[科普中國]-拉降裝置

簡介

直升機(jī)的機(jī)動性和它適于海上使用的潛力早已被世界各國海軍所認(rèn)識。從第二次世界大戰(zhàn)以來，直升機(jī)已用于在海上執(zhí)行搜索與救援、通訊聯(lián)絡(luò)、運(yùn)輸補(bǔ)給、反潛和攻擊水面艦艇等各種任務(wù)?，F(xiàn)在，水面艦艇搭載直升機(jī)的配合使用是現(xiàn)代化戰(zhàn)艦必備的條件之一。

由于航空母艦和搭載直升機(jī)的大型艦船在海上航行受風(fēng)浪影響較小，艦船平穩(wěn)，飛行甲板面積又較大，所以艦載直升機(jī)在其上起飛和降落不需要特別的輔助設(shè)施。但是，直升機(jī)在諸如護(hù)衛(wèi)艦和驅(qū)逐艦等中小型艦船上起落就困難了。這主要是因?yàn)橹行⌒团灤臋M搖、縱搖和升沉運(yùn)動量大，會使直升機(jī)在甲板上滑動甚至翻倒。其次是中小型艦船上的飛行甲板因受艦船尺寸限制不可能做得很大，這就要求直升機(jī)準(zhǔn)確地降落在降落點(diǎn)上并且不滑動，以免與艦上的機(jī)庫和其他物品相碰撞或滑出甲板掉人海中。再就是直升機(jī)受艦船上層建筑物產(chǎn)生的擾動氣流和海風(fēng)的影響都比較明顯。

為了使直升機(jī)安全地在中小型艦船上起飛降落，人們研究了一些方法，但目前投人使用的只有魚叉格柵法和拉降法兩種。其中拉降法相對應(yīng)的就是拉降裝置，是指艦載直升機(jī)在風(fēng)浪情況下著中、小艦船的助降設(shè)備。由機(jī)載和艦載兩部分組成。機(jī)載部分包括吊車、拉降管、鎖緊裝置等，艦載部分包括快速夾運(yùn)裝置、繩索、絞車及控制系統(tǒng)等。以下介紹拉降裝置的使用與發(fā)展。2

E系統(tǒng)加拿大的英德爾技術(shù)公司于1971年研制出世界上第一套艦載直升機(jī)拉降系統(tǒng)。這套命名為E系統(tǒng)的拉降系統(tǒng)現(xiàn)在看來十分原始，但值得注意的是E系統(tǒng)打開了直升機(jī)拉降助降的大門。

E系統(tǒng)的正式名稱是“直升機(jī)著艦輔助及固定系統(tǒng)”。這套系統(tǒng)雖然有E500、E1000及E2000等3種型號，但僅適用于少數(shù)美國制造的直升機(jī)，如：休斯500、貝爾212、SH-60、“海王”和SH-2“海妖”直升機(jī)。

從使用觀點(diǎn)來看，E系統(tǒng)所能提供的功能僅及現(xiàn)代助降系統(tǒng)的一半。當(dāng)直升機(jī)準(zhǔn)備著艦時，機(jī)上的絞車必須放下拉降索，艦上飛行甲板人員將其固定在系統(tǒng)上。一旦完成連接，直升機(jī)一面下降一面收卷拉降索以保持張緊狀態(tài)，直到直升機(jī)接觸甲板為止。此時在引降員的控制下，這根拉降索所承受的拉力將達(dá)4000公斤。然后將直升機(jī)調(diào)整到正對機(jī)庫方向，至此整個作業(yè)時間超過10分鐘。由于作業(yè)時間較長、安全性差及系統(tǒng)重量過重(約9000公斤)等因素，美國海軍始終沒有采用，只有印度海軍于1977~1978年間，為其塔拉吉里級護(hù)衛(wèi)艦采購2套E2000型系統(tǒng)，供“海王”直升機(jī)使用。

RAST系統(tǒng)E系統(tǒng)雖然沒有打開市場，但其設(shè)計(jì)思想?yún)s派生出另一套較為實(shí)用的系統(tǒng)，即所謂的“著艦輔助、固定與牽引系統(tǒng)”，簡稱RAST系統(tǒng)。這套系統(tǒng)問世至今已有24年，目前215套為各國與地區(qū)海軍所使用(其中包括臺灣的成功級護(hù)衛(wèi)艦)。這套系統(tǒng)的主要引人之處,在于具有全天候晝夜使用，適用機(jī)種廣泛，可在5級海況(即橫搖±31°、縱搖±9°、升沉6.1米/秒)下使用等優(yōu)點(diǎn)。

RAST系統(tǒng)可完成3項(xiàng)功能：幫助飛行員將直升機(jī)定位與降落；降落后把直升機(jī)固定在飛行甲板上；校正直升機(jī)位置，使其處于甲板中央，把它牽進(jìn)或牽出機(jī)庫。

