2021, Vol. 43
舰载直升机作为海战场的重要空中平台和节点，在海上遂行多种作战任务，对海军整体作战能力的提升至关重要[1]。搭载舰载直升机的驱护舰在海浪中处于摇摆起伏状态，舰载直升机的着舰及保障，特别是在高海情时，十分困难。因此，国内外均研制了专门的辅助着舰系统（简称助降装置）保障直升机的安全着舰，并通过驱护舰舰面系统保障设施完成系留、牵引以及转运等其他保障工作。分析驱护舰舰载直升机机库内解系留、牵引转运出库、起飞位起飞到助降装置辅助着舰、飞行甲板临时系留、牵引转运入库的整个舰面保障过程[2-5]，助降与牵引装备的保障能力是驱护舰舰载直升机高海况起降、高质效作业的核心因素。
目前国外实现驱护舰舰载直升机助降与牵引的装备主要有3类：欧系的“鱼叉”-格栅助降系统及萨马赫牵引装置、俄系的助降网及绞车牵引装置和美系的RAST（Recovery Assist Secure and Traverse）、ASIST（Aircraft Ship Integrated Secure and Traverse）及TC-ASIST（Twin Claw Aircraft Ship Integrated Secure and Traverse）助降系统，分别用于保障“海豚”系列直升机、卡型直升机和“海鹰”系列直升机[6-9]。本文从组成、工作流程、起降保障能力及主要保障机型等方面描述国外3种技术体制的舰载直升机助降与牵引装备的技术特点和现状，综合考虑未来驱护舰舰载直升机高海况起降保障能力以及一体化、智能化和无人化为特点的高质效作业能力需求，从助降及牵引海况、转运系留状态及特点、设备智能化和自动化程度以及对操作人员的要求等方面进行装备综合性能的对比分析，得出对比分析结果，为相关装备发展及研究提供参考。
1 欧系“鱼叉”-格栅助降系统、萨马赫牵引装置“鱼叉”-格栅助降系统由法国20世纪70年代开发研制，后成为欧洲国家海军“海豚”、“超山猫”等中小型舰载直升机较为普遍采用的助降系统，由装在直升机上的“鱼叉”着舰系统（见图1）和装在驱护舰上的着舰格栅装置（见图2）两部分组成。
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图 1 舰载直升机“鱼叉”着舰系统示意图 Fig. 1 Schematic diagram of harpoon landing system for shipborne helicopter |
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图 2 舰载直升机着舰格栅装置示意图 Fig. 2 Schematic diagram of landing grid device for shipborne helicopter |
其中，装在直升机上的“鱼叉”着舰系统主要由液压系统和鱼叉装置组成，液压系统的功能是控制“鱼叉”快速收放，“鱼叉”装置则负责插入并锁紧格栅。直升机着舰格栅装置主要由两部分组成，上部是高强度马氏体不锈钢面板，其上钻有1189个蜂窝孔，下部是加强支架。面板和加强支架由289根支柱和48个镙钉相连，支柱材料与面板相同。整个装置的外形尺寸为Φ2750 mm×211 mm，重量不超过1500 kg。
采用“鱼叉”-格栅助降系统辅助着舰时，直升机起落架接触甲板后，触发主轮上传感器，发出信号提示飞行员飞机已着舰，飞行员按下开关，放下鱼叉，鱼叉伸出并扣住蜂窝状孔之间的筋，自动锁死，直升机完成快速系留，如图3所示。
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图 3 舰载直升机采用“鱼叉”-格栅快速系留示意图 Fig. 3 Schematic diagram of rapid mooring of shipborne helicopter with harpoon-grille |
欧系直升机牵引装置种类较多[10-11]，如英国主流的TRIGON系统（1套三点式五绞车牵引装置），以及“灰背隼”直升机（EH101）搭配使用的Prism系统（1套带3条牵引轨道的三绞车牵引装置）；德国主流的FHS直升机牵引系统（利用2组液压机械臂扣住直升机主起落架轮框外侧，沿轨道牵引入库）；法国典型的萨马赫牵引装置（萨马赫牵引车与“海豚”直升机之间通过前后2个连接点相连，在前端，直升机鼻轮利用牵引杆连接到牵引车前端接点；在后端，牵引车前端附带的弯臂会绕过前轮伸到机腹位置，机腹利用1根系留钢缆挂到弯臂的末端，而后沿轨道牵引入库），图4为直升机采用萨马赫绞车牵引装置牵引入库示意图。
