專家解讀丨艦載直升機制造有多難

艦載直升機制造有多難

■劉任豐　任劍翔　　陳　超

前不久，在“軍隊-2021”國際軍事技術(shù)論壇上，由俄羅斯卡莫夫設(shè)計局研發(fā)的卡-52K艦載直升機甫一亮相，就以先進的電子防護對抗系統(tǒng)和超強的防腐蝕性能，引起廣泛關(guān)注。

上圖：艦載直升機進行著艦訓(xùn)練。資料照片

別看卡-52K艦載直升機和陸基直升機在外形上沒有什么太大差別，但技術(shù)創(chuàng)新難度不可同日而語——從1997年卡莫夫設(shè)計局的首架卡-52原型機實現(xiàn)首飛，到試驗改進后投入量產(chǎn)，再到2012年啟動卡-52K艦載直升機生產(chǎn)，前后長達15年時間里，該設(shè)計局科研人員攻克了成百上千項技術(shù)難題。

艦載直升機制造是一項世界性難題。時至今日，只有俄羅斯、英國、意大利等少數(shù)國家能夠自主研制艦載直升機。那么，艦載直升機為什么難造？要攻克哪些技術(shù)難題？請看海軍航空大學(xué)飛機教研室副主任劉旭的解讀。

難點一：空間限制

艦艇“肚子”里塞飛機

1936年夏天，德國不來梅市郊區(qū)的直升機制造廠，一架頭頂兩個旋翼的飛行器首次試飛。垂直升空、空中懸停、橫向飛行……一系列飛行特技讓現(xiàn)場觀眾興奮不已。

不久后，一款外形奇特的飛行器，出現(xiàn)在二戰(zhàn)時期的緬甸戰(zhàn)場。它不僅能懸停在叢林上空指引盟軍前進，甚至不費吹灰之力從日軍眼皮底下救出傷員……自此，軍用直升機受到各國軍隊的青睞。

當(dāng)各國軍隊在陸空領(lǐng)域發(fā)掘直升機應(yīng)用前景時，德國海軍卻將目光放在海空戰(zhàn)場，緊鑼密鼓地開展“軍艦上使用直升機”方案論證。

1942年的一天，波羅的海上空，一架“敞篷式”雙旋翼飛行器掠海飛行。飛行器艙室內(nèi)，飛行員屏氣凝神，小心翼翼地操控飛行器，逼近德國海軍巡洋艦的起降試驗區(qū)。艦船上，科研人員的心提到嗓子眼。只聽“砰”的一聲，飛行器降落在艦船指定區(qū)域，直升機首次著艦測試宣告成功。

這是德國科學(xué)家安東·弗萊特納研制的第一款FL-282艦載直升機。早期，這款艦載直升機發(fā)動機動力不足，外形設(shè)計像是鋼管和木板拼接起來的。雖然體形較小、方便著艦，但只能執(zhí)行簡單的運輸任務(wù)。

隨著渦軸發(fā)動機技術(shù)取得重大突破，直升機搭載設(shè)備日益增多，艦載直升機逐步擔(dān)負起空中預(yù)警、反潛作戰(zhàn)和火力打擊等海上任務(wù)，體形也變得更加健碩。這時候，科研人員發(fā)現(xiàn)了一個新問題——艦上空間小，裝不下這個“大家伙”。

為此，科研人員制訂了一份“瘦身”套餐，把艦載直升機塞進艦艇“肚子”里。

“減脂”——讓機身“瘦”下去。傳統(tǒng)直升機需要延伸出一根尾翼和尾槳，用來控制飛行方向?？蛟O(shè)計局科研人員在想：“怎樣把‘長桿’去掉？”他們研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)計出上下兩副螺旋槳反向旋轉(zhuǎn)，就能抵消主翼旋轉(zhuǎn)帶來的反向力矩，這樣可以在設(shè)計圖紙上抹掉尾翼和尾槳。1948年，科研人員在卡-8共軸式雙旋翼直升機基礎(chǔ)上，實施了卡-10艦載直升機的研制計劃。2年后，卡-10在“馬克西姆·高爾基”號巡洋艦上完成降落，這種全新設(shè)計理念被各國軍工企業(yè)廣泛采納。

“塑形”——把旋翼折起來。旋翼折疊技術(shù)，顧名思義就是將4個方向的槳葉重疊在一起。這項操作看似簡單，但旋翼上布滿縱橫交錯的管路和線路，實施起來難度很大，同時人工折疊和液壓折疊耗時費力，影響直升機出動效率?！昂ｚ棥迸炤d直升機的旋翼設(shè)計巧妙，將原有液壓折疊改為電動折疊，不僅能減輕機體重量，還可以有效降低艦載直升機的傾覆率。

“增肌”——實現(xiàn)一機多能。艦載直升機艙內(nèi)空間寸土寸金，實現(xiàn)一款設(shè)備功能多樣化，是科學(xué)可靠的設(shè)計理念。法國空客公司生產(chǎn)的H160M艦載直升機，采用模塊化設(shè)計，打造通用軍事化平臺，不僅能快速搭載不同任務(wù)載荷，還降低了機內(nèi)設(shè)備的維修難度和成本，這種創(chuàng)新設(shè)計理念已成為未來艦載直升機發(fā)展的新方向。