RAST系統(tǒng)由機(jī)載設(shè)備和艦上設(shè)備兩部分組成。機(jī)載設(shè)備有拉降主探管與引索絞車、尾探管和機(jī)上控制板；艦上設(shè)備有拉降索與牽引絞車、俗稱“拉降井”的夾運(yùn)裝置和控制臺。

直升機(jī)降落前，首先要把拉降井準(zhǔn)確地拉到安放拉降索的位置上，松開卷筒剎車?yán)隼邓鳎P成圈放在甲板上。直升機(jī)降落時，應(yīng)從艦尾慢慢飛向甲板，并在甲板上方6~9米處懸停，同時放下引索。為了放掉飛機(jī)上的靜電荷，甲板上的人員使用一副接地金屬夾具抓住引索然后把拉降索和引索連接起來。飛行員操縱引索絞車把拉降索拉到直升機(jī)內(nèi)鎖住，方可開始拉降。引降員開動絞車把拉降索慢慢地拉人艦內(nèi)。當(dāng)拉降索成為張緊狀態(tài)時，引降員使絞車產(chǎn)生910公斤的拉力，而飛行員則使直升機(jī)的升力與此相匹配，使直升機(jī)懸停。

當(dāng)艦船運(yùn)動處于相對平穩(wěn)，引降員判定可以讓直升機(jī)著艦時，他便將絞車的拉力增加到1800公斤。這個張力使直升機(jī)具有對準(zhǔn)拉降井的對中作用，并使飛行員能感覺到未對準(zhǔn)的誤差。在拉降索這個恒定的拉力下，飛行員控制直升機(jī)旋翼拉力的大小使直升機(jī)下降著艦。在直升機(jī)下降過程中，如果必要，飛行員可操縱放開拉降索中斷著艦，直升機(jī)飛離艦船。直升機(jī)一著艦，機(jī)腹下的主探管就被拉降井內(nèi)的夾緊裝置夾緊，拉降索脫開。這樣就把直升機(jī)固定在甲板上了。為了進(jìn)一步限制直升機(jī)在飛行甲板上的橫向運(yùn)動，飛行員操縱作動器伸出尾探管，插入飛行甲板上的特設(shè)溝槽內(nèi)。然后用直升機(jī)尾部導(dǎo)引絞車系統(tǒng)調(diào)整直升機(jī)的方向，使直升機(jī)與拉降井運(yùn)動導(dǎo)軌對齊。這時，關(guān)閉直升機(jī)發(fā)動機(jī)，折疊旋翼槳葉，開動甲板牽引絞車，將直升機(jī)自動牽引進(jìn)人機(jī)庫。

RAST系統(tǒng)在直升機(jī)起飛時，可由拉降井以相反方向?qū)⒅鄙龣C(jī)牽引至起落區(qū)，就位后拉降井放開機(jī)腹主探管，允許直升機(jī)起飛。

目前各國海軍使用最多的助降系統(tǒng)也就是RAST系統(tǒng)，包括美國、加拿大、日本、印度、阿根廷、澳大利亞和西班牙以及臺灣地區(qū)。其中值得一提的是，在亞洲各國海軍中，日本于43年以前就率先為配備在日根級、榛名級、朝霧級驅(qū)逐艦上的直升機(jī)引進(jìn)了RAST系統(tǒng)。

RAST系統(tǒng)雖然有效地提高了直升機(jī)著艦時的安全性，而且也取消了人力式的推進(jìn)推出機(jī)庫作業(yè)，但美中不足的是系統(tǒng)軌道過重(約5443公斤)，因此不適合中型噸位(約2000噸)以下的艦船使用。此外RAST也不是全自動化的系統(tǒng)，當(dāng)直升機(jī)在甲板上空懸停準(zhǔn)備拉降時，甲板人員必須在現(xiàn)場待命，將直升機(jī)放下的引索與拉降索連接起來。此一工作若在惡劣氣候條件下進(jìn)行時，將對人員安全有所影響。這些缺點(diǎn)促使英德爾公司考慮對RAST進(jìn)行第2代的改進(jìn)。

英德爾公司于1984年與美國Gibbs&Cox公司合作，研制出不銹鋼的輕型軌道。輕型軌道的重量只有原型軌道的一半，成本節(jié)省60%，壽命卻提高很多。澳大利亞海軍于1992年采用了這種輕型軌道的第2代RAST系統(tǒng)。2

ASIST系統(tǒng)英德爾公司繼RAST系統(tǒng)之后推出了世界上第一套全自動助降系統(tǒng),它的名稱是“綜合鎖緊與牽引系統(tǒng)”，簡稱ASIST系統(tǒng)。這套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想與E系統(tǒng)和RAST系統(tǒng)的拉降概念不同，它不采用拉降索把直升機(jī)拉降到甲板上，而是直升機(jī)直接降落到甲板上,然后快速鎖緊固定，不需要甲板人員的幫助，完全自動進(jìn)行。

