舰载机综合保障技术实践及发展展望

随着舰载机批量服役,中国突破了舰载机研制关键技术,但由于舰载机机型种类多,保障工作复杂且强度大,加之舰基空间及资源有限、保障压力大,舰载机面临着舰面保障规模大等难题,为此开展了舰载机多机种综合保障技术实践。本文较为全面地总结了舰载机研制采用的保障一体化论证方法、基于模型的可靠性/安全性分析方法、面向机舰适配维修性设计、腐蚀防护与控制、岸舰一体通用化保障系统研制等工程实践做法。结合对新作战概念、保障发展需求研究,展望了新一代舰载机保障模式,提出了一种从"保障战斗力"跨越到"释放战斗力"的新保障概念和保障模式。     

面向机舰适配的舰载飞机起降特性分析

机舰适配性是舰载飞机总体设计的核心内容之一,通常包括性能适配和保障适配两部分,是舰载飞机总体设计特有的阶段;其内涵是指舰载飞机充分、高效利用航母的特性,使用其设备和装置的固有能力。以舰载飞机的使用环境为切入点,定义了有人驾驶陆基飞机改舰载机设计所需考虑的机舰适配的诸多方面;以滑跃起飞/拦阻着舰型舰载机为实例,突出性能适配,对滑跃起飞和拦阻着舰的过程进行物理分解,探求舰机以及环境参数对其性能的影响,建立了相关性能的计算方法,并结合国外典型航母的数据进行了计算分析,定量评估了甲板风对滑跃起飞和拦阻着舰的作用。同时,从保证着舰安全性的角度给出了建议的着舰方式、标准拦阻程序和安全逃逸的最短甲板长度需求。最后,给出了滑跃起飞/拦阻着舰飞机设计的关注点。     

F-35C舰载机着舰试验分析与展望

随着航空技术的高速发展，舰载机设计制造的技术集成度和复杂度不断提高，与此同时，技术的可靠性和安全性也面临新的挑战，需要通过严密的试验来发现。与陆基飞机不同，舰载机主要以航母为平台遂行各项任务，其舰机适配能力直接影响战斗力生成，因此列装前要进行严格的舰机适配试验。由于舰载机着舰面临的难度和风险最大，着舰试验便成为舰机适配试验的核心环节。本文以美军F-35C舰载机着舰试验为例，分析了F-35C和“尼米兹”级航母的结构特点，从地面试验、陆基模拟着舰试验和舰基实际着舰试验三个方面分析了着舰试验各阶段的实施内容和过程方法，结合舰载机着舰训练实践总结其主要做法和成功经验，并对未来舰载机着舰试验的发展方向进行了展望，以期为我国开展同类试验提供有益参考。     

舰载机机舰适配性体系研究

针对固定翼舰载机和采用弹射装置的大型航母,分析了舰载机与航母之间的约束接口关系,提出了较为完整的舰载机机舰适配性研究框架。该体系框架涵盖了量化的机舰适配性设计要素,为舰载机的全程研制提供了指导和依据。     

舰载机布局的机舰适配性设计研究

对固定翼舰载机布局的机舰适配性设计进行了研究,分析了飞机布局外形(含起落装置)在各种舰面操作时所面临的设计约束,结合国外舰载机设计使用经验给出布局适配性设计的分析思路,为舰载机总体布局的设计及优化提供依据。     

多因素耦合的舰机适配性评估方法

舰机适配性是航母与舰载机研制过程中的难点,充分协调舰艇系统和飞机航空系统之间的复杂关系是发挥航母战斗力的关键。文章提出了 1种基于改进的熵值法与突变级数法的多因素耦合的舰机适配性评估方法。首先,进行指标选取,建立多因素耦合的舰机适配性评估指标体系,并根据突变级数理论确定指标体系对应的突变模型;其次,利用改进的熵值法计算各个指标的贡献率,提高排序结果的准确性;再次,利用突变层次结构模型进行舰机适配性评估;最后,以国外某型航母与舰载机为评估对象,验证新的综合评估方法的有效性和可靠性。文章提出的方法不需要对指标赋权,减少评估过程中由于赋权带来的主观性,为舰机适配性评估提供了新的思路。     

舰—机适配条件对舰载机滑跃起飞性能的影响

针对不同舰-机适配条件下舰载机起飞安全性的问题,建立了飞机滑跃起飞动力学分析模型,用数值方法分析了飞机起飞质量、甲板参数、舰船航行速度等因素对飞机滑跃起飞性能的影响。仿真结果表明：舰载机起飞质量增大会减小其离舰爬升率;平直甲板越长或斜甲板出口倾角越大,离舰爬升率越大;但是出口倾角太大时,会使飞机离舰迎角超出限制;增大舰船的行驶速度,可以缩短舰载机起飞所需甲板的长度。     

