而航母的舰载机自动着舰系统和技术的核心美高

2019-04-21 03:28 来源:未知

  出品:科普中国军事科技前沿

  作者:于飞(资深科技媒体人)

  监制:光明网科普事业部

  5月24日,中央电视台公布了中国航母舰载机突破夜间起降的画面。从央视播出的画面上看,歼-15降落的过程非常平顺。这不仅说明中国航母战机驾驶员的素质非常过硬,也意味着中国航母的自动着舰系统(ACLS)和技术已相对成熟,我国成为世界上少数几个掌握舰载机夜间起降技术的国家。据了解,航母战机夜间能平稳起降,背后依靠的正是高水平的自动着舰系统和技术。而航母的舰载机自动着舰系统和技术的核心,是通过相关设备舰载机及航母的运动,由此得到飞机降落所需要的航迹,根据飞机的状态得到修正指令,然后自动控制飞机降落。

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  战机夜降航母遇两大挑战 全自动着舰系统应运而生

  航母上的舰载机夜间起降是一件非常困难的事情。因为航母是一个活动的战机平台,在进行舰载机起降作业时,航母本身也会高速航行,这样可以减少舰载机起飞、降落所需要的速度,获得更高的最大起飞重量、更好的降落成功率。即使是动力较弱的航母,移动的速度也会达到26到28节左右。

  想一想,在夜间茫茫大海中,在运动的军舰上,飞行员只能借助自身的探照灯与跑道的标志灯等作为参照物进行着陆。舰母飞行甲板比陆地机场要小的多,并且还在不断的运动之中,海上的气候、气流也比陆地复杂和恶劣,这样就大大提高了舰载机着舰的难度。即便经验丰富的美国海军航母航母舰载机飞行员着舰的时候,着舰一次成功概率也不到50%,大部分需要进行复飞。

  对于夜间降落航母的战机来说,航母的高速运动会带来两大挑战。第一是航母航行时,会在俯仰、侧向等多个方向上都不断摇晃起伏,姿态始终处于动态变化中,这样会导致航母着舰区域的甲板高度不断变化;当甲板高度过低时,舰载机会错过拦阻索,只能拉起复飞;而甲板高度过高,舰载机甚至会直接撞毁在扬起的舰尾上。所以一般舰载机降落,航母上必须有雷达,用于精密跟踪测量舰载机降落的姿态轨迹。

  第二个挑战来自于航母的舰岛,航母在高速航行时会因为自身阻挡气流的作用而在后方形成范围非常大的紊乱气流区域,舰载机进入紊流区以后飞行姿态和轨迹会遭受到相当大的干扰。所以对于传统舰载机驾驶员来说来说,克服混乱气流的不可预知影响,精确控制飞机姿态和轨迹实现着舰的表现,一直是他们水平高低的最显著特征之一。

  为了克服这两大挑战,美国20世纪40年代末期就提出了自动化着舰系统的构思,但一直到20世纪80年代中期,才在F18战斗机上实现这一功能的实用化突破,并成为无人机自动着舰的技术基础。因为航母的这一整套自动着舰系统不仅有着非常高的硬件要求,而且其软件系统的难度也非常高。一旦成功,舰载机就无需人工干预,实现全自动着舰。

  全自动着舰系统的技术含量很高。从实现原理上看,航母的交通管制中心首先会引导舰载机飞到精确跟踪雷达的截获窗口,然后雷达会一直跟踪舰载机,直到着舰前的1.5~1.8秒——此时舰载机进入跟踪雷达盲区。这个过程中,雷达会不断测量飞机的位置,并根据航母自身的摇摆起伏情况进行修正,计算出当前时间内,飞机相对于航母的精确空间关系。随后计算机会将这一数据与事先储存好的理想着舰轨迹进行对比,并一方面将差异数据发送给舰载机的平显仪,提示飞行员;另一方面,这些差异数据会按照导引规律进行计算,随后按每秒10次的频率不断发送给飞机上的设备。机载设备接受并根据这些引导信息,通过飞行控制系统不断纠正飞行姿态和轨迹,最终让飞机按设置的理想着舰轨迹飞行。

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  我国航母舰载机距离“全自动着舰”又近了一步

  全自动着舰系统的运用,可以让航母可以高效率出动大批次航母舰载机,平时可以提高航母舰载机的训练水平,而战时可以有效的增强航母打击能力,更好发挥航母编队的作战能力。

  由于战机的全自动着舰技术比较复杂,目前,世界上仅有美国、法国的航母系统能够实现全自动着舰功能。而美国航母上真正能自动着舰的,也仅有F18系列、X47B、F35C等型号。其它型号飞机只能做到半自动引导降落,将飞机自动引导到最后一段距离,然后飞行员再根据菲涅耳光学助降系统的指引着舰。

  苏联在解体前开发了“电阻器”系统,功能和原理类似于全自动着舰,但研制中途即遭遇苏联解体,随后停滞不前。而且,“电阻器”的实际水平很低,不仅是各分系统、设备、部件的性能较差,更重要是在数据积累、引导、控制规律的算法设计和软件编写上极不成熟,其整体性能勉强相当于美国20世纪70年代的第二代早期型的水平,在实际使用中只能勉强做到半自动引导。

  我国在引进“瓦良格”号航母时,并未获得“电阻器”系统,“瓦良格号”航母还在乌克兰时,所有重要设备就已经被悉数拆除,所以我国航母的自动着舰系统应该是自主研发的。

  从中国首艘航母“辽宁”舰服役,到这次歼-15首次在上面降落,已经过去了五年多时间,现在终于具备了夜间气象的作战能力。这也就是说,我国自动着陆系统至少经历了五年研发时间,离实现全自动地着舰功能又近了一步。

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  我国自动着舰系统等航母技术发展较晚 但具有后发优势

  和美国、法国的成熟自动着舰系统相比,我国自动着舰系统等航母技术确实发展比较晚。中国海军从20世纪80年代开始着手航空母舰的前期技术准备工作,其中舰载机航母起降作为重点领域进行技术攻关,在20世纪90年代在舰载机起降技术方面的取得了初步成果,在此基础上开展了自动着舰系统与飞行控制系统方面的研究。

  不过,我国自主研发全自动的着舰系统,有着巨大的后发优势——不需走太多的弯路,可以直接沿着最有效率的正确方向高速追赶,就如同在歼10项目上,中国花了20年时间完成了对国外先进水平从望尘莫及到能够同台竞技,又在歼20项目花了10年时间,完成了跻身于世界顶尖行列的壮举。

  从相关新闻报道来看,歼-15能够在计算机控制之下自动完成着舰系统,说明中国相关单位已经完成自动着舰系统的研制,凭借后发优势,歼-15采用了比较先进的数字式三轴四余度电传操纵系统,能够与自动着舰系统形成更加紧密的联系,这样就可以像F -18那样着舰过程之中不需要飞行中的操作,形成真正意义的全自动着舰,这是中国航母航舰载机领域一个突破。

  中国北斗卫星导航定位系统的应用也在深入发展,它可以提供更加精确的位置和航迹,所以中国海军和相关单位可以在此基础上发展更加先进的舰载机自动着舰系统,,进一步提高航母舰载机的出动能力,尤其是昼夜恶劣气侯条件下着舰能力,并且为以后的舰载无人作战飞机上舰打下基础。

  尽管我国的航母体系才刚建立起来,有些地方还有欠缺,比如舰载和机载惯性导航设备的精度。但笔者相信,只要中国奋起直追,将全自动着舰系统研究工作扎扎实实的做到实处,战机全天候地自动降落对于我国航母来说并不遥远。(本文图片来自央视视频截图)

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