ASIST系統(tǒng)的裝置也是分為直升機(jī)及艦上兩部分。裝在艦上的裝置有：快速鎖緊裝置、軌道、紅外線跟蹤器、目視降落標(biāo)志以及機(jī)庫內(nèi)的液壓動力絞車等。直升機(jī)上部分則有裝在機(jī)腹下的探管及機(jī)身兩側(cè)的紅外線發(fā)射器。

直升機(jī)要降落時，飛行員以正常程序進(jìn)場和懸停在甲板上空。飛行員得到艦上引降員允許降落的信號后，便根據(jù)直升機(jī)與艦船的位置參考系統(tǒng)使直升機(jī)下降。這個位置參考系統(tǒng)是通過在機(jī)庫門頂上的目視標(biāo)志給出的。除了陀螺穩(wěn)定的水平參考桿外，位置參考系統(tǒng)又向飛行員提供V形彩色燈顯示，告訴飛行員要飛行的方向，以便直升機(jī)降落在規(guī)定的降落區(qū)內(nèi)。這些目視標(biāo)志是根據(jù)紅外位置感受系統(tǒng)的數(shù)據(jù)給出的。紅外位置感受系統(tǒng)是由裝在直升機(jī)兩側(cè)的每側(cè)4個紅外線發(fā)射器和裝在艦船甲板上兩側(cè)各一個紅外線跟蹤器構(gòu)成的。

由這個位置參考系統(tǒng)向飛行員給出直升機(jī)縱向和橫向位置的信息使直升機(jī)在降落時，特別是在夜間和能見度差的條件下降落時可增加直升機(jī)的安全性。位置感受系統(tǒng)的數(shù)據(jù)除了向飛行員提供目視降落標(biāo)志外，還用來跟蹤直升機(jī)位置，以使快速鎖緊裝置與直升機(jī)保持同步運(yùn)動，而始終處于直升機(jī)機(jī)腹下主探管所指位置的后面近處。

快速鎖緊裝置前面有一寬度為1.83米開口的凹形裝置，其左前臂內(nèi)有鎖鉤。鎖緊裝置能在甲板上較大位置范圍內(nèi)鎖住直升機(jī)，這個范圍是4.65平方米，以便適應(yīng)在不用拉降索后直升機(jī)降落點(diǎn)分散度較大的情況。

位置感受系統(tǒng)不斷跟蹤下降中的直升機(jī)并輸出位置信號。該系統(tǒng)輸出的縱軸位置信號控制一臺變速電動牽引絞車，該絞車使快速鎖緊裝置位于直升機(jī)主探管所指位置的后面近處。在位置感受系統(tǒng)跟蹤過程中，快速鎖緊裝置以每鈔1.5米的速度在甲板上運(yùn)動。

在直升機(jī)著艦后，快速鎖緊裝置迅速朝主探管移動，其前部的光電傳感器在快速鎖緊裝置碰到主探管之前自動使其運(yùn)動速度降低到每秒0.3米。在碰到主探管之后，兩臂間的壓力板被壓縮以吸收撞擊能并觸動機(jī)械傳感器桿，向快速鎖緊裝置發(fā)出停止前進(jìn)的信號。這時鎖鉤自動向右橫向運(yùn)動，鎖住直升機(jī)主探管。鎖鉤橫向運(yùn)動的初始速度為每秒1.8米，光電傳感器感受到鎖鉤將要碰到直升機(jī)主探管時自動地將運(yùn)動速度降至每秒0.3米。

鎖鉤鎖緊主探管將直升機(jī)固定在甲板上時，引降員的控制臺上會發(fā)出指示信號。直升機(jī)降落鎖緊過程只需2秒鐘。

直升機(jī)不可能每次都正好降落在甲板牽引軌道上并與之對齊，鎖鉤又能使直升機(jī)移動到與牽引軌道對齊以便被牽引到機(jī)庫中去。引降員通過操縱桿使鎖鉤對主探管施加橫向壓力，同時剎住牽引絞車，由于直升機(jī)主機(jī)輪與主探管的相互位置關(guān)系而使尾輪(或前輪)轉(zhuǎn)向。在快速鎖緊裝置的縱向牽引運(yùn)動和鎖鉤的橫向壓力的綜合作用下直升機(jī)將與牽引軌道對齊，同時保持直升機(jī)被鎖住在甲板上而不能滑動和翻倒。

一旦直升機(jī)與牽引軌道對齊，尾探管(或前探管)可放下插人甲板溝槽內(nèi)。引降員通過操縱桿將直升機(jī)牽引進(jìn)人機(jī)庫?？焖冁i緊裝置上的鎖鉤只需作少量橫向運(yùn)動以保持直升機(jī)在要求的牽引軌道上。

直升機(jī)起飛時，順序與上述相反，也是自動完成的。使用ASIST系統(tǒng)時，不需甲板輔助人員的幫助，其重量只有3110公斤，是現(xiàn)有助降系統(tǒng)中最輕的，而且適用的機(jī)種更廣泛，包括“超美洲豹”、“海豚”、EH-101、SH-2“海妖”、SH-60“海鷹”、“海王”和“山貓”等直升機(jī)。2