艦載直升機技術發展對任務能力的影響

馮維超,呂春雷

(中國直升機設計研究所，江西 景德鎮 333001)

0 引言

20世紀后期，隨著海洋開發事業的興起和現代海軍的快速發展，國家戰略利益從本土向海外、從地區向全球、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，維護海洋權益，保障本國領海安全，對軍事力量不斷提出適應性要求。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、空中預警、水雷戰、電子戰等多種任務，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展軍用艦船的同時，都在大力發展性能優良的艦載直升機。直升機裝備水面艦艇也成為艦艇現代化的一個重要標志[1]。艦載直升機可有效提升海軍兩棲作戰能力，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能力的發揮具有巨大作用。

隨著空天一體、海天一體等戰略思想的出現，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展一樣，艦載直升機不可避免地朝著高速、高機動、遠航程等方向發展。這從根本上推動了高速新構型、新構型旋翼、高生存力、多任務平臺、無人化等方面的技術發展，從而推動艦載直升機更好地融合到體系化、信息化作戰中，能夠更加靈活隱蔽和快速機動地完成反潛反艦、搜索救援等作戰任務，同時也開創了快速登陸登島，奪取島嶼控制權以及零傷亡突擊的全新作戰方式。

1 艦載直升機技術發展與能力提升

如前所述，艦載直升機的技術發展主要包括高速新構型、新構型旋翼技術、高生存力、多任務平臺以及無人化等5個方面，這些方面的技術發展促進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) 高速新構型技術通過突破傳統構型對速度的限制，實現艦載直升機速度的提升；

2) 新構型旋翼技術通過采用無軸承或無鉸構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構還可以提高旋翼維護性；

3) 高生存力技術包括復合材料應用、應急漂浮和智能著艦等技術，可提升艦載直升機的戰場損傷修復能力、海面墜毀生存力以及艦上使用安全性；

4) 多任務平臺技術是通過模塊化整機集成設計與綜合化、模塊化航電設計構建多任務平臺，通過加裝不同的任務系統實現多種用途，一方面可以減少艦上保障設備的數量，另一方面可以通過快速轉換實現快速反應能力；

圖1 艦載直升機技術發展方向與能力提升

5) 無人化技術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，滿足戰爭零傷亡的要求。

1.1 高速新構型技術

速度提升是直升機研究領域持續努力的目標之一。世界各國在新構型高速直升機技術領域的競爭日趨激烈，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，意圖搶占未來高速旋翼機特別是軍用高速旋翼機的市場。

高速新構型技術包括兩方面：一是指通過加裝如螺旋槳、涵道風扇和噴氣發動機等輔助推力裝置，提供更大的水平推力，并通過旋翼系統提供升力，旋翼系統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；二是采用傾轉旋翼技術，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，從而達到更高的飛行速度，如美軍的V-280傾轉旋翼機。國外的直升機發展表明，下一代直升機的最大飛行速度將高于400km/h，而傾轉旋翼技術的應用將使旋翼機的最大飛行速度達到600km/h。這一技術的出現可使旋翼機從載艦或者離戰場不遠的前方基地起飛，不用加油即可深入敵后1500km以上，大幅提升海軍的整體作戰能力。通過這些技術的持續改進，艦載直升機的作戰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) 擴大作戰范圍，并可快速對臨近地區做出反應。

1.2 新構型旋翼技術

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

新構型旋翼系統還將采用先進的球柔性、無鉸、無軸承槳轂，以此改善直升機旋翼的氣動特性，實現視情維護，提升槳葉壽命。如NH90直升機就采用4片復合材料槳葉和鈦合金球柔性槳轂，并采用先進的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，旋翼拉力比常規槳葉提高30%～40%。“山貓”直升機用這種槳葉于1986年8月11日創造了400km/h的世界速度紀錄。此技術改善了直升機旋翼的氣動特性，實現了視情維護，使槳葉達到無限壽命[2]。

1.3 高生存力技術

1.3.1 復合材料應用技術

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

1.3.2 應急漂浮技術

盡管發動機停車的概率很小，但艦載直升機在設計時必須考慮應急著水能力。在這種情況下，應確保在艙內的救生設備(充氣船和劃板等)放下水和機組人員登上救生設備的這段時間內，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構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，機身下部設計成帶有下伸出不大的龍骨船形，并安裝側面支持浮筒以保證橫向穩定性。這些直升機不只在應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和內嵌式充氣氣囊，不會造成附加阻力，利用直升機側面的壓縮空氣開關打開氣囊并用噴射的方法把氣囊展開成工作狀態。

1.3.3 智能著艦技術

艦載直升機使用環境復雜，受到艦的運動、艦的上部結構產生的尾流、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展的難點，各種各樣的助降裝置應運而生。總的來講，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。為進一步提高在惡劣環境下安全著艦的能力，出現了拉降助降裝置，其優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，隨著自動控制技術的發展，出現了諸如用于“海王”直升機的E系統，用于“海鷹”的RAST系統和加拿大英特爾技術有限公司開發的ASIST系統。未來該類技術將進一步朝著智能化的方向發展，例如基于計算機視覺的艦載直升機助降技術等，將進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 多任務平臺技術