舰载机飞行员着舰技能等级综合评定方法研究

介绍了国内外舰载机飞行员着舰技能评定方法发展现状,分析了影响飞行员着舰技术评估的主要因素,研究着舰技能等级评估标准及评估模型,提出了一种基于模糊综合评判法的着舰技能等级评定方法,全面考虑着舰指挥官评分、计算机评分、带飞教员评分、航医评分及飞行员自我评分等5种因素。综合得出最终评价结果,该方法适用于筛选具备上舰条件的飞行员,可为舰载机飞行员上舰资质认证提供一个更全面科学的参考指标,具有较大的军事价值和应用前景。     

航母舰载机装备体系及指标论证方法

针对航母舰载机装备体系及指标论证的强体系和强舰载约束特征,以及多机种一体化保障要求高等特点,提出了基于模糊关系变换理论的体系论证方法,建立各型舰载机装备需求与任务需求之间的关系,结合航母编队作战使用特点以及航母甲板/机库空间尺寸约束进行迭代优化,构建舰载机体系结构和典型配置方案。同时,提出了基于舰载机作业流程仿真和舰载约束条件下的指标论证与优化方法,凸显编队体系作战、舰机适配性、海洋环境适应等特殊约束要素,形成系统科学的舰载机战术技术指标体系。在此基础上,构建了面向专家群决策的论证支持系统,并介绍了该系统的基本框架和运用流程。     

舰载机总体设计主要关键技术概述

概述了舰载机(固定翼舰载飞机)总体设计中与航母(航空母舰)适配的起飞、着舰等的关键技术问题。文中还统计分析了国外现有舰载机单、双发动机布局的情况,以供舰载机设计中考虑起落安全性的参考。     

舰载机暖机对舰岛影响的CFD数值模拟

为了对机舰适配性提供技术支持,文章研究了舰载机暖机对航母舰岛的热作用影响。首先,采用CATIA软件,建立航母与舰载机的3D数字样机;其次,采用Fluent软件,基于标准k-ε方程的湍流模型和三维N-S方程的控制理论,对航母与舰载机系统的数字样机进行CFD数值模拟,数值模拟了甲板风和燃气流相互作用和热交换作用下对舰岛的影响,并得出航母流场流线图、速度云图、动压云图和温度云图。数值模拟结果表明:暖机时,舰载机发动机的燃气流对舰岛及周边设备影响很大;最后,提出参考建议:舰岛及附近设备应进行抗热性能改进以满足暖机要求,人员禁止进入燃气流影响到的高温区域。     

基于模糊推理的舰载机进舰过程安全性仿真分析

 舰载机进舰过程复杂,驾驶员对舰载机的控制是影响进舰安全的重要因素,驾驶员操作的偏差受到人员自身状态、环境状态以及设备(舰载机)状态的综合影响。以国外某型舰载机为例,提出了基于模糊推理的舰载机进舰过程安全性建模与仿真方法。考虑舰载机进舰过程中驾驶员控制的不确定性,分析了引起驾驶员不确定性的人-机-环因素,基于模糊推理建立不确定因素引起的驾驶员控制偏差模型,并在此基础上建立了舰载机进舰过程安全性仿真模型。通过仿真分析明确危险模式、危险程度以及危险发生的时刻点等关键因素的影响程度,为进一步保证舰载机进舰安全提供基础。     

舰载机环境分析及环境试验技术探讨

针对舰载机与陆基飞机在服役环境上的差别,分析了舰载机面临的特殊停放环境和使用环境;通过对舰载机环境试验国内外现状的分析,指出了我国舰载机环境试验目前存在的问题;最后对舰载机环境试验项目及弹射起飞和拦阻着舰冲击试验、酸性盐雾试验、综合环境试验等舰载机特殊环境试验技术进行了简要讨论,并提出建议。     

舰载机自动着舰引导与控制研究进展

舰载机自动着舰是一项复杂的系统工程。本文概述与总结了舰载机自动着舰系统及着舰引导与控制关键技术的发展现状;阐述了自动着舰系统的发展历程、设计规范,详细描述了自动着舰系统的基本架构和工作原理。在总结舰载机自动着舰引导与控制关键问题的基础上,详细概述和分析了舰载机数学建模、着舰引导、着舰飞行控制、动力补偿/自动油门控制、甲板运动建模、预估和补偿控制、舰尾气流建模与抑制、雷达噪声抑制与误差标校、复飞/逃逸决策与控制等关键技术的研究进展。最后,对舰载机自动着舰引导与控制的研究成果作了总结,并对未来发展方向进行了展望。本文旨在促进舰载机自动着舰技术的发展。     

