航空母艦艦機適配性技術體系

劉相春

海軍裝備部艦船辦公室，北京100071

航空母艦艦機適配性技術體系

劉相春

海軍裝備部艦船辦公室，北京100071

艦機適配性是艦空母艦（簡稱“航母”）這一巨系統(tǒng)工程的核心和精髓，是母艦與艦載機之間所有聯(lián)系和相互要求的總和。首先，從國外航母艦機適配性發(fā)展歷程出發(fā)，闡述艦機適配性的定義，同時，基于3種手段（理論分析、仿真模擬、試驗驗證），分析3類要素（艦、機、人），實現(xiàn)3大目標（安全、高效、兼容）的技術內涵；然后，根據(jù)艦載機在航母上的航空作業(yè)項目以及與航母平臺之間的關聯(lián)性，構建艦機適配性技術體系，包括艦機總體適配、勤務保障適配、機務保障適配、起降保障適配和飛行指揮適配5個方面；最后，提出艦機適配性頂層要求、設計、驗證與艦機協(xié)調等方面的工作內容以及總體的工作流程，用以為艦機適配性技術體系的形成和艦機適配性工作的開展提供有力的支撐。

艦空母艦；艦機適配；技術體系

0　引　言

航母按其擔負的作戰(zhàn)任務，可以分為攻擊型、反潛型和多用途型等，但不管其承擔何種作戰(zhàn)任務，艦載機都是其主要的作戰(zhàn)力量，這是航母與驅護艦以及其他大型水面艦船的本質區(qū)別［1-3］。航母上艦載機群作戰(zhàn)能力的充分發(fā)揮，主要取決于艦機適配性的程度，因此，艦機適配性成為評價航母優(yōu)劣的一項關鍵因素。

在各國的航母研制與使用過程中，都致力于不斷改善和提升艦機之間適配的能力，同時結合研制和使用不斷總結，使之規(guī)范化、體系化。美國作為航母大國，經過幾十年深入的理論研究、實踐的經驗和系統(tǒng)的總結，于2006年頒布了《飛機/艦船綜合規(guī)范指南》（JSSG-2011），用于幫助識別和規(guī)定航母上為艦載機上艦和艦機適配所需的特殊要求，主要包括操作、系統(tǒng)特性、艦機環(huán)境、接口、后勤以及訓練等多個方面，這為涉及不同軍種和行業(yè)的航母大系統(tǒng)工程的研制提供了確定的、統(tǒng)一要求的方法。

國內尚未形成系統(tǒng)、統(tǒng)一的航母艦機適配性技術體系。本文將從航母艦機適配性的定義出發(fā)，論述其內涵，并構建艦機適配性的技術體系，分析在艦機適配性研制過程中的工作流程，以為艦機適配性技術體系的形成提供思路與建議。

1　艦機適配性定義及內涵

1.1定義

艦機適配性不僅涉及母艦平臺，同時也涉及艦載機。對艦載機來說，需要充分考慮母艦的使用環(huán)境和作業(yè)要求，與陸基飛機相比，艦載機除了要滿足規(guī)定所要求的任務能力之外，還必須具備更好的氣動性能、更強的機體結構以及能適應嚴酷的海洋環(huán)境等特性。對母艦來說，數(shù)十架艦載機要在不到陸上機場1/10面積的運動甲板上進行頻繁的起飛、回收，以及充、填、加、掛等保障與維修作業(yè)，就要求母艦平臺不僅要保障艦載機作業(yè)安全可靠地進行，還要把“最危險的機場”組織得有條不紊，實現(xiàn)艦載機群高效的出動回收［4-7］。可見，艦機適配性屬于航母的一項綜合性能，其定義是：在預定的作業(yè)條件下，航母平臺和艦載機群相互適應、正確配合，并協(xié)同完成特定作業(yè)任務的能力。

對上述定義的考慮如下：

1）因航母處于不斷運動的海洋環(huán)境下，而艦載機的各項作業(yè)，特別是起降作業(yè)必然會受到母艦縱搖、橫搖、甲板風和航向穩(wěn)定性等的直接影響，因此，航空作業(yè)必須在預定的作業(yè)條件下才能正常進行。

