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【摘 要】 舰载直升机在现代海军中具有重要意义,现已成为各国海军舰队的一个重要组成部分.从其发展历史开始,对其使用现状,主要应用范围及国内外大规模使用的典型型号进行介绍,分析海军对其的使用需求；初步指出几项在海洋环境中使用所需的关键技术的特殊要求；结合现有的使用经验对未来舰载直升机的发展趋势进行展望,为我国海军未来舰载直升机的发展提供建议.
【关键词】 舰载直升机 使用现状与需求 关键技术 发展趋势
引言：舰载直升机可以在设置有直升机甲板的各种水面舰艇上起降,并进行维护保养,长期部署使用.由于舰载直升机具备独特的飞行性能,如低空、低速机动飞行与长时间悬停等固定翼飞行器所不具备的特殊飞行能力,并可以在较为狭小的舰艇甲板上进行起降,现已得到了大部分国家海军的重视.舰载直升机具备机动灵活、反应 迅速、低空性能好等特点, 在现代信息化海战中凸显重要作用[1],在反潜,侦查,救护等领域起到了不可或缺的作用,可以大幅度提高舰艇的作战与生存能力.因此,舰载直升机已经成为现代海军舰载航空装备的一个重要组成部分,设计制造性能优良的舰载直升机已经成为各国在进行海军装备研发时的重点项目,而对其相应的使用战术,策略进行研究也成为了一个重要课题.
一、舰载直升机的发展历史
舰载直升机最早出现在德国,德国海军于第二次世界大战中研发并装备了FI-282“蜂鸟”型直升机,装备在德国海军的巡洋舰及潜艇上,如图1 所示.FI-282 主要用于跟随舰队执行侦查,校射,搜潜等任务.
而美国海军对于直升机的使用及研究的起步也相当早,在二战中便对西科斯基R-4B 型直升机的海军型HSN-1 进行了测试与评估,并对其作战效能给予了肯定的态度,而在战后,美国海军又持续开发了多型舰载直升机,其中不乏SH-2,SH-3,SH-60,CH-46 等多种成功的著名型号.这些舰载直升机参加了美国海军参与的多次作战任务,证明了舰载直升机可以在多个领域的战斗任务中发挥巨大的作用,也使美国海军积累了大量舰载直升机的使用经验.因此,美国海军对舰载直升机的研发与使用的重视程度是各国海军之中最高的.而多种不同型号,不同用途的舰载直升机也活跃在各个领域.苏联海军对于舰载直升机的发展与西方基本同期进行,从四十年代末开始发展,不过早期整体进度稍落后与西方,在五十年代的技术探索中,卡莫夫设计局的卡-10及其发展型卡-15 型脱颖而出,成为了苏联海军第一代舰载直升机,虽然由于吨位与发动机功率的不足,卡-15 所发挥的作用相当有限,但其共轴双旋翼的独特设计,为日后苏联海军舰载直升机的发展奠定了基础,在此后的发展中,卡莫夫设计局设计制造的卡-25,卡-27,卡-31；卡-52K 等舰载直升机都延续了这一设计,使苏制舰载直升机的尺寸大幅度降低,更加适合在空间狭小的海军舰艇上使用.
中国海军对于舰载直升机的发展较落后于西方与苏联,于上世纪七十年代末期,随着法制SA321“超黄蜂”直升机的引进,才开始了对于舰载直升机的发展,后又引进法制SA365N“海豚”轻型直升机,在这两者的基础上分别研制直-8,直-9 等型号,这两种直升机的多种不同用途的子型号,现已被中国海军大量使用,成为其主要舰载航空装备.上世纪90 年代,购买了一定数量的卡-28 型舰载反潜直升机（卡-27 的出口型）后来又购入了9 架卡-31 舰载预警直升机.中国海军虽然对舰载直升机的发展较晚,但是进展迅速,现已达到较高的技术水准.欧洲各国也积极发展了多种型号的舰载直升机,如阿古斯塔韦斯特兰公司与美国贝尔合作研发了AB-204 型,其舰载型与各种发展型号依然在被各国海军使用,英国则研制了“山猫”在英国海军中广泛使用,其发展型“超山猫”也已服役.除此之外,还有法国宇航公司的AS321,AS365 系列以及欧洲直升机公司的NH-90,阿古斯塔维斯特兰公司的EH-101 等型号也被广泛应用.
