艦載直升機(The ship based helicopter)是旋艦翼航空器,是以航空母艦或其它艦船為活動基地并能執行各種作戰任務的直升機,主要功能是救援、聯絡和反潛等。
隨著現代海戰向立體化、多層次發展,各國海軍迫切需要掌握海上制空權,維護海洋權益,保障領海安全。因此,世界各國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。而航載直升機主要用于偵察救護、反潛反艦、空中預警以及電子戰、水雷戰等作戰任務。它最大的特點是機動靈活、快速高效。
歷史沿革
背景
艦載直升機在海戰中的地位日益突出,直升機裝備水面艦艇是艦艇現代化的一個重要標志。隨著現代海戰向立體化、多層次發展,各國海軍迫切需要掌握海上制空權,維護海洋權益,保障領海安全。由于艦載直升機在海上擔負偵察救護、反潛反艦、兩棲突擊、空中預警以及電子戰、水雷戰等多種使命。因此,世界各國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。
發展過程
20世紀50年代中期以前,反潛直升機仍處于探索與試驗階段,尚未獲得廣泛的實戰應用。這一時期的反潛直升機采用的都是功率小的活塞式發動機,只載有有限的搜潛設備,基本上不攜帶攻潛武器,只能完成簡單的搜潛任務。到了20世紀60年代,反潛直升機開始采用較大功率的渦軸發動機,其性能有了較大改善,既可攜帶各種搜潛設備,又可攜帶一定的攻潛武器,成為搜潛/攻潛功能相結合的平臺。如西科斯基飛機公司的SH-3“海王”,蘇聯卡莫夫直升機設計局的卡-25“激素”以及法國宇航的SA-3216‘超黃蜂’等。20世紀70年代,隨著SH-2“海妖直升機’和SH-60海鷹直升機“海鷹”的問世,特別是美國海軍實施的“輕型空中多任務系統”(LAMPS)計劃,反潛直升機開始向機艦綜合的多任務能力方向發展。世界各國海軍現役反潛直升機總數約1800架,比現役固定翼反潛飛機數量還多。其中美國SH-3“海王”、SH-2“海妖”、SH-60“海鷹”等各型反潛直升機424架,俄羅斯卡-25“激素”、卡-27“蝸牛”、米-14“煙霧”等共241架。現代海戰證明,在掌握制空權的情況下,艦載直升機攻擊敵水面艦艇已成為現代海戰的一種重要方式,艦載反艦直升機已成為多種海上小型艦艇的“克星”。先進的艦載反艦直升機能對海上威脅目標進行探測、分類、識別、跟蹤和打擊,主要的攻擊武器是近程或中遠程空對艦導彈。
技術特點
艦載直升機與普通直升機同屬一類旋艦翼航空器,除共同的特點外,它與普通直升機還有著明顯的區別。首先艦載直升機是以航空母艦或其它艦船為活動基地并能執行各種作戰任務的直升機,主要功能是救援、聯絡和反潛等;普通直升機主要是運輸、反坦克和偵察等,因此兩者武器裝備和偵察通信系統不同。其次,能上艦的直升機,體積和重量有限制,如米-26這樣的大型直升機根本上不了艦。此外,涂裝不同:艦載機一般涂成低可視度的灰色,普通直升機以各色迷彩為主。艦載直升機是以艦船為基地,主要在海上活動,其使用環境與陸用直升機有明顯不同,因此艦載直升機有一些特殊的技術要求。
動力系統
操縱性和機動性良好艦上起降甲板周圍建筑物會產生擾動氣流區,為克服擾動氣流區對飛行的影響,直升機必須具有大的功率和升力儲備,以及良好的操縱性和機動性。
艦載直升機動態對接飛行試驗技術
