舰载直升机技术发展对任务能力的影响

冯维超,吕春雷

(中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333001)

0 引言

20世纪后期，随着海洋开发事业的兴起和现代海军的快速发展，国家战略利益从本土向海外、从地区向全球、从三维空间向多维空间拓展，各国海军迫切需要掌握海上制空权，维护海洋权益，保障本国领海安全，对军事力量不断提出适应性要求。舰载直升机作为一种重要的海上武器装备，可遂行反潜、反舰、侦察、搜救、运输、两栖突击、空中预警、水雷战、电子战等多种任务，能够有效增强载舰的防御能力和登陆能力，扩大载舰的势力范围。

以美国为首的西方国家在竞相发展军用舰船的同时，都在大力发展性能优良的舰载直升机。直升机装备水面舰艇也成为舰艇现代化的一个重要标志[1]。舰载直升机可有效提升海军两栖作战能力，增强水面舰艇编队的信息感知能力，对舰船编队的综合作战能力的发挥具有巨大作用。

随着空天一体、海天一体等战略思想的出现，舰载直升机作为海军力量的重要组成部分，其作用和地位也日益凸显，而且与陆基直升机的发展一样，舰载直升机不可避免地朝着高速、高机动、远航程等方向发展。这从根本上推动了高速新构型、新构型旋翼、高生存力、多任务平台、无人化等方面的技术发展，从而推动舰载直升机更好地融合到体系化、信息化作战中，能够更加灵活隐蔽和快速机动地完成反潜反舰、搜索救援等作战任务，同时也开创了快速登陆登岛，夺取岛屿控制权以及零伤亡突击的全新作战方式。

1 舰载直升机技术发展与能力提升

如前所述，舰载直升机的技术发展主要包括高速新构型、新构型旋翼技术、高生存力、多任务平台以及无人化等5个方面，这些方面的技术发展促进了舰载直升机能力的整体提升(如图1所示)，从而更大程度地满足军事需求，其中：

1) 高速新构型技术通过突破传统构型对速度的限制，实现舰载直升机速度的提升；

2) 新构型旋翼技术通过采用无轴承或无铰构型提高旋翼的效率和直升机的机动性，同时更为简化的旋翼桨毂结构还可以提高旋翼维护性；

3) 高生存力技术包括复合材料应用、应急漂浮和智能着舰等技术，可提升舰载直升机的战场损伤修复能力、海面坠毁生存力以及舰上使用安全性；

4) 多任务平台技术是通过模块化整机集成设计与综合化、模块化航电设计构建多任务平台，通过加装不同的任务系统实现多种用途，一方面可以减少舰上保障设备的数量，另一方面可以通过快速转换实现快速反应能力；

图1 舰载直升机技术发展方向与能力提升

5) 无人化技术是通过舰载专用无人机以及有人/无人机降低舰载直升机损毁率，满足战争零伤亡的要求。

1.1 高速新构型技术

速度提升是直升机研究领域持续努力的目标之一。世界各国在新构型高速直升机技术领域的竞争日趋激烈，目前除美国之外，欧洲和俄罗斯也都在开展高速旋翼机的研发，意图抢占未来高速旋翼机特别是军用高速旋翼机的市场。

高速新构型技术包括两方面：一是指通过加装如螺旋桨、涵道风扇和喷气发动机等辅助推力装置，提供更大的水平推力，并通过旋翼系统提供升力，旋翼系统可为单旋翼也可采用共轴双旋翼，如美军S-97直升机、欧洲的X3直升机；二是采用倾转旋翼技术，前飞时，旋翼轴平行于地面，具有螺旋桨飞机的高速巡航飞行能力，从而达到更高的飞行速度，如美军的V-280倾转旋翼机。国外的直升机发展表明，下一代直升机的最大飞行速度将高于400km/h，而倾转旋翼技术的应用将使旋翼机的最大飞行速度达到600km/h。这一技术的出现可使旋翼机从载舰或者离战场不远的前方基地起飞，不用加油即可深入敌后1500km以上，大幅提升海军的整体作战能力。通过这些技术的持续改进，舰载直升机的作战能力将从以下几个方面得到提升：

1) 航程扩大，不用加油就能深入敌后，滞空时间长；

2) 可从离敌人较远的舰面起飞，以免受到敌人袭击；

3) 减少对空中加油机的依赖性；

4) 扩大作战范围，并可快速对临近地区做出反应。

1.2 新构型旋翼技术

旋翼是直升机的核心部件之一，翼型作为旋翼的基本要素，其性能的优劣直接影响直升机的飞行速度、航程、噪声、振动、载重等关键指标的高低。未来舰载直升机旋翼技术的发展方向仍然是不断探索新翼型、桨叶平面形状及桨尖构型，如新的高效三维变化翼型、全新型复合材料桨叶等，并采用优化方法使旋翼气动效果更佳。

