無人機彈射作業流程設計

徐伊達 楊申林 唐克兵 何世偉

（1.成都飛機工業（集團）有限責任公司 成都 610091）（2.海軍駐成都地區航空軍代表室 成都 610091）

1 引言

無人機具有使用限制少、機動性能靈活、隱蔽性好、人員傷亡低、出勤率高、效費比高等特點，給地面搜索及海事救援等工作都帶來了很大的便利［1］。作為現代空軍力量的一員，無人機適合執行戰場偵察監視、目標指示、無線電中繼、校正彈道、空中預警和協調指揮，干擾、破壞敵方通訊指揮與雷達系統以及對重要目標實施空襲等高風險任務。尤其是在近期的歷次局部戰爭中，無人機的作戰能力有目共睹、軍事地位和作用日漸突出，因而備受各國海軍的青睞。近年來，作為智能化、高性能、多功能聚合的高科技產物，無人機發展迅速。與此同時，艦載無人機加入海軍編隊隨航母出戰的優勢日益凸顯，成為未來艦載系統中不可替代的組成部分［2］。

現代航母艦載機的起飛分為三種類型：垂直起飛、滑躍起飛和彈射起飛［3～4］。目前，美軍兩棲攻擊艦上搭載的戰斗機大多采用短距起飛、垂直降落的方式作戰；俄羅斯、英國、意大利、印度、泰國、中國等航母上艦載機使用滑躍起飛；美國、法國、巴西航母均使用蒸汽彈射起飛［5］的方式。時至今日，只有美國全面掌握了蒸汽彈射器技術并在實際中成熟應用，連法國的“戴高樂”號核動力航母也采用美國的蒸汽彈射技術。俄羅斯、英國、意大利和西班牙等國家受技術、工藝等限制，無法研制達到標準的蒸汽彈射器，所以只能在本國的航母上采用滑翹甲板（也就是把甲板盡頭做成斜坡上翹，艦載機起飛后沿著上翹的斜坡沖出甲板，形成斜拋運動），作戰效率遠不如蒸汽彈射器。隨著彈射裝置的發展，電磁彈射器［6～12］也裝備到美軍“福特”號航母中。

通過艦載無人機與彈射裝置有機結合，實現彈射起飛，不僅降低了起飛滑跑距離，還提高了艦載無人機作戰出勤率，進而提升航母集群的戰斗能力。2013年5月14日，美國X-47B無人機在“布什”號航母上成功完成彈射起飛，這對于單架無人機來說可能只是“邁出一小步”，但對于無人機的發展來說卻是“邁出一大步”。由此，世界各國把艦載無人機彈射起飛作為研究的重點目標，開啟了艦載無人機發展的新紀元。

無人機上艦是海軍發展的必然趨勢，安全、可靠、高效的彈射起飛是保證艦載無人機形成戰斗力的主要技術之一。彈射作業流程是實現艦載無人機協同、流暢彈射起飛的必要保障。

近年來，相關院所和學校已經開展了關于彈射起飛關鍵技術的攻關和驗證，但目前國內暫無艦載無人機成功彈射起飛或彈射起飛作業流程的相關報道。本文結合艦載無人機、彈射器、航母甲板等特點，探索、設計一套無人機彈射作業流程，盡可能滿足不同類型艦載無人機安全、有序、順利彈射起飛的需求。

