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舰载直升机制造有多难

2021-11-12 11:53:11  来源:亚太日报 【返回列表】

    前不久,在“军队-2021”国际军事技术论坛上,由俄罗斯卡莫夫设计局研发的卡-52K舰载直升机甫一亮相,就以先进的电子防护对抗系统和超强的防腐蚀性能,引起广泛关注。

    别看卡-52K舰载直升机和陆基直升机在外形上没有什么太大差别,但技术创新难度不可同日而语——从1997年卡莫夫设计局的首架卡-52原型机实现首飞,到试验改进后投入量产,再到2012年启动卡-52K舰载直升机生产,前后长达15年时间里,该设计局科研人员攻克了成百上千项技术难题。

    舰载直升机制造是一项世界性难题。时至今日,只有俄罗斯、英国、意大利等少数国家能够自主研制舰载直升机。那么,舰载直升机为什么难造?要攻克哪些技术难题?请看海军航空大学飞机教研室副主任刘旭的解读。

    难点一:空间限制

    舰艇“肚子”里塞飞机

    1936年夏天,德国不来梅市郊区的直升机制造厂,一架头顶两个旋翼的飞行器首次试飞。垂直升空、空中悬停、横向飞行……一系列飞行特技让现场观众兴奋不已。

    不久后,一款外形奇特的飞行器,出现在二战时期的缅甸战场。它不仅能悬停在丛林上空指引盟军前进,甚至不费吹灰之力从日军眼皮底下救出伤员……自此,军用直升机受到各国军队的青睐。

    当各国军队在陆空领域发掘直升机应用前景时,德国海军却将目光放在海空战场,紧锣密鼓地开展“军舰上使用直升机”方案论证。

    1942年的一天,波罗的海上空,一架“敞篷式”双旋翼飞行器掠海飞行。飞行器舱室内,飞行员屏气凝神,小心翼翼地操控飞行器,逼近德国海军巡洋舰的起降试验区。舰船上,科研人员的心提到嗓子眼。只听“砰”的一声,飞行器降落在舰船指定区域,直升机首次着舰测试宣告成功。

    这是德国科学家安东·弗莱特纳研制的第一款FL-282舰载直升机。早期,这款舰载直升机发动机动力不足,外形设计像是钢管和木板拼接起来的。虽然体形较小、方便着舰,但只能执行简单的运输任务。

    随着涡轴发动机技术取得重大突破,直升机搭载设备日益增多,舰载直升机逐步担负起空中预警、反潜作战和火力打击等海上任务,体形也变得更加健硕。这时候,科研人员发现了一个新问题——舰上空间小,装不下这个“大家伙”。

    为此,科研人员制订了一份“瘦身”套餐,把舰载直升机塞进舰艇“肚子”里。

    “减脂”——让机身“瘦”下去。传统直升机需要延伸出一根尾翼和尾桨,用来控制飞行方向。卡莫夫设计局科研人员在想:“怎样把‘长杆’去掉?”他们研究发现,设计出上下两副螺旋桨反向旋转,就能抵消主翼旋转带来的反向力矩,这样可以在设计图纸上抹掉尾翼和尾桨。1948年,科研人员在卡-8共轴式双旋翼直升机基础上,实施了卡-10舰载直升机的研制计划。2年后,卡-10在“马克西姆·高尔基”号巡洋舰上完成降落,这种全新设计理念被各国军工企业广泛采纳。

    “塑形”——把旋翼折起来。旋翼折叠技术,顾名思义就是将4个方向的桨叶重叠在一起。这项操作看似简单,但旋翼上布满纵横交错的管路和线路,实施起来难度很大,同时人工折叠和液压折叠耗时费力,影响直升机出动效率。“海鹰”舰载直升机的旋翼设计巧妙,将原有液压折叠改为电动折叠,不仅能减轻机体重量,还可以有效降低舰载直升机的倾覆率。

    “增肌”——实现一机多能。舰载直升机舱内空间寸土寸金,实现一款设备功能多样化,是科学可靠的设计理念。法国空客公司生产的H160M舰载直升机,采用模块化设计,打造通用军事化平台,不仅能快速搭载不同任务载荷,还降低了机内设备的维修难度和成本,这种创新设计理念已成为未来舰载直升机发展的新方向。