新构型旋翼系统还将采用先进的球柔性、无铰、无轴承桨毂，以此改善直升机旋翼的气动特性，实现视情维护，提升桨叶寿命。如NH90直升机就采用4片复合材料桨叶和钛合金球柔性桨毂，并采用先进的OA3桨叶翼型；“山猫”直升机和EH101直升机旋翼桨叶采用BERP(英国实验旋翼计划)桨尖，旋翼拉力比常规桨叶提高30%～40%。“山猫”直升机用这种桨叶于1986年8月11日创造了400km/h的世界速度纪录。此技术改善了直升机旋翼的气动特性，实现了视情维护，使桨叶达到无限寿命[2]。

1.3 高生存力技术

1.3.1 复合材料应用技术

作为舰载直升机，由于在海面使用，盐雾环境较为严酷，通过大量采用新型复合材料，可有效地延长直升机的使用寿命，降低直升机的结构重量。如NH90的机身结构为全复合材料，空机重量比采用普通机身的降低了约15%，生产成本降低10%，同时增加了机身的刚性和耐腐蚀性，提高了弹伤容限，减小了雷达和红外特征信号，提高了抗坠毁性能[3]。

1.3.2 应急漂浮技术

尽管发动机停车的概率很小，但舰载直升机在设计时必须考虑应急着水能力。在这种情况下，应确保在舱内的救生设备(充气船和划板等)放下水和机组人员登上救生设备的这段时间内，以及舰载直升机着水过程中和着水之后，机组成员和乘客的安全能够得到保证。早期的舰上用直升机一般为水陆两用式。水陆两用型的直升机在结构上通常采用安装固定式充气浮筒的方式，如卡-10、卡-15、SA-315B等。还有一类具有一定的海上航行能力的水陆两用型的直升机，机身下部设计成带有下伸出不大的龙骨船形，并安装侧面支持浮筒以保证横向稳定性。这些直升机不只在应急情况下可着到水面上，在旋翼工作时还可以在水面上降落和起飞，比如SH-3D“海王”直升机。但是固定式的充气浮筒使直升机的气动阻力明显提高，并使直升机的飞行技术性能降低。为了降低全机阻力，在后来的舰载直升机上曾使用应急气囊，以保证机身未淹没在水中的情况下直升机在水上的漂浮性。近期研制的舰载直升机采用了半浸没式机身机构和内嵌式充气气囊，不会造成附加阻力，利用直升机侧面的压缩空气开关打开气囊并用喷射的方法把气囊展开成工作状态。

1.3.3 智能着舰技术

舰载直升机使用环境复杂，受到舰的运动、舰的上部结构产生的尾流、飞行甲板上降落面积有限等多种因素的影响，如何确保直升机着舰安全成为制约舰载直升机发展的难点，各种各样的助降装置应运而生。总的来讲，这些助降装置主要分为鱼叉助降和拉降助降两大类。鱼叉助降装置由装在直升机上的鱼叉机构和装在舰船甲板上的格栅组成，是一种快速着舰系留装置，“山猫”直升机采用了这种装置。为进一步提高在恶劣环境下安全着舰的能力，出现了拉降助降装置，其优点是在直升机着舰之前，在空中就受到舰船拉降索的牵引拉力，并在着舰后迅速自动加紧。近年来，随着自动控制技术的发展，出现了诸如用于“海王”直升机的E系统，用于“海鹰”的RAST系统和加拿大英特尔技术有限公司开发的ASIST系统。未来该类技术将进一步朝着智能化的方向发展，例如基于计算机视觉的舰载直升机助降技术等，将进一步提升舰载直升机在恶劣海况下安全着舰的能力[4]。

1.4 多任务平台技术

从发展过程来看，舰载直升机经历了一个从单一任务到多任务，再到综合任务的发展过程，其角色也从原来较为单一的反潜、反舰发展到了今天涵盖搜索救援、反潜、反舰的多元化。未来舰载直升机研发在注重通用性的同时，也会向一机多角色的平台技术方向发展。如美国海军20世纪末提出的2015年规划发展路线，将当时服役的13个机型逐步由7个机型替代，目前已经完成；2010年，再次提出的2032年规划发展路线图中，对尚有的10个舰载直升机平台进行整合，特别是对“海鹰”直升机，覆盖率达到85%[5]。

多任务平台技术的核心是综合化、模块化的航电设计，即采用标准化的数据总线、模块化的任务计算机、智能化人机界面以及信息数据融合技术，实现信息共享和多路、快速传输；同时采用综合化的架构，提高航电系统的扩展性，利于快捷完成拓展与换装，实现任务能力的快速转换。如最新一代的UH-60直升机航电系统采用了CASS(通用航电系统)架构，标准化的接口方便了功能模块的“即插即用”，实现任务能力的快速转换，适应不同的作战任务。