2）為實現(xiàn)艦載機上艦，航母平臺與艦載機之間必須保證保障接口正確、起飛和降落等各項技戰(zhàn)術指標匹配；但是，如何發(fā)揮整個艦載機群的作戰(zhàn)效能，實現(xiàn)艦載機高效出動回收，還必須通過航空作業(yè)流程優(yōu)化，以及艦載機保障模式優(yōu)化和保障能力提升來提高艦機協(xié)同完成作業(yè)任務的能力。

1.2內涵

艦機適配性屬于人—機—環(huán)系統(tǒng)工程的技術范疇，是基于3種手段（理論分析、仿真模擬、試驗驗證），分析3類要素（艦、機、人），來實現(xiàn)3大目標（安全、高效、兼容）。

1）3種手段。

艦機適配性是一門綜合性的技術，涉及船舶、飛機、電子等多個行業(yè)和眾多學科，開展艦機適配性研制需要運用系統(tǒng)工程的思想進行綜合理論分析。同時，由于艦機適配性技術的復雜性，其必須依賴仿真模擬和試驗驗證。其中仿真模擬具有經濟、可控、無破壞性、重復性好等許多優(yōu)點，在設計過程中，其是非常重要的技術手段；試驗驗證可以最為客觀、真實、直接和有效地檢驗艦機之間的適配性，從研制流程上來說，在陸基和海上進行試驗驗證是檢驗艦機適配的關鍵與必經環(huán)節(jié)。

2）3類要素。

從艦機適配性的定義可以看出，其體現(xiàn)的是母艦、艦載機與航空作業(yè)人員三方之間的協(xié)調關系，表征的是艦、機、人相互協(xié)作完成使命任務的能力。包括：

（1）母艦的特性（包括總體、系統(tǒng)/設備特性）能被艦載機充分、有效使用的能力；

（2）艦載機能適應母艦各種保障環(huán)境和條件的能力；

（3）航空作業(yè)人員能操縱艦載機完成各項航空作業(yè)的能力。

3）3大目標。

艦載機作業(yè)安全是艦機適配性最基本的目標，美、英、法等航母擁有國就在其航母設計、使用過程中付出了沉重的經驗代價甚至是血的教訓。例如：在“戴高樂”號航母試驗中發(fā)現(xiàn)，E-2C預警機在掛住最后一道阻攔索著艦后，因距斜角甲板前端距離過小，導致轉向距離不足，故只能通過加焊整體鋼結構將斜角甲板向艦艏方向延伸來消除安全隱患；“庫茲涅佐夫”號航母在艦載機觸艦復飛試驗中，艦載機離開斜角甲板后由于側風的作用向右側偏，右輪碰觸到了艦艏武器發(fā)射裝置的防護索，為此后來對防護索進行了處理，用以避免更大的問題甚至是災難的發(fā)生。

航空作業(yè)的高效主要體現(xiàn)在保障模式、保障能力和保障流程等多個方面，而艦載機的出動回收能力是其最重要的表征。艦載機著艦后，需進行加油、掛彈和維護等作業(yè)后才能再次出動，如“尼米茲”級航母在艦載機著艦后，需先滑行至加油區(qū)加油，然后由牽引車牽引至彈藥裝載區(qū)掛彈后再到彈射陣位準備下一次的起飛作業(yè)。美軍通過研究和使用表明，提高再次出動準備過程的作業(yè)效率是提升出動回收能力的關鍵，為了簡化保障流程，在美國“福特”級航母的設計過程中采用了一站式保障，著艦后的艦載機可以在原位完成加油、掛彈和維修等所有的保障作業(yè)，隨后，再滑行至彈射起飛位升空作戰(zhàn)［8-10］。航空作業(yè)的高效最終體現(xiàn)在作戰(zhàn)能力的提升上，因此，“高效”是航母艦機適配性持續(xù)挖掘的目標。

顯而易見，作業(yè)安全、高效運行是形成航母作戰(zhàn)能力的關鍵，而“兼容”則是艦機適配性著眼于長遠的目標。航母的壽命長達40～50年，隨著艦載機的不斷升級換代，在服役期內可能需要搭載幾代艦載機。20世紀60年代，在進行“尼米茲”級航母的設計時，當時的目標是保障A-7A和F-111B飛機，而實際使用時，F(xiàn)-111B飛機從未在航母上起飛過，而A-7A飛機的最終設計方案與初始設計也相差較大，然而自“尼米茲”級航母服役以來，已搭載了3代艦載機，在退役之前，至少還要搭載F-35C和包括無人機在內的2代艦載機。由國外航母的發(fā)展來看，每次將新的艦載機引入航空聯(lián)隊，航母都要進行相應的升級改造，以滿足要求。從航母全壽命期考慮，為了實現(xiàn)更好的艦機適配，母艦平臺對多種機型甚至是跨代機型的兼容，以及艦載機，特別是將來要上艦艦載機對現(xiàn)有母艦平臺的適應，也是需要重點考慮的問題。

