国外舰载机夜间着舰航线设计分析

来源:用户上传      作者:

　　摘  要：作为航空母舰战斗力形成的关键，舰载机为了能够安全、高效回收，都是按照特定的航线完成进场着舰飞行的，且不同着舰环境飞机的着舰航线有所不同。与昼间着舰相比，夜间着舰受到更多不利因素的影响，难度和风险要大很多，也是航空母舰形成全天候作战能力的标志。为了有效降低着舰风险，分析夜间着舰飞行的特点给出合理的夜间着舰航线设计方法是很有必要的。
　　关键词：舰载机;着舰航线;设计
　　中图分类号：V249.1 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）10-0029-02
　　Abstract： As the key to the formation of aircraft carrier combat effectiveness， in order to recover safely and efficiently， carrier-based aircraft complete the approach and landing flights according to specific routes， and the landing routes of aircraft in different landing environments are different. Compared with day landing， night landing is affected by more unfavorable factors， which is much more difficult and risky. It is also a sign of aircraft carrier's all-weather combat capability. In order to effectively reduce the landing risk， it is necessary to analyze the characteristics of night landing flight and give a reasonable design method of night landing route.
　　Keywords： carrier borne machine; landing route; design
　　1 概述
　　舰载机夜间着舰一般是指每日太阳落下之前半小时到次日太阳升起半小时之后的着舰飞行活动，与昼间相比，在环境、设备、指挥、心理等方面存在较大差异，飞行员和指挥员由于目视参考少，判断飞机状态困难，特情处置不易，风险要大的多，但却是航空母舰形成全天候作战能力的重要标志。美国海军于1950年2月完成首次夜间着舰，但由于成功率较低，基本不具备夜间作战能力，后来随着着舰引导设备的改进，夜间着舰条件得到较大改善，有效降低了飞行员的操纵负荷和要求，提高了着舰成功率，但即使这样，统计资料显示，美国海军夜间着舰的事故率仍达到昼间着舰的4倍。因此完成夜间着舰对飞行员来说都是一项艰巨的任务。
　　作为航空母舰使用大国，美军舰载机进近着舰时，根据气象条件和飞行员的目视情况，进场着舰方式分为目视进场及目视着舰、仪表着舰系统进场及目视着舰、仪表指示进场及全自动着舰，这三种方式分别对应不同的着舰航线。其中，目视进场及目视着舰主要工作在气象条件良好，航空母舰周边没有云，能见度良好的昼间着舰，着舰航线见图1;仪表指示进场及全自动着舰主要工作在航空母舰周边云层高度低，能见度差等复杂气象条件下或者夜间着舰。
　　表1为给出了美军F-18飞机目视着舰航线和仪表指示进场及全自动着舰航线部分参数对比，可以看出昼、夜间着舰航线不论从航线高度、下滑道长度、航线宽度等方面都有较大的差异，进而影响航线其它参数的设置。由于夜间飞行的特殊性，昼间着舰航线并不能满足夜间着舰的要求，因此在开展夜间着舰飞行之前，需要结合飞机飞行特性和夜间飞行特点，对航线的关键参数进行分析和确定，设计出合理的夜间着舰航线。
　　2 夜间着舰航线影响因素分析
　　夜间着舰航线设计就是要确定航线的关键参数，主要包括飞机位置、速度、姿态等，既要满足安全性的要求，又要保证足够的回收效率，其主要受到4方面因素的影响：
　　2.1 飞机舰载特性
　　开展飞机着舰航线设计，需首先对该飞机进行舰载特性评估，主要包括横滚特性、大小油门特性、复飞、逃逸特性等，确定该型机是否具备舰载飞行的能力。由于飞机舰载特性存在差异，不同类型的舰载机进近飞行程序略有差异，最优迎角、速度等航线参数也有所不同;对于同型飞机来说，昼间和夜间飞行飞机的性能（逃逸、复飞）差异是可以忽略的，但是在昼間条件下可以接受的操作品质可能在夜间条件下有可能会变成不可接受的，会影响到航线高度、宽度。
　　2.2 飞行环境因素