二、 舰载直升机的现状与应用
2.1 美国海军对于舰载直升机的使用情况
美国海军对于舰载直升机的应用最为广泛,装备量也居于世界第一,拥有超过600 架各型直升机.美国海军的舰载直升机大规模参与执行各种任务,如搜潜反潜,舰队通勤,空中警戒,搜救落水人员等.美国海军与海军陆战队也装备了大量的舰载武装直升机与运输直升机,是对陆火力投送体系的一个重要组成部分.美国舰载直升机覆盖了各种海上任务,体系完善,能够为舰船编队提供有力的支撑.[5]
美国海军现在主要装备了大量的基于SH-60 的各种型号直升机,如图2 所示,以及在其基础上所发展出的更加先进的MH-60R/S 等型号.可以部署在大部分舰艇上,用于执行反潜战（ASW）、反水面战（ASUW）、搜索和救援（SAR）、垂直补给（VERTREP）等任务；美国海军与海军陆战队于两栖攻击舰上部署了CH-53 系列重型运输直升机与V-22 系列倾转旋翼机,如图3,图4 所示,前者可以吊运如“悍马”高机动车,M-777 火炮等重型装备,后者具有其它直升机所不具备的高速飞行能力.这两种舰载直升机为美国海军及海军陆战队提供了速度快,运量大的投送手段,使美军可以更加快速的介入冲突.美国海军陆战队装备了AH-1Z 型武装直升机,如图5 所示,该机型性能良好,可以执行为突击运输直升机武装护航,也可应地面部队要求提供火力支援[3],并具备一定的空战能力.
2.2 苏联海军对于舰载直升机的使用情况
苏联是另外一个大量使用舰载直升机的国家,但整体上重视程度不高,但苏联的地理位置决定了其不可能成为一个典型的海权国家,因此,苏联海军从冷战开始,建设目标就定位为抵消美国海军的优势,保证自身弹道导弹核潜艇的安全,舰载直升机在苏联海军中主要起到反潜与布雷等功能.卡莫夫设计局设计为苏联海军研制了多型舰载直升机,均采用了独特的共轴双旋翼技术,大多数也采用了四点式起落架与箱型机身.虽然共轴双旋翼技术在一定程度上会使直升机的机动性能略有下降,但省去了复杂的尾桨等设备,简化了尾梁的结构,使直升机的尺寸大幅度降低.而四点式起落架则保证了卡莫夫直升机可以在恶劣的海况下工作,箱型机身则不容易破损.苏联海军主要装备卡-27 直升机,如图6 所示,执行反潜搜潜,海上救援等任务,它具有非常出色的低速和低空飞行性能和抗气流干扰的能力,是世界上唯一能够在军舰指定位置、指定方向和指定高度作业的舰载直升机,而且在五级海况下也具备作战能力.卡莫夫设计局在卡-27 的基础上安装了高尔基无线电技术研究所设计的E-801M“眼睛”相控阵雷达,设计出了卡-31 型舰载预警直升机,如图7 所示,不仅可以监视海面目标,也可以对空中目标进行探测.这一独特功能是其他国家舰载直升机所不具备的.
2.3 中国海军对于舰载直升机的使用状况
中国海军对于舰载直升机的使用较为常规,主要用于搜潜反潜,海上搜救,两栖投送,其中,直-9 轻型舰载直升机的装备量较大,如图8 所示,用于反潜,通勤,搜救.两栖投送任务主要由直-8,如图9 所示,及其发展型直-18 完成,还有一部分直-18 预警型与反潜型在“辽宁”号航空母舰上部署,如图10 所示,用于对抗敌方潜艇威胁,提高探测低空目标的能力,以及协助拦截反舰导弹.