2　艦機適配性技術體系

根據(jù)艦載機在航母上的航空作業(yè)項目以及與航母平臺之間的關聯(lián)性，需要構建艦機適配性技術體系，包括艦機總體、勤務保障、機務保障、起降保障及飛行指揮5個方面，如圖1所示。

2.1艦機總體適配技術

艦機總體適配技術主要涉及3個方面：一是與艦機頂層相關的規(guī)劃、接口和要求等；二是與出動回收能力相關的航空作業(yè)和人員等的仿真推演、試驗驗證等；三是與總體設計相關的總體布局、艦載機布列、作業(yè)環(huán)境及安全性等。

具體包括9個方面的內容，即艦機頂層設計及接口技術、出動回收能力設計技術、航空作業(yè)流程及規(guī)劃技術、航空人員配置與保障技術、艦載機布列及轉換技術、總體布局適配性技術、艦機環(huán)境適配性技術、艦機電磁兼容性技術，以及航空作業(yè)安全性技術。

圖1　艦機適配性技術體系框圖Fig.1　Technology system framework of carrier/air vehicle integration

2.2勤務保障適配技術

勤務保障適配技術以保障艦載機油、氣、電、液、機載武器等的供給作業(yè)為核心，涉及總體和系統(tǒng)2個層面：一是保障模式、資源及艙室設計等；二是調運、艦面及機載武器保障技術等。

具體包括：勤務保障模式規(guī)劃技術、勤務保障資源配置技術、勤務保障艙室設計技術、艦載機調運適配性技術、艦面保障適配性技術以及機載武器保障適配性技術。

2.3機務保障適配技術

機務保障適配技術主要以保障艦載機的維修、維護等作業(yè)實施為核心，對維修艙室、人員、保障設備、技術資料、備件及物資進行綜合優(yōu)化配置，涉及2個層面：保障體制、項目、資源配置等總體層面和使用保障、維修保障等系統(tǒng)層面。

具體包括：機務保障項目規(guī)劃技術、機務保障資源配置技術、機務保障艙室設計技術、使用保障適配性技術及維修保障適配性技術。

2.4起降保障適配技術

起降保障適配技術主要以保障艦載機的起降作業(yè)實施為核心，對總體層面的配置、布置等以及系統(tǒng)層面的起飛、著艦、引導設施等艦機匹配性進行分析與設計。

具體包括：起降設施總體配置技術、起降設施總體布置技術、起飛設施艦機匹配性技術、著艦設施艦機匹配性技術及引導設施艦機匹配性技術。

2.5飛行指揮適配技術

飛行指揮適配技術主要以保障艦載機的歸航、通信、導航及作戰(zhàn)等作業(yè)實施為核心，對相關系統(tǒng)/設備進行適配性設計。

具體包括：艦機慣導適配性技術、艦機通信適配性技術、艦機探測感知技術、航空管制適配性技術及艦機協(xié)同作戰(zhàn)指揮技術。

3　艦機適配性工作內容和流程

3.1工作內容

根據(jù)航母艦機適配性技術體系，再結合各個型號的特點，在航母研制過程中可以識別研制工作重點內容以及需要解決的關鍵技術。雖然各個型號的特點不盡相同，但艦機適配性的主體工作內容基本類似，主要包括頂層要求、設計、驗證以及艦機協(xié)調等。

1）艦機適配性頂層要求。

艦機適配性頂層要求來源于航母作戰(zhàn)使用要求，是從頂層設計角度出發(fā)提出的整體規(guī)劃、設計要求以及對設計要求的分解。其中，設計要求既有對母艦平臺的要求，也有對艦載機的要求，甚至還包括對機載武器的要求。另外，由于設計的需要，需對設計要求，如出動回收能力要求進行自上而下的分解，以有利于整個艦機適配性工作的開展。