　　夜间飞行与昼间飞行最大的不同就是飞行环境的差异。一方面，飞行员环境视觉辨识能力变差，会导致飞行员发现偏差慢，对座舱显示信息反应迟缓，导致过于粗放的操纵，极易产生错觉;另一方面，LSO指挥时没有天际线参考，难以判断飞机状态及距离，视角在对空观察和辅助设备之间转换困难。因此，在设计夜间着舰航线时，为了保证夜间着舰安全，对航线高度、下滑道长度、钩艉距、航线宽度等参数的要求与昼间航线会有所不同。
　　2.3 着舰引导系统
　　目前航空母舰主要的着舰引导系统根据引导距离从远到近包括微波着舰引导系统、精密着舰引导雷达和菲涅尔光学助降系统三种，美军以现有系统能够实现全自动着舰，而俄罗斯飞机和航母没有装备自动着舰设备，其技术先进程度对飞行员操纵负荷和操纵要求有着较大的区别，也直接影响到航线下滑道长度。
　　2.4 飞行员技术水平 　　在舰载机着舰过程中，作为直接操纵飞机的飞行员的着舰技术水平及熟练程度对进近着舰的安全性和精确性有较为明显的影响，对航线下滑道长度、高度、宽度的要求都会产生相应的影响。
　　3 夜间着舰航线参数确定
　　通过上述分析得知，为了保障夜间着舰安全，要根据夜间着舰实际条件确定下滑道长度、航线高度、宽度、钩艉距等关键参数，然后再通过飞机状态以及位置几何关系，求出航线其余参数信息。下面结合国外舰载机相关资料，对舰载机夜间着舰航线的关键参数确定进行分析。
　　3.1 下滑道长度
　　着舰的关键是下滑道的建立。夜间飞行，周边环境视觉信息缺失，飞行员没有可靠的地标作为飞行参照，容易产生错觉，只能严格按照仪表飞行，对飞行员的身体、心理和技术都是巨大的考验。在这种情况下，如果飞机尽早对准舰尾建立稳定的下滑道，使飞行员有充裕的时间建立正确的飞行轨迹和姿态，尽量避免近舰尾段的调整频率和幅度，对于减轻飞行员的心理负担，降低着舰风险，提高着舰成功率是很有帮助的。但下滑道长度加长会导致航线时间变长，降低了回收效率，因此需要综合权衡。
　　3.2 航线高度
　　夜间海上低空飞行，飞行员不仅缺少目视参照，而且由于飞机接近水面，空中出现特情时飞行员反应时间不足，导致风险较大，因此美军和俄罗斯夜间着舰的航线高度都较昼间有所提高。
　　3.3 航线宽度
　　航线宽度主要影响到飞机一转弯、二转弯时的坡度、时间以及二转弯时的下沉率，为保证夜间飞行安全，应避免坡度过大以及下沉率过大等大机动飞行，防止飞行员进入错觉，因此航线宽度不能太小。
　　3.4 钩艉距
　　美军在舰载机回收公告中指出，舰载机着舰过程中，为保证安全，要求飞机与航空母舰之间有至少3.0m的净空安全高度，美军“尼米兹”航母理想下滑道的舰艉安全高度为5.3m。因此，为保证夜间着舰的安全，防止着舰飞行中出现撞舰艉等危险情况，建议适当提高舰艉高度，而钩艉距只跟灯光下滑角、横摇角和甲板风三个参数有关系，分别如下：
　　（1）增大灯光下滑角，可以使飞机尾钩落点前移，钩艉距增大，但同时会导致飞机下沉率增大和姿态角减小，这意味着飞机冲着舰击载荷增大以及复飞风险的增加，因此下滑角不能太大。
　　（2）由于光学助降装置的安装位置偏离跑道中心线，则可以通过改变灯箱的横摇角，使位于着舰中心线上的下滑道升高或者降低进而改变尾钩落点的位置，这样就可以保证飞机在下沉率和姿态角不变的情况下通过理想着舰点位置前移来增大钩艉距。
　　（3）甲板风增大，飞机下沉率减小，俯仰角增大，尾钩落点后移，钩艉距减小。
　　因此，如果想要更大的钩艉距，在中等甲板风（18～25节）条件下，最好是将通过改变灯光横摇角将尾钩触舰点适当前移，前移不宜过大，否则将增加逃逸概率;下滑角增大和甲板风增大两者对着舰的影响相反，只有在大甲板风情况下（≥35节），才会增大灯光下滑角，这样既可以减小舰尾流的影响，也可以保证下滑轨迹角、俯仰角、飞机基础转速等着舰参数基本不变，降低对飞行员着舰下滑操纵的影响。
　　4 结束语
　　本文通过分析夜间环境着舰飞行的特点，提出了夜间着舰航线关键参数的确定原则及方法，而设计出的航线也需要通过飞行来验证以及改进。通常在不同的训练阶段会使用不同的航线，比如夜间着舰初期或者气象条件恶劣时可以使用大航线，飞行员经过长期训练技术熟练后或者气象条件良好时则可以使用小航线。飞行员按照合理的航线操纵飞机飞行，既可以有效降低着舰风险，又可以保证较高的回收效率。
　　参考文献：
　　[1]潘婷婷.舰载机进近着舰航线设计及控制系统仿真[D].南京：南京航空航天大学，2014.
　　[2]杨一栋.舰载飞机着舰引导与控制[M].国防工业出版社，2007.
　　[3]张健，潘华.舰载战斗机夜间着舰引导方式初步研究[J].航空科学技术，2007.
　　[4]王鹏，焦晓辉.艦载机着舰指挥引导技术[J].中国科技信息，2019.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14870614.htm