    难点二:环境侵蚀

    订制一份“抗腐蚀套餐”

    二战时期,长时间执行海上飞行任务的直升机常患有“骨质疏松”的症状——机体和零部件出现裂纹。科研人员研究分析认为,这是由于直升机机身和光电系统长期暴露于高盐、高湿的海上环境中,极易受到腐蚀。

    高盐、高湿的海上环境,对舰载直升机影响很大。有资料显示,舰载直升机一般服役寿命不到陆基直升机的20%。为防止机身和光电系统被海上环境腐蚀,科研人员为舰载直升机订制了一份防盐雾、防霉菌、防潮湿的“抗腐蚀套餐”。

    掀开舰载直升机蒙皮,你会发现从发动机到起落架,从雷达罩到旋翼轮毂,抗腐蚀材料和涂层被广泛应用。

    一架舰载直升机研制初期,科研人员会在结构设计、抗腐蚀材料和工艺选择等方面进行综合考量。当直升机各种零部件制造成型后,他们会为它涂上底漆、面漆和防腐剂等多层涂料。“海鹰”舰载直升机机身采用含六价铬的铬酸盐作为底漆,聚硫化物作为密封剂,减少机身表面和链条密封处的水浸入,实现防护“无死角”。采用抗腐蚀材料的零部件合格率和平均工时消耗,直接关系到舰载直升机的生产成本,这使其制造门槛被进一步抬高。

    除了抗腐蚀材料,一些国家海军航空兵部队明确规定,舰载直升机降落后,要及时进行清洗作业,彻底冲洗掉附着在机身表面的氯盐。

    这种抗腐蚀手段,简单高效、易于维护,受到各国海军官兵普遍青睐。

    难点三:着舰安全

    降得稳更要站得住

    直升机着舰犹如刀尖起舞,技术难度大、安全风险高。虽然只有短短十几秒钟,却对飞行员飞行技能和心理素质是极大考验。

    着舰前,飞行员眼中的舰艇甲板仅有“火柴盒”大小;降落时,舰艇自身会向不同方向摆动,飞行员操作稍有不慎,直升机就会发生侧滑、倾覆等事故;即将着舰时,一些飞行员会出现“目视旋翼已经扫到机库壁”的错觉。这需要他们克服甲板前机库、舰岛等障碍物带来的心理影响。

    那么,如何确保舰载直升机安全平稳降落呢?

    在直升机机腹,你会发现一个突出的液压杆,这个部件叫“鱼叉”。如果把舰载直升机的起落架比作腿,那么“鱼叉”就是它的手臂,它的作用是牢牢抓住船身防止出现侧滑和碰撞。

    “鱼叉”是舰载直升机的辅助降落装置之一。在触舰时,“鱼叉”会牢牢叉在甲板格栅上,实现直升机和目标舰之间的刚性连接。整个系统操作简单,配合绞车仅需5至7分钟即可完成直升机的着舰和收纳作业,得到世界各国海军广泛应用。

    但遇到体型庞大的大家伙,“鱼叉”会显得力不从心。20世纪60年代,加拿大英德尔技术公司研制出“熊阱”系统。这套系统可依靠舰上人员的辅助操作,将大中型直升机“捕捉”到固定的“陷阱”中,实现精准降落。

    搭载“熊阱”系统的舰艇,更适合使用固定和牵引装置来移动直升机。这套系统工作效率远高于“鱼叉”,因此被应用于随航母编队出征的驱逐舰上。

    得益于卡式直升机同轴反转旋翼的抗侧风性能,在直升机着舰前,只需在飞行甲板上铺设一张长和宽各5米,由棕榈绳编织而成的防滑网,让直升机机轮陷入防滑网中不易摆脱,就能有效规避侧滑问题。

    降得稳更要站得住。完成着舰后,舰载直升机一般需要在机身前后左右4个位置,选择承受力较大的结构件作为系留点,用系留索进行固定。

    浩瀚大洋,风高浪急。遇到恶劣天气,辅助降落系统和系留系统也存在“脱手”的风险。为了解决这个问题,科研人员专门设计了保险装置。“海鹰”舰载直升机除了安装助降系统,还配有一套特殊的浮水结构,紧急情况下可以降落在水面上,被飞行员形象地称为“直升机的救生圈”。

(来源:新华网)