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專家解讀丨艦載直升機製造有多難

華夏經緯網 > 軍事 > 兵器大觀 > 海戰      2021-11-12 08:57:21

艦載直升機製造有多難

■劉任豐 任劍翔  陳 超

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

上圖:艦載直升機進行著艦訓練。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麼太大差別,但技術創新難度不可同日而語——從1997年卡莫夫設計局的首架卡-52原型機實現首飛,到試驗改進後投入量産,再到2012年啟動卡-52K艦載直升機生産,前後長達15年時間裏,該設計局科研人員攻克了成百上千項技術難題。

艦載直升機製造是一項世界性難題。時至今日,只有俄羅斯、英國、義大利等少數國家能夠自主研製艦載直升機。那麼,艦載直升機為什麼難造?要攻克哪些技術難題?請看海軍航空大學飛機教研室副主任劉旭的解讀。

難點一:空間限制

艦艇“肚子”裏塞飛機

1936年夏天,德國不來梅市郊區的直升機製造廠,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場觀眾興奮不已。

不久後,一款外形奇特的飛行器,出現在二戰時期的緬甸戰場。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。

當各國軍隊在陸空領域發掘直升機應用前景時,德國海軍卻將目光放在海空戰場,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,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。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域,直升機首次著艦測試宣告成功。

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

隨著渦軸發動機技術取得重大突破,直升機搭載設備日益增多,艦載直升機逐步擔負起空中預警、反潛作戰和火力打擊等海上任務,體形也變得更加健碩。這時候,科研人員發現了一個新問題——艦上空間小,裝不下這個“大傢夥”。

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”裏。

“減脂”——讓機身“瘦”下去。傳統直升機需要延伸出一根尾翼和尾槳,用來控制飛行方向。卡莫夫設計局科研人員在想:“怎樣把‘長桿’去掉?”他們研究發現,設計出上下兩副螺旋槳反向旋轉,就能抵消主翼旋轉帶來的反向力矩,這樣可以在設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上,實施了卡-10艦載直升機的研製計劃。2年後,卡-10在“馬克西姆·高爾基”號巡洋艦上完成降落,這種全新設計理念被各國軍工企業廣泛採納。

“塑形”——把旋翼折起來。旋翼折疊技術,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,但旋翼上佈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。“海鷹”艦載直升機的旋翼設計巧妙,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”——實現一機多能。艦載直升機艙內空間寸土寸金,實現一款設備功能多樣化,是科學可靠的設計理念。法國空客公司生産的H160M艦載直升機,採用模組化設計,打造通用軍事化平臺,不僅能快速搭載不同任務載荷,還降低了機內設備的維修難度和成本,這種創新設計理念已成為未來艦載直升機發展的新方向。

難點二:環境侵蝕

訂制一份“抗腐蝕套餐”

二戰時期,長時間執行海上飛行任務的直升機常患有“骨質疏鬆”的症狀——機體和零部件出現裂紋。科研人員研究分析認為,這是由於直升機機身和光電系統長期暴露于高鹽、高濕的海上環境中,極易受到腐蝕。

高鹽、高濕的海上環境,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被海上環境腐蝕,科研人員為艦載直升機訂制了一份防鹽霧、防黴菌、防潮濕的“抗腐蝕套餐”。

掀開艦載直升機蒙皮,你會發現從發動機到起落架,從雷達罩到旋翼輪轂,抗腐蝕材料和涂層被廣泛應用。

一架艦載直升機研製初期,科研人員會在結構設計、抗腐蝕材料和工藝選擇等方面進行綜合考量。當直升機各種零部件製造成型後,他們會為它涂上底漆、面漆和防腐劑等多層塗料。“海鷹”艦載直升機機身採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,實現防護“無死角”。採用抗腐蝕材料的零部件合格率和平均工時消耗,直接關係到艦載直升機的生産成本,這使其製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定,艦載直升機降落後,要及時進行清洗作業,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、易於維護,受到各國海軍官兵普遍青睞。

難點三:著艦安全

降得穩更要站得住

直升機著艦猶如刀尖起舞,技術難度大、安全風險高。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,直升機就會發生側滑、傾覆等事故;即將著艦時,一些飛行員會出現“目視旋翼已經掃到機庫壁”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。

那麼,如何確保艦載直升機安全平穩降落呢?

在直升機機腹,你會發現一個突出的液壓桿,這個部件叫“魚叉”。如果把艦載直升機的起落架比作腿,那麼“魚叉”就是它的手臂,它的作用是牢牢抓住船身防止出現側滑和碰撞。

“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,實現直升機和目標艦之間的剛性連接。整個系統操作簡單,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,得到世界各國海軍廣泛應用。

但遇到體型龐大的大傢夥,“魚叉”會顯得力不從心。20世紀60年代,加拿大英德爾技術公司研製出“熊阱”系統。這套系統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,實現精準降落。

搭載“熊阱”系統的艦艇,更適合使用固定和牽引裝置來移動直升機。這套系統工作效率遠高於“魚叉”,因此被應用於隨航母編隊出征的驅逐艦上。

得益於卡式直升機同軸反轉旋翼的抗側風性能,在直升機著艦前,只需在飛行甲板上鋪設一張長和寬各5米,由棕櫚繩編織而成的防滑網,讓直升機機輪陷入防滑網中不易擺脫,就能有效規避側滑問題。

降得穩更要站得住。完成著艦後,艦載直升機一般需要在機身前後左右4個位置,選擇承受力較大的結構件作為係留點,用係留索進行固定。

浩瀚大洋,風高浪急。遇到惡劣天氣,輔助降落系統和係留系統也存在“脫手”的風險。為了解決這個問題,科研人員專門設計了保險裝置。“海鷹”艦載直升機除了安裝助降系統,還配有一套特殊的浮水結構,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”。


作者:劉任豐 任劍翔 陳 超
文章來源:中國軍網-解放軍報
責任編輯:唐詩絮
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