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图 4 直升机采用萨马赫绞车牵引入库示意图 Fig. 4 Schematic diagram of helicopter hauled into hangar by SAMAHE winch |
“鱼叉”-格栅助降系统能在舰船横摇±7.5°、纵摇±2°以及风速不大于20 m/s的条件下，保障驱护舰舰载直升机安全着舰，广泛应用于以英国45型驱逐舰、德国F125型护卫舰以及法国FREMM多功能护卫舰为代表的西欧各国的驱护舰上。目前国外“鱼叉”-格栅已装备各型驱护舰约300艘。欧系的舰载直升机“灰背隼”（EH101）、北约直升机（NH90）、“海豚”直升机(SA 365F)等均装备“鱼叉”着舰系统，舰上装备着舰格栅装置，两者配合实现直升机的辅助着舰、快速系留等功能。
2 俄系助降网装置、绞车牵引装置俄系的驱护舰舰载直升机主要为卡系列直升机：卡-28、卡-27及卡-31，直升机机体上未安装助降装置，舰上采用助降网实现舰载直升机的辅助着舰功能，助降网在21956以及22350等俄驱护舰上广泛使用，图5为舰面助降网装置示意图。
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图 5 助降网装置 Fig. 5 Assist secure net device |
助降网装置主要由6片绳网、1套可拆式防滑网架及底座和2套紧网装置组成。其中网片由耐磨锦纶材料绳编织而成，并与可拆式防滑网架相连，可拆式防滑网架安装在起降平台上。助降网装置在舰上的覆盖面积约为12 m（纵向）×11 m（横向），全套装置总重量约为1600 kg（含备品备件箱重量）。直升机着舰或起飞前，将可拆式防滑网架相连并与起降平台连接，再用紧网装置将助降网片与可拆式防滑网架相连。通过在飞行甲板铺设助降网，一定程度上提高轮胎和甲板摩擦力，防止直升机发生侧滑。
由于卡型机为前后各2个机轮，其机体自身稳定性较好，因此通常通过人工采用绞车牵引装置将舰载直升机牵引转运入库。
助降网能在舰船横摇±8°、纵摇±2°以及风速小于20 m/s的情况下，保障卡型直升机安全起降。由于无快速系留功能，直升机从着舰到系留的过程中，处于自由状态，助降网起不到在舰船摇摆状态下防止飞机倾覆的作用，高海况下存在安全隐患。
3 美系RAST，ASIST和TC-ASIST助降系统美系舰载直升机发展经历了“海王”直升机（S-61）、“海妖”直升机（SH-2G）和“海鹰”直升机(SH-60B)等机型，现在的“海鹰”系列直升机均装备有助降探杆[12-13]，舰面助降系统主要有RAST，ASIST和TC-ASIST。据统计，RAST，ASIST和TC-ASIST系统已分别装备到多个国家和地区的20多型海军驱护舰上，装备舰艇合计约200艘。
3.1 RAST系统RAST系统是加拿大Indal Technologies Inc研制的第1代集舰载直升机辅助着舰、快速系留和转运为一体的集成型系统[14]。
RAST系统主要由捕获阱、控制设备、液压动力装置和预制轨道等组成，与直升机上安装的着舰探杆装置和配备的拉降钢缆等机载辅助着舰装置配合完成直升机的辅助着舰。直升机在RAST系统辅助着舰过程中属于被动着舰，舰面保障人员需要将直升机的拉降钢缆连接到舰上的捕获阱中，然后利用拉降钢缆提供拉力将直升机拉降到舰上。RAST系统可以在舰船横摇±15.5°、纵摇±4.5°的条件下，保障直升机安全起降、系留和转运，广泛应用于以美国的“阿利·伯克”和日本的“金刚”级为代表的驱护舰上。
3.2 ASIST系统ASIST系统是在RAST系统的基础上研制的第2代舰载直升机辅助着舰、快速系留和转运为一体的集成型产品[15-17]。
ASIST系统主要由控制设备、快速系留装置、数据处理单元、摄像机、直升机位置指示器、液压动力装置和预制轨道等部分组成，与直升机上安装的着舰探杆装置和着舰激光目标源等机载辅助着舰装置配合完成直升机的辅助着舰。ASIST系统在舰上的总体布置情况如图6所示，其功能流程框图如图7所示。
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图 6 ASIST系统总体布置图 Fig. 6 General layout of ASIST system |
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图 7 舰载直升机ASIST系统功能原理框图 Fig. 7 Functional block diagram of shipborne helicopter ASIST system |