2.4 其他国家对于舰载直升机的使用状况
其他国家海军对于舰载直升机的使用也趋于执行较为常规的反潜,搜救等任务,有时也将舰载直升机安装上雷达,改造为预警直升机.英国将“搜水”雷达装在“海王”直升机上, 将其改装成了预警直升机[4],如图11 所示.也有在舰载直升机上安装反舰导弹发射系统,作为反舰能力不足的一种补充,如伊朗海军就在其米-17 直升机上安装了C-802 反舰导弹,如图12 所示,用于执行对海攻击任务.
三、舰载直升机的关键技术
3.1 材料耐腐蚀性
舰载直升机由于需要在高温,高盐,高湿度的海上进行长时间部署与作业,因此对于机体材料的耐腐蚀性要求与陆基直升机的相比更高,如果防护不到位,会造成机体寿命下降,管路老化迅速,导线绝缘层破损等问题,使安全性与可靠性大幅度下降,甚至造成严重事故.现在主要解决这一问题的方法有两种：一是加强防腐处理,通过防腐涂层,表面清洗剂等防止机体受到腐蚀；二是利用碳纤维等新型耐腐蚀复合材料取代传统易被腐蚀的金属,橡胶等材料.
3.2 助降设备
复杂的海况与舰艇上层建筑,海风都会加大舰载直升机着舰的难度,而舰艇狭小的甲板又决定了舰载直升机必须要精确的降落,因此分别研发了两种助降系统用于辅助舰载直升机降落,其一是,着舰定位锁紧系统,适用于中小型直升机,如图13 所示,此设备由直升机上安装的液压拉杆与甲板上的格栅组成,舰载直升机降落时,伸出拉杆,锁住格栅,此时直升机,与舰体构成刚性连接,在液压筒的驱动下降落.另一种是着舰拉降牵引系统,如图14 所示,适用于大型直升机,此系统通过绞盘与拉降索牵引直升机,使其能够降落在预定位置.
3.3 发动机单位功率及可靠性
舰载直升机由于其使用环境较为严苛,长时间处在高温,高湿,高盐的环境下,因此发动机应具有比陆基直升机更高的可靠性,性能也不能有过大的衰退,同时要控制发动机的尺寸,重量,与维修性,保障性,以便于在舰艇上长期储存与使用,维护保障.另外,由于舰载直升机需要面对更为复杂的大气环境与复杂的海况,因此舰载直升机发动机应具备更高的储备功率裕度与燃油效率,用以应对复杂情况下的飞行以及其他突发情况.
3.4 机体结构抗冲击能力
由于海浪的作用, 舰船的纵摇、横摇和垂荡运动会影响舰载直升机的起降安全[6],大大增加起落架结构与机身结构的冲击载荷.如果在设计或改造舰载直升机时不对起落架结构与机身整体结构进行特殊的补强,将会严重影响舰载直升机的使用寿命.因此,应通过运用新材料与新技术,如3D 打印高强度合金材料,跪式吸能起落架等,加强舰载直升机的机体与起落架结构强度,使其可以承受更高的过载与冲击载荷.
3.5 外形尺寸小型化与折叠收纳
由于舰载直升机需要部署在海军舰艇上,并在面积狭小的飞行甲板上进行航空起降作业,因此需要使其外形尺寸小型化以满足起降作业及维护转运的需求,而为了尽量在收纳存放时节省机库空间,舰载直升机的旋翼与尾梁等部件应具备折叠能力,并且为了保证出勤速度与使用效率,减少地勤人员工作量,这些部件应该具有自动折叠,自动展开的能力.卡莫夫设计局研发的卡-27 直升机是这方面的佼佼者,由于使用了共轴双旋翼技术,卡-27 拥有与同等级直升机相比极小的旋翼直径和机身长度,甚至可以在1161.1E“猎豹”级这样的小型护卫舰上长期部署.如图15 所示.