難點二：環(huán)境侵蝕

訂制一份“抗腐蝕套餐”

二戰(zhàn)時期，長時間執(zhí)行海上飛行任務(wù)的直升機?；加小肮琴|(zhì)疏松”的癥狀——機體和零部件出現(xiàn)裂紋?？蒲腥藛T研究分析認為，這是由于直升機機身和光電系統(tǒng)長期暴露于高鹽、高濕的海上環(huán)境中，極易受到腐蝕。

高鹽、高濕的海上環(huán)境，對艦載直升機影響很大。有資料顯示，艦載直升機一般服役壽命不到陸基直升機的20%。為防止機身和光電系統(tǒng)被海上環(huán)境腐蝕，科研人員為艦載直升機訂制了一份防鹽霧、防霉菌、防潮濕的“抗腐蝕套餐”。

掀開艦載直升機蒙皮，你會發(fā)現(xiàn)從發(fā)動機到起落架，從雷達罩到旋翼輪轂，抗腐蝕材料和涂層被廣泛應(yīng)用。

一架艦載直升機研制初期，科研人員會在結(jié)構(gòu)設(shè)計、抗腐蝕材料和工藝選擇等方面進行綜合考量。當(dāng)直升機各種零部件制造成型后，他們會為它涂上底漆、面漆和防腐劑等多層涂料?！昂ｚ棥迸炤d直升機機身采用含六價鉻的鉻酸鹽作為底漆，聚硫化物作為密封劑，減少機身表面和鏈條密封處的水浸入，實現(xiàn)防護“無死角”。采用抗腐蝕材料的零部件合格率和平均工時消耗，直接關(guān)系到艦載直升機的生產(chǎn)成本，這使其制造門檻被進一步抬高。

除了抗腐蝕材料，一些國家海軍航空兵部隊明確規(guī)定，艦載直升機降落后，要及時進行清洗作業(yè)，徹底沖洗掉附著在機身表面的氯鹽。

這種抗腐蝕手段，簡單高效、易于維護，受到各國海軍官兵普遍青睞。

難點三：著艦安全

降得穩(wěn)更要站得住

直升機著艦猶如刀尖起舞，技術(shù)難度大、安全風(fēng)險高。雖然只有短短十幾秒鐘，卻對飛行員飛行技能和心理素質(zhì)是極大考驗。

著艦前，飛行員眼中的艦艇甲板僅有“火柴盒”大小；降落時，艦艇自身會向不同方向擺動，飛行員操作稍有不慎，直升機就會發(fā)生側(cè)滑、傾覆等事故；即將著艦時，一些飛行員會出現(xiàn)“目視旋翼已經(jīng)掃到機庫壁”的錯覺。這需要他們克服甲板前機庫、艦島等障礙物帶來的心理影響。

那么，如何確保艦載直升機安全平穩(wěn)降落呢？

在直升機機腹，你會發(fā)現(xiàn)一個突出的液壓桿，這個部件叫“魚叉”。如果把艦載直升機的起落架比作腿，那么“魚叉”就是它的手臂，它的作用是牢牢抓住船身防止出現(xiàn)側(cè)滑和碰撞。

“魚叉”是艦載直升機的輔助降落裝置之一。在觸艦時，“魚叉”會牢牢叉在甲板格柵上，實現(xiàn)直升機和目標(biāo)艦之間的剛性連接。整個系統(tǒng)操作簡單，配合絞車僅需5至7分鐘即可完成直升機的著艦和收納作業(yè)，得到世界各國海軍廣泛應(yīng)用。

但遇到體型龐大的大家伙，“魚叉”會顯得力不從心。20世紀(jì)60年代，加拿大英德爾技術(shù)公司研制出“熊阱”系統(tǒng)。這套系統(tǒng)可依靠艦上人員的輔助操作，將大中型直升機“捕捉”到固定的“陷阱”中，實現(xiàn)精準(zhǔn)降落。

搭載“熊阱”系統(tǒng)的艦艇，更適合使用固定和牽引裝置來移動直升機。這套系統(tǒng)工作效率遠高于“魚叉”，因此被應(yīng)用于隨航母編隊出征的驅(qū)逐艦上。

得益于卡式直升機同軸反轉(zhuǎn)旋翼的抗側(cè)風(fēng)性能，在直升機著艦前，只需在飛行甲板上鋪設(shè)一張長和寬各5米，由棕櫚繩編織而成的防滑網(wǎng)，讓直升機機輪陷入防滑網(wǎng)中不易擺脫，就能有效規(guī)避側(cè)滑問題。

降得穩(wěn)更要站得住。完成著艦后，艦載直升機一般需要在機身前后左右4個位置，選擇承受力較大的結(jié)構(gòu)件作為系留點，用系留索進行固定。

浩瀚大洋，風(fēng)高浪急。遇到惡劣天氣，輔助降落系統(tǒng)和系留系統(tǒng)也存在“脫手”的風(fēng)險。為了解決這個問題，科研人員專門設(shè)計了保險裝置。“海鷹”艦載直升機除了安裝助降系統(tǒng)，還配有一套特殊的浮水結(jié)構(gòu)，緊急情況下可以降落在水面上，被飛行員形象地稱為“直升機的救生圈”。