從發展過程來看，艦載直升機經歷了一個從單一任務到多任務，再到綜合任務的發展過程，其角色也從原來較為單一的反潛、反艦發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在注重通用性的同時，也會向一機多角色的平臺技術方向發展。如美國海軍20世紀末提出的2015年規劃發展路線，將當時服役的13個機型逐步由7個機型替代，目前已經完成；2010年，再次提出的2032年規劃發展路線圖中，對尚有的10個艦載直升機平臺進行整合，特別是對“海鷹”直升機，覆蓋率達到85%[5]。

多任務平臺技術的核心是綜合化、模塊化的航電設計，即采用標準化的數據總線、模塊化的任務計算機、智能化人機界面以及信息數據融合技術，實現信息共享和多路、快速傳輸；同時采用綜合化的架構，提高航電系統的擴展性，利于快捷完成拓展與換裝，實現任務能力的快速轉換。如最新一代的UH-60直升機航電系統采用了CASS(通用航電系統)架構，標準化的接口方便了功能模塊的“即插即用”，實現任務能力的快速轉換，適應不同的作戰任務。

1.5 無人化技術

無人化技術通過信息共享將無人艦載直升機部署在體系作戰的最外圍，通過超視距飛控、自主飛行技術實現無人艦載直升機的自主飛行，通過數據傳輸獲得來自艦面或者指揮機的指令，完成相應的作戰任務。尤其是在生化威脅環境中，基于無人化技術發展的艦載直升機將發揮不可替代的作用；而察打一體的艦載無人直升機，可實現戰場“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識別任務，而是擴展到掃雷、反艦等諸多領域，已被美國陸軍和海軍同時采用，該機將是美國未來海軍戰斗艦計劃裝備的三種無人化平臺之一[6]。

2 技術發展對作戰任務的影響

在掌握制空權的情況下，以艦載直升機攻擊敵小型艦艇已成為現代海戰的一種重要方式。艦載直升機已成為多種海上小型艦艇的“克星”。此外，艦載直升機還可執行反潛、支援、搜索、救護、運輸、布雷、通信聯絡、偵察、電子干擾、預警、中繼制導等多種任務。前文所述的諸多技術發展對艦載直升機作戰任務的影響可分為兩個層次：其一是對艦載直升機的傳統作戰任務能力加以提升，其二是對作戰任務能力有突破性影響。本文著重從高速新構型技術與無人化技術兩個方面對后者加以論述。

2.1 高速新構型技術的影響

從目前的發展情況來看，在高速新構型技術的影響下，傾轉類旋翼機和剛性共軸復合式旋翼機將被賦予更多的使命。其中傾轉類旋翼機由于速度快、航程遠，但機動性不足，未來將主要用于運輸機；而剛性共軸復合式由于速度快、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，所以在登陸作戰中起到非常重要的作用。海軍在登陸、登島作戰時，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物資迅速跨越敵封鎖區，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，使其成為登陸作戰的重要運輸工具。通過發展和應用高速新構型技術，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島嶼，實施物資、設備與人員的機降，在短時間內形成一定的戰斗力，為艦上人員的登陸作戰創造條件。

2.1.2 催生大縱深防御作戰任務能力

高速新構型技術的應用可大大降低艦載直升機的阻力，進而減少油耗。在裝載相同的燃油的情況下，航程遠大于傳統構型直升機，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備后，能形成大縱深的防御作戰能力。

2.2 無人化技術的影響

無人化技術可使艦載機具備低風險、零傷亡優勢，可部署在驅逐艦、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，增強海軍多樣化任務能力。在信息化作戰體系中，處于海面作戰網絡的最外節點處，無人直升機通過裝載不同的任務設備，主要實現以下幾種作戰任務能力：

1) 零傷亡反艦任務能力：攜帶反艦武器的艦載無人攻擊直升機通過數據傳輸得到來自艦基、預警機或指揮機的指令，應用先進的無人駕駛與飛控技術，自主規劃飛行任務，通過自部署到達戰場，完成攻擊任務，即使出現損毀，也不會造成人員傷亡。

2) 零傷亡偵察攻擊任務能力：攜帶偵察設備與反艦武器的察打一體艦載無人直升機，通過數據傳輸得到來自艦基的超視距遙控指令，飛行到作戰區域上空，通過偵察搜索、鎖定目標，完成攻擊任務，一旦被發現，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) 零威脅探測任務能力：攜帶相應探測設備的艦載無人直升機，通過數據傳輸得到來自艦基的超視距遙控指令，飛行到對人體有害的環境區域內進行環境探測，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 結束語

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