四、舰载直升机的发展趋势与展望
4.1 美国海军舰载直升机的发展趋势
目前,美国的舰载直升机机队在规模和性能上都是世界之最.但是其未来发展仍受到资金短缺、研发周期加长等不利因素的困扰[2],其海军战略目前追求快速反应,因此其对于舰载直升机的使用将秉承快速化与通用化.快速化主要是通过倾转旋翼或复合构型来保证直升机的高速巡航能力,采用倾转旋翼技术的V-22 已在美国海军与海军陆战队中服役多年,而未来将采用速度更快,技术更加先进的V-280“勇士”倾转旋翼机,如图16 所示.而通用化则通过开发不同的任务模组,安装在同一基础上达到.
4.2 苏俄海军舰载直升机的发展趋势
由于苏联解体后一落千丈的经济形势,俄罗斯海军难以获得足够的经费以维持苏联时期强大的载机巡洋舰队以及数目巨大的舰载直升机机队,更难以继续很多苏联时期就开始的新型武器研发.俄罗斯海军未来舰载直升机的主要发展趋势是尽可能维持现有机队的运转,并逐步将性能优异,但使用与维护开销较大的专用性直升机替换为造价与运行成本都较为低廉的通用直升机,例如卡莫夫设计局借鉴西方通用直升机设计的卡-60,如图17 所示.另外,随着俄罗斯的经济复苏,部分苏联时期的项目也被重新启用,尽管这些项目大多启动于上世纪八十年代,但是由于具有很强的前瞻性,即使在今天也不过时.
4.3 中国海军舰载直升机的发展趋势
中国海军目前正在由传统的近海防御战略向建设一支现代意义上的远洋海军转变,因此舰载直升机在中国海军中的地位日趋重要.在未来舰载直升机的发展中,由于现有的直-9 型通用直升机吨位较小,承载能力不足,因此在执行搜潜反潜这类需要装备专用设备的任务或垂直补给这类需要较大运输能力的任务时显得力不从心,因此发展一型性能,吨位高于直-9,与MH-60R/S 相当的通用直升机尤为重要,如图18 所示近期研制成功的直-20 将是一个有潜力的选择.而由于东南沿海不断爆发与邻国之间围绕中国领海内岛礁领土的冲突,因此中国海军将会越来越重视两栖投送能力,因此与大中型船坞登陆舰与两栖攻击舰配套使用的大中型运输直升机与舰载武装直升机也将成为另一个重点发展对象.
4.4 对未来舰载直升机发展的展望与建议
为了达到一机多用,提高保障与使用效率,未来舰载直升机将向着通用化,模块化发展,可以通过更换组件便捷的完成满足不同作战任务,不同使用需求之间的切换.另外,随着传感器与数字控制系统的不断成熟,可以将大量飞行数据与采集到的环境信息进行整合,并自动化采取应对方案,保障直升机的飞行性能,扩展飞行包线,并减少飞行员与地勤保障人员的工作量.另外,随着新型材料的不断发展,可以预见到未来舰载直升机将具有更高的结构强度,更轻的空重,届时,舰载直升机将具备较强的抗过载能力,可以抵御恶劣海况下着舰作业时造成的巨大冲击,并拥有较强的抗坠毁能力,保障紧急情况下机组成员的生命安全.
在未来发展新型舰载直升机时,应切实结合自身的海军战略,不应盲目与其它先进国家看齐,片面的追求高性能.通用化是未来的发展趋势,但不能仅仅追求通用化而牺牲舰载直升机的专用性能.新技术的使用在新型舰载直升机的发展上至关重要,在设计时应充分利用现有的新技术.如无人化,自动化技术,也要预留未来的升级空间.另外,应认清舰载直升机的特性与优势所在,扬长避短,避免在如反舰,预警等不适合舰载直升机所执行的任务上浪费资源.
参 考 文 献
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