專(zhuān)家解讀丨艦載直升機(jī)制造有多難

艦載直升機(jī)制造有多難

■劉任豐　任劍翔　　陳　超

前不久，在“軍隊(duì)-2021”國(guó)際軍事技術(shù)論壇上，由俄羅斯卡莫夫設(shè)計(jì)局研發(fā)的卡-52K艦載直升機(jī)甫一亮相，就以先進(jìn)的電子防護(hù)對(duì)抗系統(tǒng)和超強(qiáng)的防腐蝕性能，引起廣泛關(guān)注。

上圖：艦載直升機(jī)進(jìn)行著艦訓(xùn)練。資料照片

別看卡-52K艦載直升機(jī)和陸基直升機(jī)在外形上沒(méi)有什么太大差別，但技術(shù)創(chuàng)新難度不可同日而語(yǔ)——從1997年卡莫夫設(shè)計(jì)局的首架卡-52原型機(jī)實(shí)現(xiàn)首飛，到試驗(yàn)改進(jìn)后投入量產(chǎn)，再到2012年啟動(dòng)卡-52K艦載直升機(jī)生產(chǎn)，前后長(zhǎng)達(dá)15年時(shí)間里，該設(shè)計(jì)局科研人員攻克了成百上千項(xiàng)技術(shù)難題。

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

難點(diǎn)一：空間限制

艦艇“肚子”里塞飛機(jī)

1936年夏天，德國(guó)不來(lái)梅市郊區(qū)的直升機(jī)制造廠，一架頭頂兩個(gè)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(chǎng)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(shí)期的緬甸戰(zhàn)場(chǎng)。它不僅能懸停在叢林上空指引盟軍前進(jìn)，甚至不費(fèi)吹灰之力從日軍眼皮底下救出傷員……自此，軍用直升機(jī)受到各國(guó)軍隊(duì)的青睞。

當(dāng)各國(guó)軍隊(duì)在陸空領(lǐng)域發(fā)掘直升機(jī)應(yīng)用前景時(shí)，德國(guó)海軍卻將目光放在海空戰(zhàn)場(chǎng)，緊鑼密鼓地開(kāi)展“軍艦上使用直升機(jī)”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(guó)海軍巡洋艦的起降試驗(yàn)區(qū)。艦船上，科研人員的心提到嗓子眼。只聽(tīng)“砰”的一聲，飛行器降落在艦船指定區(qū)域，直升機(jī)首次著艦測(cè)試宣告成功。

這是德國(guó)科學(xué)家安東·弗萊特納研制的第一款FL-282艦載直升機(jī)。早期，這款艦載直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足，外形設(shè)計(jì)像是鋼管和木板拼接起來(lái)的。雖然體形較小、方便著艦，但只能執(zhí)行簡(jiǎn)單的運(yùn)輸任務(wù)。

隨著渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)取得重大突破，直升機(jī)搭載設(shè)備日益增多，艦載直升機(jī)逐步擔(dān)負(fù)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(shí)候，科研人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新問(wèn)題——艦上空間小，裝不下這個(gè)“大家伙”。

為此，科研人員制訂了一份“瘦身”套餐，把艦載直升機(jī)塞進(jìn)艦艇“肚子”里。

“減脂”——讓機(jī)身“瘦”下去。傳統(tǒng)直升機(jī)需要延伸出一根尾翼和尾槳，用來(lái)控制飛行方向。卡莫夫設(shè)計(jì)局科研人員在想：“怎樣把‘長(zhǎng)桿’去掉？”他們研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)出上下兩副螺旋槳反向旋轉(zhuǎn)，就能抵消主翼旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的反向力矩，這樣可以在設(shè)計(jì)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(jī)基礎(chǔ)上，實(shí)施了卡-10艦載直升機(jī)的研制計(jì)劃。2年后，卡-10在“馬克西姆·高爾基”號(hào)巡洋艦上完成降落，這種全新設(shè)計(jì)理念被各國(guó)軍工企業(yè)廣泛采納。

