿根廷的潜艇,为英国在马岛战争中的反潜作战首开纪录。
空中预警
空中预警也是舰载直升机的重要任务项目。相比于水面舰艇本身自带的雷达,舰载直升机除了可以扩大探测预警范围外,最重要的一点就是舰载直升机可以有效解决舰载雷达的盲区问题。受制于雷达波束和地球曲率的影响,舰载雷达会在低空范围内产生雷达盲区,这就会给敌人可乘之机。又是英阿马岛战争,阿根廷的两架“超级军旗”战机就是利用低空雷达盲区,运用超低空突防的战术方式,用飞鱼反舰导弹击沉了英国“谢菲尔德号”驱逐舰。
电子对抗
随着导弹和制导技术的发展以及海战场电磁环境的日趋复杂,海战中舰载直升机担负的任务也越来越重要。各国海军正在对现有舰载直升机加装电子战设备,并努力发展新型舰载电子战直升机,如:美国EH-60A通信电子战直升机,俄罗斯米-8SMV/PPA和米-17P电子战直升机等。目前,海军舰艇上使用的一般是以反潜为主的多用途舰载直升机,但大都装备有完善的通讯、导航、定位及目标指示系统,具备部分电子战功能。由于直升机有效载荷较小,难以携带大功率干扰装备,其电子战能力主要表现在以下两个方面,即:目标指示时的干扰能力以及干扰“人在回路中”末制导方式反舰导弹。
布雷与扫雷
在海战中,直升机可布撒或扫除水雷,从而直接毁伤敌方海上舰艇,或为已方排除前进中的障碍。直升机布雷具有速度快,机动性好、能远距离布雷,且不受气候条件的限制的特点。对于清扫水上雷场来说,直升机比水面舰船就更有优势。在进行扫雷时,它速度快,安全性好,而且能借助空运手段,快速部署到遥远的海域。扫雷直升机扫雷时,发动机和动力部件都必须工作在极限状态。据初步估算,扫雷工作1小时,相当于正常飞行8小时。目前正式投入使用的扫雷直升机都不是专门设计的,而是改装而成的,目前使用这一扫雷手段的国家仍然不多。在直升机扫雷的研究与使用方面,美国处于领先地位。美海军正式投入使用的扫雷直升机,主要有RH-3A“海王”、RH-53D“海种马”和MH-53E“海龙”3种。
与无人机协同作战
无人机配合作战是未来海战的发展趋势,利用无人机可以降低人员伤亡的风险,可进入高危险区执行多种任务。但现役舰载无人机的遥控距离短、遥控灵活性差,无法担负远距离、高难度的海上作战任务。因此,通常采用舰载直升机装备先进的远程空中编队指挥系统,随舰载无人机编队一起升空,遥控无人机群实施各种侦察、攻击作战任务,甚至遥控无人战斗机进行灵活机动的空中格斗。舰载直升机可以悬停在敌防空火力圈之外安全地进行指挥控制。一艘导弹驱逐舰配备4—6架由舰载直升机遥控的小型多用途无人机后,其综合攻防能力将成倍地提高。
运输补给
发展起来的特战思想,谋求以最小的消耗,达到最大的战略目的,更需要海军在控制沿海的同时,使用大吨位直升机运输兵力和装备,完成大战略纵深。比如美国海军的航空母舰搭载的两种重型直升机CH-46和CH-53。
现状
舰载直升机主要担负舰队(或单舰)的海上巡逻、反潜、反舰、布雷、扫雷以及海空搜索救援、垂直补给等作战任务。近些年来,世界各国对舰载直升机的发展给予了极大的关注,使之逐渐发展成为一种具有高度机动性和巨大毁伤力的海空武器平台。舰载直升机将主要朝以下3个方向发展:多功能化。就是既有对海、对陆攻击能力,又有空战能力,还有侦察、运输、搜救、反潜等能力。舰载直升机通过换装不同的武器和任务设备,来实现多功能、满足不同的作战需要。这就要求直升机从设计基本型开始,就同时考虑兼顾其他任务的要求。这样既可降低研制费用,又可缩短研制周期,提高使用保障效率。提高生存能力。舰载直升机的生存能力包括防探测性、机动规避、易损性和适坠性4个方面。提高机体的抗击强度是改善生存能力的重要措施之一。为了提高直升机的抗弹击能力,一些国家用陶瓷材料和复合材料作为装甲防护材料,采用多余度系统设计等新技术。为使飞行员在直升机机体及系统遭到极大破坏的情况下仍能生存,舰载直升机将广泛采用跪式吸能起落架、抗坠毁座椅、防弹自封抗坠毁油箱等抗坠毁技术和抗坠毁吸能材料。全天候作战。为适应未来战场环境,注重发展小型化、高倍数、高清晰度的前视红外技术,并装备先进的夜视系统,加装防冰、除冰系统,使舰载直升机的使用不受夜间和不良气象条件的束缚,真正具备24小时全天候飞行和作战能力。
参考资料
小飞机,大功用——聊聊舰载直升机.航空知识.2023-11-05