1.5 无人化技术

无人化技术通过信息共享将无人舰载直升机部署在体系作战的最外围，通过超视距飞控、自主飞行技术实现无人舰载直升机的自主飞行，通过数据传输获得来自舰面或者指挥机的指令，完成相应的作战任务。尤其是在生化威胁环境中，基于无人化技术发展的舰载直升机将发挥不可替代的作用；而察打一体的舰载无人直升机，可实现战场“零伤亡”。如美国的MQ-8B“火力侦察兵”，其用途不单单局限于目标识别任务，而是扩展到扫雷、反舰等诸多领域，已被美国陆军和海军同时采用，该机将是美国未来海军战斗舰计划装备的三种无人化平台之一[6]。

2 技术发展对作战任务的影响

在掌握制空权的情况下，以舰载直升机攻击敌小型舰艇已成为现代海战的一种重要方式。舰载直升机已成为多种海上小型舰艇的“克星”。此外，舰载直升机还可执行反潜、支援、搜索、救护、运输、布雷、通信联络、侦察、电子干扰、预警、中继制导等多种任务。前文所述的诸多技术发展对舰载直升机作战任务的影响可分为两个层次：其一是对舰载直升机的传统作战任务能力加以提升，其二是对作战任务能力有突破性影响。本文着重从高速新构型技术与无人化技术两个方面对后者加以论述。

2.1 高速新构型技术的影响

从目前的发展情况来看，在高速新构型技术的影响下，倾转类旋翼机和刚性共轴复合式旋翼机将被赋予更多的使命。其中倾转类旋翼机由于速度快、航程远，但机动性不足，未来将主要用于运输机；而刚性共轴复合式由于速度快、机动性好，未来将主要用于攻击/侦查类武装直升机。

2.1.1 催生快速登陆登岛作战能力

舰载直升机行动迅速，隐蔽突然，机动灵活，所以在登陆作战中起到非常重要的作用。海军在登陆、登岛作战时，以往通常用登陆舰艇运载登陆部队和武器弹药等物资。如遇到海上交通线、港口被敌方封锁，登陆舰艇难以通过。而舰载直升机能将兵力和作战物资迅速跨越敌封锁区，空运到敌后方机降登陆。因此，舰载直升机这一独特的飞行能力，使其成为登陆作战的重要运输工具。通过发展和应用高速新构型技术，舰载直升机不仅具备垂直起降能力，而且飞行速度大幅提升，能够高速飞行到目标岛屿，实施物资、设备与人员的机降，在短时间内形成一定的战斗力，为舰上人员的登陆作战创造条件。

2.1.2 催生大纵深防御作战任务能力

高速新构型技术的应用可大大降低舰载直升机的阻力，进而减少油耗。在装载相同的燃油的情况下，航程远大于传统构型直升机，从而加大了以航母或其他舰基为中心的覆盖范围，装载一定的反潜反舰武器或警戒设备后，能形成大纵深的防御作战能力。

2.2 无人化技术的影响

无人化技术可使舰载机具备低风险、零伤亡优势，可部署在驱逐舰、两栖攻击舰、航母等大型舰船，用于长时间侦察警戒、反潜反舰、对地火力支援与物资投放等作业，增强海军多样化任务能力。在信息化作战体系中，处于海面作战网络的最外节点处，无人直升机通过装载不同的任务设备，主要实现以下几种作战任务能力：

1) 零伤亡反舰任务能力：携带反舰武器的舰载无人攻击直升机通过数据传输得到来自舰基、预警机或指挥机的指令，应用先进的无人驾驶与飞控技术，自主规划飞行任务，通过自部署到达战场，完成攻击任务，即使出现损毁，也不会造成人员伤亡。

2) 零伤亡侦察攻击任务能力：携带侦察设备与反舰武器的察打一体舰载无人直升机，通过数据传输得到来自舰基的超视距遥控指令，飞行到作战区域上空，通过侦察搜索、锁定目标，完成攻击任务，一旦被发现，可通过自爆等方式销毁侦察获得的情报，既不会造成人员伤亡，也不会造成情报泄露。

3) 零威胁探测任务能力：携带相应探测设备的舰载无人直升机，通过数据传输得到来自舰基的超视距遥控指令，飞行到对人体有害的环境区域内进行环境探测，并采集样本带回舰基。不会像有人直升机那样，对飞行员的身体造成威胁。

3 结束语

舰载直升机是当今世界海洋强国着力发展的重要装备，也是军事强国海军装备的重要组成部分。随着现代海战向立体化、多层次发展，舰载直升机呈现出从保障装备向主战装备转变，任务能力和装备规模扩大等特点。各国研制舰载直升机，在强调采用高新技术的同时，重点围绕高速新构型、新构型旋翼技术、高生存力、多任务平台以及无人化开展研究，全面提升海军全天候全海况复杂条件下舰载直升机的使用和作战能力，更快满足海军航母编队、两栖编队和联合机动编队作战需求，以使新一代舰载直升机更加适应未来高技术海战和空海一体战的需要。