2 術語和定義

2.1 往復車

彈射裝置露在甲板上的部件之一，可沿彈射道滑槽作往復運動。彈射時，將彈射載荷通過彈射桿傳遞給艦載機使其迅速加速；彈射后復位開始下一輪彈射。

圖1 彈射桿、往復車示意圖

2.2 彈射桿

前起落架前端的可收放部件，彈射時用于連接彈射器。艦載機通過彈射桿與往復車相連，在地面滑行時受控下壓，向下的壓力滿足其與彈射裝置適配要求。

2.3 牽制桿

前起落架后端的可斷離部件，在彈射之前起牽制作用，防止艦載機在發動機推力作用下向前移動進而與彈射裝置脫離。

2.4 張力銷（或定載釋放接頭）

用于連接艦載機前起落架和牽制桿，能承受發動機推力和彈射裝置張緊力；彈射時在彈射力作用下斷裂（或釋放），使艦載機脫離牽制實現彈射起飛。

圖2 牽制桿、張力銷（或定載釋放接頭）示意圖

2.5 緩沖鉤

彈射裝置的組成部分之一，彈射前與艦載機的牽制桿掛接；彈射時拖住牽制桿，使其與艦載機脫離，隨后艦載機滑出。

圖3 緩沖鉤示意圖

3 無人機彈射起飛限制條件

3.1 場地

艦載無人機起飛過程主要由飛行指揮中心、艦面站、無人機、彈射中心、機務保障組、勤務保障組、空管等多個戰位協同、配合完成。同時，航母自身的運動以及周邊復雜的自然環境，比如艦體橫搖、艦艉流等也增加了無人機彈射作業流程開發的難度。

3.2 彈射裝置

蒸汽彈射裝置目前是技術成熟度最高、應用范圍最廣的彈射手段，在美國、法國等海軍已服役多年，安全性、可靠性經得起海洋作戰環境的檢驗。盡管如此，其固有的不足仍然難以解決，主要體現在以下方面：

1）蒸汽彈射裝置在彈射過程中，存在蒸汽泄漏問題；

2）蒸汽彈射裝置附近甲板區域溫度高，對艦載無人機輪胎性能要求高；

3）蒸汽彈射裝置重量、體積大，維護人員多，導致甲板有效空間利用率下降。

新型的電磁彈射裝置具有準備時間短、自動化程度高、連續作戰能力強等特點，但電磁彈射裝置也有不足：

1）電磁彈射裝置產生較強磁場，對艦上電子設備存在干擾，對艦、機電磁防護要求較高；

2）電磁彈射裝置系統對能源需求較高，一般只能部署于核動力航母。

3.3 無人機

由于典型作戰任務不同，艦載無人機在重量、外形、功能上千差萬別。在設計彈射作業流程之初，需要考慮不同量級的艦載無人機，盡量使彈射作業流程通用化。

3.4 人員

航母甲板工作人員較多，戰位布置相對分散。在設計過程中，不僅要考慮艦載無人機與彈射裝置的順利適配，還要盡量減輕艦上人員的工作負荷、提高效率使艦載無人機彈射工作安全、順暢的完成。

4 彈射作業流程初步設計

4.1 彈射起飛前準備工作

4.1.1 航母

指揮中心決定艦載無人機執行彈射起飛任務之后，通知艦長、艦島飛行指揮員、無人機指揮員、彈射值班員、航空保障等相關戰位進行準備工作。艦長通過甲板值班員通報全艦，艦載無人機彈射起飛工作進入準備階段。同時，航母通過調整航向、行進速度等來滿足艦載無人機彈射起飛條件。

4.1.2 航空保障

機務值班員、勤務值班員以及各中隊值班參謀在收到任務后，按照機務、勤務保障計劃，分別進入指揮、保障戰位開展直接機務、勤務工作。保障現場由負責人組織完成艦載無人機轉運、接地、通電、充氣、加油、武器加掛等機務保障工作，以及艦上保障能力檢查、調運保障準備、艦面供給保障、機械武器保障準備、起降保障裝置準備等勤務工作。

4.1.3 無人機

無人機指揮員首先通知機務、勤務保障人員將艦載無人機轉運至航母甲板準備區，見圖4。

圖4 轉運工作示意圖

其次，系留員將艦載無人機固定在甲板上，機務、勤務人員開始艦載無人機彈射起飛前甲板準備工作。然后，檢驗人員完成艦載無人機彈射起飛前檢查工作。最后，起飛助理向無人機指揮員匯報：艦載無人機彈射起飛前準備工作已完畢，可以彈射起飛。

4.1.4 彈射裝置

艦載無人機在航母甲板進行準備工作的同時，彈射值班員組織裝置保障人員、安全警戒人員開啟彈射裝置機動測試。警戒人員分別位于彈射軌道不同位置，未到位時不得開始機動測試。防止甲板作業人員未經許可穿越彈射軌道，給自身和彈射裝置造成不必要的傷害。