当舰载直升机按照着舰程序进入ASIST系统捕获范围后，左右舷摄像机接收直升机激光目标源发出的激光，在摄像机上成像并读出图像信号发送到数据处理单元，数据处理单元计算出直升机在甲板坐标系中相对于摄像机的位置并发送给控制设备，控制设备经过坐标变换，计算出直升机在大地坐标系中相对于理想着舰点的位置，据此确定直升机应移动方向，通过直升机位置指示器为飞行员提供灯光指示信号，使飞行员将直升机调整到最佳着舰位置。同时，控制设备将位置信号发送到液压动力装置，通过液压动力装置伺服控制系统控制系留装置小车跟踪舰载直升机，并保持最小安全距离，控制设备一旦判断直升机着舰后，液压动力装置驱动系留装置小车迅速向着舰探杆装置运动并捕获探杆，从直升机着舰到系留装置小车捕获探杆，总时间不大于2 s，而后液压动力装置驱动系留装置小车牵引直升机从起降平台沿轨道入库。
直升机在ASIST系统辅助着舰过程中属于主动着舰，飞行员掌握直升机的着舰时机，必要时可随时复飞。该系统可减少飞行员的心理负担，自动化程度高，安全性高，可以在舰船横摇±15.5°、纵摇±4.5°的条件下，保障直升机安全起降、系留和转运，且过程中不出现倾覆和侧滑现象。美国海军的DDG1000驱逐舰及海岸警卫队舰艇、新加坡“勇敢”级护卫舰、日本“凉月”号护卫舰、意大利“地平线”驱逐舰和土耳其MOKE200护卫舰等均装备ASIST系统。
3.3 TC-ASIST系统TC-ASIST系统是ASIST系统的一种适应性修改版，如图8所示。
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图 8 TC-ASIST系统 Fig. 8 TC-ASIST system |
两者组成部分基本一致，为了适应加改装着舰探杆装置（60 kg）困难的直升机，用机载主轮系留轴（2 kg）代替ASIST系统的机载着舰探杆装置，机载设备重量由60 kg降到2 kg，相应的改进系留装置小车以适应直升机接口形式的变化，同时增加一条进出库轨道。TC-ASIST系统与直升机上安装的主轮系留轴和着舰激光目标源等机载辅助着舰装置配合完成直升机的辅助着舰。直升机在TC-ASIST系统辅助着舰过程中属于主动着舰，其工作原理与ASIST系统也基本一致，只是助降方式由捕获探杆变成了捕获机载主轮系留轴。TC-ASIST系统同样可以在舰船横摇±15.5°、纵摇±4.5°的条件下，保障直升机安全起降、系留和转运。
4 三种技术体制的对比分析针对欧系的“鱼叉”-格栅助降系统及萨马赫牵引装置、俄系的助降网及绞车牵引装置和美系的RAST、ASIST及TC-ASIST助降系统的技术特点和现状，从助降及牵引海况、转运系留状态及特点、设备智能化和自动化程度以及对操作人员的要求等方面对这3种技术体制的舰载直升机助降与牵引装备的综合性能进行对比分析，如表1所示。
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表 1 三种技术体制的舰载直升机助降与牵引装备综合性能对比表 Tab.1 Comparison table of comprehensive performance of assist secure and traverse equipment for shipborne helicopter of three technical systems |
通过表1可知，美系的RAST，ASIST及TC-ASIST助降系统的助降及牵引海况高于欧系的“鱼叉”-格栅助降系统及萨马赫牵引装置和俄系的助降网及绞车牵引装置，且其装备集成度较高。此外，美系的舰载直升机助降与牵引装备中，RAST助降系统在捕获直升机时需人工将直升机的拉降钢缆连接到舰上的捕获阱中，因此相比于ASIST及TC-ASIST助降系统的自动跟踪和主动捕获，其耗时更长但安全性更高；而ASIST及TC-ASIST助降系统自动化程度较高，人员操作复杂度相对较低，两者中，ASIST助降系统捕获和快速系留时间更短。
5 结 语通过对比分析可知：美系的RAST，ASIST及TC-ASIST助降系统的助降及牵引海况和装备集成度更高。其中，RAST助降系统在捕获直升机时耗时更长但安全性更高，ASIST及TC-ASIST助降系统自动化程度更高，人员操作复杂度相对较低，而ASIST助降系统捕获和快速系留时间更短。
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