2）艦機適配性設計。

艦機適配性設計是母艦、艦載機在規(guī)定的航母作戰(zhàn)使用要求牽引下，考慮母艦平臺設計約束，以艦載機作業(yè)安全為基本要求，以母艦保障資源合理配置和艦載機保障效能提升為設計目標的艦機交互式迭代設計過程。

3）艦機適配性試驗。

艦機適配性試驗是用于驗證母艦的性能或保障設施與艦載機之間是否達到規(guī)定的適配性要求，分析并確定偏離規(guī)定要求的原因，采取糾正措施，以確保艦機之間適配的重要手段。可以分為艦機適配性仿真試驗、艦機適配性陸上試驗和艦機適配性海上試驗。

4）艦機協(xié)調。

艦機協(xié)調是艦機適配性設計過程中集技術與管理于一體的全局性工作，也是實現(xiàn)艦機適配的橋梁與紐帶，既包括協(xié)調工作機制、技術狀態(tài)管控等管理工作，更多地還涉及艦機之間耦合問題的研究與協(xié)同。

3.2總體工作流程

從研制角度來看，艦機適配性貫穿航母論證、設計、施工建造、試驗與使用全過程，在研制的各個階段其工作重點不同，總體工作流程大致如圖2所示。

圖2　艦機適配工作流程圖Fig.2　Work flow chart of carrier/air vehicle integration

1）在航母研制之初，需要根據(jù)作戰(zhàn)使用性能要求形成艦機適配性的頂層要求，如搭載機型、搭載數(shù)量等，并對頂層要求進行自上而下的分解。

2）在航母方案論證階段，依據(jù)定性或定量要求，結合總體與系統(tǒng)/設備設計方案，通過艦機協(xié)調確定的艦機約束，開展艦機適配性設計，并根據(jù)方案迭代情況，適時調整頂層要求。

3）在技術設計階段，結合設計方案開展相應的仿真試驗驗證，進行優(yōu)化和迭代設計，基本確定整個技術狀態(tài)。

4）通常，在艦機適配性設計基本完成后即進入試驗階段。分階段開展艦機適配性試驗驗證：首先，在陸上開展艦機適配性陸上試驗；其次，經陸上試驗充分驗證后，再開展實船海上試驗；最后，要在特定的作戰(zhàn)任務背景下進行出動回收能

力的專項驗證試驗，以對艦機適配性設計進行綜合驗證評估。

4　結　語

艦機適配性是航母這一巨系統(tǒng)工程的核心和精髓所在，也是航母形成作戰(zhàn)能力的根本。本文對航母艦機適配性的定義和內涵進行了論述，并在此基礎上構建了艦機適配性的技術體系，總結分析了艦機適配性研制過程中的工作內容和總體流程，可為艦機適配性技術體系的形成以及艦機適配性研制工作的開展提供有效的支撐。

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網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1755.tj.20160531.1104.004.html期刊網址：www.ship-research.com

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A technology system for the carrier/air vehicle integration

LIU Xiangchun
Ship Office，Naval Armament Department of PLAN，Beijing 100071，China

The carrier/air vehicle integration is of vital importance to aircraft carrier system engineering，which is the foundation of all contact and mutual requirement among aircrafts and carrier.Based on the de?veloping process for the carrier/air vehicle integration in foreign countries，this paper presents the relevant definition and technology connotation with three methods（theoretical analysis，simulation，verification test），analyzes the three elements（aircraft carrier，aircraft，human），and proposes the technical content to achieve three objectives（safety，efficiency，compatibility）.According to the aviation operation project of aircraft car?riers，the technology system for integration is also established for carrier and aircraft，including the overall suitability，aircraft maintenance support suitability，aircraft service support suitability，launching and recov?ery suitability，and aircraft and command suitability.Finally，the working content and procedure for the car?rier/air vehicle integration are presented，which provides support for building the technology system as well as processing with the carrier/air vehicle integration.

aircraft carrier；carrier/air vehicle integration；technology system

U674.771

A

10.3969/j.issn.1673-3185.2016.03.001

2016-03-30網絡出版時間：2016-5-31 11:04

國家部委基金資助項目

劉相春（通信作者），男，1969年生，博士，高級工程師。研究方向：艦船總體研究與設計