圖5 彈射裝置準備工作

4.1.5 甲板異物排查

勤務保障員排查、清理甲板異物。經檢驗人員核實艦載無人機機身、輪胎清潔無異物后，艦載無人機才能駛入航母甲板彈射區，避免異物進入彈射軌道影響彈射飛行順利進行。

4.2 無人機彈射起飛作業流程

目前，艦載無人機轉運至航母甲板后，艦面調運可采用以下三種方式：

1）牽引式調運：由拖曳車牽引艦載無人機先后到達準備區、彈射區?？煽啃暂^高，但效率較低；

2）CDU引導式調運：無人機甲板操作員依據甲板引導員手勢，操控CDU使艦載無人機滑行至準備區、彈射區?，F已應用到美國海軍中，技術成熟度高、風險低；

3）自主滑行式調運：按照預先裝訂的規劃路線，艦載無人機自動滑行至準備區、彈射區。此時，要求規劃路徑上無障礙物，否則一旦發生錯誤就可能撞機，風險較大。

另外，蒸汽彈射器彈射區甲板溫度較高，應盡量縮短艦載無人機輪胎在高溫區的工作準備、停留時間。

結合艦載無人機彈射起飛限制條件、艦面調運方式，初步將無人機彈射作業流程劃分為四個階段：“就位階段”、“準備階段”、“彈射階段”和“起飛階段”，然后將各個階段劃分為若干模塊，逐項實施，詳見圖6。

圖6 無人機彈射作業流程

在設計過程中，綜合考慮各活動模塊所需的甲板人員、保障資源等因素，梳理不同模塊對艦載無人機彈射工作效率產生的影響，進而對不同的活動模塊采取并行優化設計，提高作業效率。其中：

1）就位階段：轉運艦載無人機到達航母甲板準備區預定位置后，機務保障員、勤務保障員、無人機指揮員、試飛員等戰位共同完成艦載無人機正常啟動、滑出前檢查、發動機起動等工作，見圖7。

圖7 就位階段示意圖

2）準備階段：解除系留鎖鏈后，艦載無人機在甲板引導員、拖曳車或無人機甲板操作員的引導下進入彈射區；安裝牽制桿后，繼續滑行至彈射桿到達往復車喉部同時緩沖鉤到達行程末端時停止；啟動彈射裝置，完成工作后甲板保障人員撤離至安全區域，見圖8。

圖8 準備階段示意圖

3）張緊階段：無人機指揮員與彈射值班員核對工況后，彈射裝置完成張緊工作；隨后，無人機試飛員將艦載無人機油門調整到最大狀態；最后，彈射值班員依次完成最后準備、彈射等工作，見圖9。

圖9 張緊階段示意圖

4）起飛階段：彈射指令發出后，張力銷斷裂或定載接頭釋放，往復車拖動艦載無人機滑跑。在彈射沖程末端分離后，艦載無人機按程序順利起飛，見圖10。

圖10 起飛階段示意圖

分段式、模塊化的彈射作業流程具有工作方式靈活、使用范圍廣的特點。針對不同的調運方式，適當調整不同模塊的工作階段即可滿足彈射要求。例如：采用拖曳式調運方式，可以將發動機起動模塊調整到準備階段，避免開啟發動機后艦載無人機滑動，給拖曳車、艦面其他裝置或者工作人員帶來不必要的傷害。

4.3 無人機彈射起飛后復位流程

艦載無人機順利彈射起飛后，按程序完成復位工作：

1）牽制桿回收

機務保障員在艦載無人機彈出之后，適時快速上前收回牽制桿。然后，起飛助理通知彈射值班員、裝置保障員回收彈射裝置，準備執行下一次彈射任務。

2）彈射裝置回收

裝置保障員在檢查并確定航母甲板彈射區軌道周圍無障礙后，手勢通知彈射值班員按照程序復位彈射裝置、開啟復查工作。在確認彈射裝置工作狀態無誤后，完成后續彈射飛行任務。

3）艦載無人機撤收

艦載無人機安全著艦后，甲板保障員接手艦載無人機。隨后，組織機務、勤務保障員共同完成艦載無人機下電、檢查、排故以及數據下載等工作。最后，按照預定路線轉運回機庫。

5 結語

因了解艦載無人機、航母彈射起飛的情況有限，對無人機艦上彈射作業流程的設計僅供參考。在深入研究艦載無人機、彈射裝置以及航母艦面布置之后，努力突破相關學科的關鍵技術，解決復雜環境下艦載無人機安全、有序、高效彈射起飛的難題，滿足艦載無人機在未來高對抗環境中作戰應用的需要。

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