自從使用艦載直升機以來,由于艦載直升機使用環境的特點,引起了陸基直升機沒有遇到的附加難題。這些特點包括:艦的運動;艦的上部結構產生的尾流;飛行甲板有限的降落面積(尤其是搭乘直升機的小型艦船)。為了評估直升機在特定級別的艦上的使用能力,確定與這種使用環境有關的各種限制,大多數國家都制定并執行了艦載直升機飛行試驗計劃,并稱之為動態對接試驗。除了確定和量化各種艦載飛行條件下直升機的使用能力外,動態對接試驗還需評估艦上航空設備和程序的適用性和安全性。影響艦載直升機安全使用的因素很多,包括飛行甲板的大小、形狀、位置和標記,與艦上部結構的遠近,不可預測的艦運動和擾動尾流。此外,艦上或周圍的照明、飛控系統性能下降,基本直升機飛行特性較差等情況,也進一步增大了艦上使用的難度。因此,動態對接試驗要求系統地測量和確定這些潛在不利因素的影響及其復雜的相互關系,并給出直升機艦上使用包線。除了發展艦上使用包線,動態對接試驗還評估和提供艦上相容性資料,評估艦上尾流、廢氣和電磁干擾等對艦載直升機使用的影響,評估艦上目視降落輔助裝置、照明及飛行甲板標記的適用性。
技術規范
為了艦載直升機海上作業安全,各國均制定了相關的規范標準,其中英國的CAP437標準中對艦載直升機的起降流場給出了明確的量化指標——在直升機起降區域內,垂向速度標準差應小于1.75m/s。而在CFD數值模擬中,基于湍流應力各向同性的假設,該標準則可以采用湍動能來體現,其等價于CAP 437的判定準則。
機體結構
直升機振動一般由直升機主旋翼、尾槳、傳動機構等旋轉部件的運動、空氣動力和發動機噪聲共同誘發,其振動頻率成分包括某些特定轉速的正弦分量和隨機振動分量。對于艦載直升機振動而言,除承受一般陸基直升機的振動影響因素以外,還要受到艦船結構和海浪特性引起的振動。例如,艦載直升機在甲板上起降時,旋翼與機體會隨著艦船在海面上發生震蕩,起落架平面與水平面的夾角平面會隨著艦船的搖擺發生變化。由于起落架的非線性,艦載直升機的結構參數與地面條件相比具有不同的剛度和阻尼,其旋翼、變速器、發動機和機體耦合系統的穩定性也發生了變化,使得艦載直升機的穩定性受到影響。很可能發生“船舶表面共振”事故。在設計措施上,除了保證旋翼一傳動耦合系統具有足夠的阻尼外,頻率要求與傳動系統振動的各階模態固有頻率分開,并有足夠的轉速余量,有效防止共振。另外,艦船上的機械裝置包括發電機、變壓器、推進發動機、齒輪箱、旋轉軸和螺旋槳等,它們的運行將誘發出艦船振動,對其上安裝的裝備將產生影響。艦船上機械設備的運行,對直升機機體及其機載設備的結構均會造成不利影響,在確定艦載直升機振動特性時,均需對此加以考慮。
典型作戰任務
反潛反艦
反潛反艦是艦載直升機最主要的一項任務。反潛任務由兩部分組成,一是搜潛,二是攻潛。搜潛一般又通過兩種類型的設備進行搜索;即是機載設備和吊放聲納設備或浮標。在上個世紀五六十年代,反潛直升機的發展剛剛起步。受限于當時直升機發動機功率限制,當時的艦載反潛直升機如美國的SH-3“海王”、蘇聯的卡-25等只承擔搜潛任務;這是因為機載反潛設備相對較重,消耗的電力能量多,無法攜帶攻潛的武器,因而任務種類較為單一。隨著技術的發展,艦載直升機的體積越來越大,發動機功率越來越高,雷達、聲納、磁力探測儀、紅外探測儀、光電設備等都是搜潛任務的有力幫手;攻潛任務也逐漸成為艦載直升機的活兒。攜帶有反潛魚雷、深水炸彈的艦載直升機日益成為主流。這使艦載直升機在反潛領域更加專業全面。在反艦方面,艦載直升機對一些小型水面艦艇識別查證外,同樣也擁有對其致命一擊的能力。在英阿馬島戰爭中,首次參戰的英國“海山貓”直升機,憑借其強大的掛載能力,就擊沉了阿根廷的潛艇,為英國在馬島戰爭中的反潛作戰首開紀錄。
空中預警
空中預警也是艦載直升機的重要任務項目。相比于水面艦艇本身自帶的雷達,艦載直升機除了可以擴大探測預警范圍外,最重要的一點就是艦載直升機可以有效解決艦載雷達的盲區問題。受制于雷達波束和地球曲率的影響,艦載雷達會在低空范圍內產生雷達盲區,這就會給敵人可乘之機。又是英阿馬島戰爭,阿根廷的兩架“超級軍旗”戰機就是利用低空雷達盲區,運用超低空突防的戰術方式,用飛魚反艦導彈擊沉了英國“謝菲爾德號”驅逐艦。