“塑形”——把旋翼折起來(lái)。旋翼折疊技術(shù)，顧名思義就是將4個(gè)方向的槳葉重疊在一起。這項(xiàng)操作看似簡(jiǎn)單，但旋翼上布滿縱橫交錯(cuò)的管路和線路，實(shí)施起來(lái)難度很大，同時(shí)人工折疊和液壓折疊耗時(shí)費(fèi)力，影響直升機(jī)出動(dòng)效率?！昂ｚ棥迸炤d直升機(jī)的旋翼設(shè)計(jì)巧妙，將原有液壓折疊改為電動(dòng)折疊，不僅能減輕機(jī)體重量，還可以有效降低艦載直升機(jī)的傾覆率。

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

難點(diǎn)二：環(huán)境侵蝕

訂制一份“抗腐蝕套餐”

二戰(zhàn)時(shí)期，長(zhǎng)時(shí)間執(zhí)行海上飛行任務(wù)的直升機(jī)?；加小肮琴|(zhì)疏松”的癥狀——機(jī)體和零部件出現(xiàn)裂紋?？蒲腥藛T研究分析認(rèn)為，這是由于直升機(jī)機(jī)身和光電系統(tǒng)長(zhǎng)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(duì)艦載直升機(jī)影響很大。有資料顯示，艦載直升機(jī)一般服役壽命不到陸基直升機(jī)的20%。為防止機(jī)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(jī)訂制了一份防鹽霧、防霉菌、防潮濕的“抗腐蝕套餐”。

掀開(kāi)艦載直升機(jī)蒙皮，你會(huì)發(fā)現(xiàn)從發(fā)動(dòng)機(jī)到起落架，從雷達(dá)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(jī)研制初期，科研人員會(huì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、抗腐蝕材料和工藝選擇等方面進(jìn)行綜合考量。當(dāng)直升機(jī)各種零部件制造成型后，他們會(huì)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(jī)機(jī)身采用含六價(jià)鉻的鉻酸鹽作為底漆，聚硫化物作為密封劑，減少機(jī)身表面和鏈條密封處的水浸入，實(shí)現(xiàn)防護(hù)“無(wú)死角”。采用抗腐蝕材料的零部件合格率和平均工時(shí)消耗，直接關(guān)系到艦載直升機(jī)的生產(chǎn)成本，這使其制造門(mén)檻被進(jìn)一步抬高。

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

這種抗腐蝕手段，簡(jiǎn)單高效、易于維護(hù)，受到各國(guó)海軍官兵普遍青睞。

難點(diǎn)三：著艦安全

降得穩(wěn)更要站得住

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

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

那么，如何確保艦載直升機(jī)安全平穩(wěn)降落呢？

在直升機(jī)機(jī)腹，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)突出的液壓桿，這個(gè)部件叫“魚(yú)叉”。如果把艦載直升機(jī)的起落架比作腿，那么“魚(yú)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(yú)叉”是艦載直升機(jī)的輔助降落裝置之一。在觸艦時(shí)，“魚(yú)叉”會(huì)牢牢叉在甲板格柵上，實(shí)現(xiàn)直升機(jī)和目標(biāo)艦之間的剛性連接。整個(gè)系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，配合絞車(chē)僅需5至7分鐘即可完成直升機(jī)的著艦和收納作業(yè)，得到世界各國(guó)海軍廣泛應(yīng)用。

但遇到體型龐大的大家伙，“魚(yú)叉”會(huì)顯得力不從心。20世紀(jì)60年代，加拿大英德?tīng)柤夹g(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(jī)“捕捉”到固定的“陷阱”中，實(shí)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(lái)移動(dòng)直升機(jī)。這套系統(tǒng)工作效率遠(yuǎn)高于“魚(yú)叉”，因此被應(yīng)用于隨航母編隊(duì)出征的驅(qū)逐艦上。

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

降得穩(wěn)更要站得住。完成著艦后，艦載直升機(jī)一般需要在機(jī)身前后左右4個(gè)位置，選擇承受力較大的結(jié)構(gòu)件作為系留點(diǎn)，用系留索進(jìn)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(xiǎn)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，科研人員專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了保險(xiǎn)裝置?！昂ｚ棥迸炤d直升機(jī)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(chēng)為“直升機(jī)的救生圈”。