舰载机弹射起飞建模与控制

舰载机弹射起飞过程由舰面滑跑和离舰上升两个阶段组成,各阶段舰载机的受力与约束不同。根据两阶段舰载机的气动特性和运动特性,建立了一种通用的舰载机纵向动力学模型确定其离舰速度、离舰迎角和预置舵偏角,从而选择合适的控制策略完成弹射起飞上升阶段的自动控制飞行。以某型机为例,建立了全量非线性模型,并在此基础上设计了离舰上升阶段的控制方案。仿真结果表明,该模型与控制方案具有较好的控制效果。     

舰载机人工进场着舰精确轨迹控制技术

进场着舰精确轨迹控制是舰载机设计的难点和关键技术之一。首先，对舰载机人工进场着舰轨迹及精确轨迹控制的应用需求进行了讨论，指出其必要性和直观的有益效果；随后，讨论了舰载机进场着舰精确轨迹控制的演变过程、发展趋势及涉及的等角下滑航迹率控制技术、进场动力补偿技术、直接力控制技术、DP（Delta flight Path）控制技术等关键技术；最后，讨论了舰载机进场着舰精确轨迹控制对减轻驾驶员操纵负担、降低触舰点分散度、减小触舰载荷等方面的收益。研究工作对舰载机的精确轨迹着舰控制系统设计具有一定的工程指导价值。     

舰载战斗机发动机适配性体系研究

为有效促进舰载战斗机发动机研发,参考国外舰载战斗机发动机研制经验,结合作战使用需求,系统梳理了舰载战斗机发动机适配性体系组成,重点围绕海洋作战适配性、海洋环境适配性、舰载使用适配性阐述了相关能力要求。在此基础上,提出了整机试验、陆基飞-发适配性试验和舰基舰-机-发适配性试验逐层递进的舰载战斗机发动机适配性体系验证考核方式。分析认为未来舰载战斗机发动机适配性工作应加强体系融合联合攻关,注重远海长航舰面维修保障能力设计,加快推进发动机舰载适配性标准规范体系建设。     

基于干扰模型的机群保障点失效应急重构策略生成方法

舰机适配性设计中的航空保障系统对舰载机群进行使用保障和维修保障的过程中,由于舰船甲板空间不足、备件不足、机务人员不足等原因,导致直升机不能及时得到保障,将这些因素抽象为舰船上保障点不可用。通过考虑舰船上直升机群保障过程中的保障点失效情况,提出一种保障点失效应急重构策略生成方法。建立了保障点失效干扰模型,运用拉格朗日松弛法对模型中保障点数量约束进行松弛,采用次梯度优化算法求解拉格朗日对偶问题,并结合启发式算法给出保障点失效的应急调整方案。最后,以舰载直升机机群任务出动保障作为案例,验证了方法的有效性。     

固定翼舰载战斗机关键技术与未来发展

在大国竞争和国际战略环境激变的背景下,作战样式的变革、潜在的使用需求和先进技术的助推使得未来舰载机发展引向何处的讨论成为多方关注的焦点。本文在剖析固定翼舰载机发展主要驱动因素的基础上,梳理了支撑舰载机发展的起飞、着舰、一体化保障、环境适应性设计等核心关键技术的演进路径,并基于对未来智能技术、无人机技术发展的研判,针对未来舰载机作战使用涉及的有人/无人协同作战、多域协同、舰载航空体系化发展等问题进行讨论,提出了新一代固定翼舰载战斗机的主要能力和技术特征。     

舰载无人机与弹射装置适配性问题研究

从工程角度,舰载机与弹射装置的适配性由机械接口适配性、操作流程适配性、起飞(含性能)适配性和环境适应性等4个方面构成。舰载无人机作为舰载机的一个分支,受到需求、技术成熟度与成本等多因素影响或制约,在上述4个方面与有人驾驶的舰载机相比,具有其特殊性。我国在舰载机特别是可被弹射起飞的舰载机设计领域仍处于初级阶段,本文针对舰载无人机与弹射装置的适配性进行讨论,以提高未来舰载无人机研制中相关技术的成熟度,加快型号研制进展。