電子對抗
隨著導彈和制導技術的發展以及海戰場電磁環境的日趨復雜,海戰中艦載直升機擔負的任務也越來越重要。各國海軍正在對現有艦載直升機加裝電子戰設備,并努力發展新型艦載電子戰直升機,如:美國EH-60A通信電子戰直升機,俄羅斯米-8SMV/PPA和米-17P電子戰直升機等。目前,海軍艦艇上使用的一般是以反潛為主的多用途艦載直升機,但大都裝備有完善的通訊、導航、定位及目標指示系統,具備部分電子戰功能。由于直升機有效載荷較小,難以攜帶大功率干擾裝備,其電子戰能力主要表現在以下兩個方面,即:目標指示時的干擾能力以及干擾“人在回路中”末制導方式反艦導彈。
布雷與掃雷
在海戰中,直升機可布撒或掃除水雷,從而直接毀傷敵方海上艦艇,或為已方排除前進中的障礙。直升機布雷具有速度快,機動性好、能遠距離布雷,且不受氣候條件的限制的特點。對于清掃水上雷場來說,直升機比水面艦船就更有優勢。在進行掃雷時,它速度快,安全性好,而且能借助空運手段,快速部署到遙遠的海域。掃雷直升機掃雷時,發動機和動力部件都必須工作在極限狀態。據初步估算,掃雷工作1小時,相當于正常飛行8小時。目前正式投入使用的掃雷直升機都不是專門設計的,而是改裝而成的,目前使用這一掃雷手段的國家仍然不多。在直升機掃雷的研究與使用方面,美國處于領先地位。美海軍正式投入使用的掃雷直升機,主要有RH-3A“海王”、RH-53D“海種馬”和MH-53E“海龍”3種。
與無人機協同作戰
無人機配合作戰是未來海戰的發展趨勢,利用無人機可以降低人員傷亡的風險,可進入高危險區執行多種任務。但現役艦載無人機的遙控距離短、遙控靈活性差,無法擔負遠距離、高難度的海上作戰任務。因此,通常采用艦載直升機裝備先進的遠程空中編隊指揮系統,隨艦載無人機編隊一起升空,遙控無人機群實施各種偵察、攻擊作戰任務,甚至遙控無人戰斗機進行靈活機動的空中格斗。艦載直升機可以懸停在敵防空火力圈之外安全地進行指揮控制。一艘導彈驅逐艦配備4—6架由艦載直升機遙控的小型多用途無人機后,其綜合攻防能力將成倍地提高。
運輸補給
發展起來的特戰思想,謀求以最小的消耗,達到最大的戰略目的,更需要海軍在控制沿海的同時,使用大噸位直升機運輸兵力和裝備,完成大戰略縱深。比如美國海軍的航空母艦搭載的兩種重型直升機CH-46和CH-53。
現狀
艦載直升機主要擔負艦隊(或單艦)的海上巡邏、反潛、反艦、布雷、掃雷以及海空搜索救援、垂直補給等作戰任務。近些年來,世界各國對艦載直升機的發展給予了極大的關注,使之逐漸發展成為一種具有高度機動性和巨大毀傷力的海空武器平臺。艦載直升機將主要朝以下3個方向發展:多功能化。就是既有對海、對陸攻擊能力,又有空戰能力,還有偵察、運輸、搜救、反潛等能力。艦載直升機通過換裝不同的武器和任務設備,來實現多功能、滿足不同的作戰需要。這就要求直升機從設計基本型開始,就同時考慮兼顧其他任務的要求。這樣既可降低研制費用,又可縮短研制周期,提高使用保障效率。提高生存能力。艦載直升機的生存能力包括防探測性、機動規避、易損性和適墜性4個方面。提高機體的抗擊強度是改善生存能力的重要措施之一。為了提高直升機的抗彈擊能力,一些國家用陶瓷材料和復合材料作為裝甲防護材料,采用多余度系統設計等新技術。為使飛行員在直升機機體及系統遭到極大破壞的情況下仍能生存,艦載直升機將廣泛采用跪式吸能起落架、抗墜毀座椅、防彈自封抗墜毀油箱等抗墜毀技術和抗墜毀吸能材料。全天候作戰。為適應未來戰場環境,注重發展小型化、高倍數、高清晰度的前視紅外技術,并裝備先進的夜視系統,加裝防冰、除冰系統,使艦載直升機的使用不受夜間和不良氣象條件的束縛,真正具備24小時全天候飛行和作戰能力。
參考資料 >
小飛機,大功用——聊聊艦載直升機.航空知識.2023-11-05