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海天一线-辽宁号航母的舰载机助降系统   

2012-11-04 16:50:25|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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海天一线-辽宁号航母的舰载机助降系统 - 小飞猪 - 小飞猪的博客
原载现代舰船 08A
舰载机起降试验顺利进行,标志着辽宁号向形成战斗力又迈出了一大步

 近日,我国媒体首次公开报道了我国海国辽宁号航母舰载机着舰试验细节,报道中出现了首舰指挥官盯着显示屏来掌握舰载机飞行状态,这表明辽宁号航母已经装备了基于数据链的自动化着舰系统。

从此前的相关图片来看,辽宁号已经安装了菲涅耳透镜光学助降系统,这样辽宁号航母的飞机助降不仅仅包括光学助降系统,还包括基于数据链的机舰一体化助降系统,大大降低了飞行员的着舰心理负担,提高了着舰成功率,为我国海军航空母舰早日形成战斗力打下了坚实的基础。

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早期的飞行着舰指挥官 

我们知道舰载机着舰非常危险,也是事故多发的阶段,因此舰载机降落的时候要求飞行轨迹非常精确,否则会造成着舰失败甚至事故,由于舰载机飞行员在降落的时候既要控制飞机的状态,还要确定航母的运动状态,因此负担较大,所以出现了航母着舰指挥官-LSO,他站在飞行甲板上,观察舰载机的着舰状态,监测舰载机的降落航迹,着舰角是否理想,如果偏离安全的航迹,就用手中的信号旗对飞行员进行提示,让其进行修正,飞机降落还需要对飞机状态进行观察,如果飞机没有钩住拦阻索,则发出信号让飞机复飞,这个方法简单、易行,但是缺点就是引导距离近,受气象条件限制大、对LSO和飞行员的技术要求比较高,随着二战以后,舰载机进入喷气式时代,飞机的下降速度越来越快,对LSO和飞行员的反应、配合要求越来越高,所以这个方法已经不能适应新时期的要求,这样出现了各种助降系统,但是助舰指挥官仍旧保留,现代航母的着舰指挥官负责航母的着舰安全小组,这个小组由数人组成,分别观察飞机、拦阻钩,以便对飞机的着舰动作进行更加精确的控制。

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美国航母上的着舰安全小组 

最初出现的助降系统是反光镜助降系统,它的结构非常简单,就是在飞行甲板上安装一个较大的镜子,然后用灯光照射镜子,灯光被镜面反射到空中,这样形成了一道从甲板向空中延伸的光柱,飞行员凭借这道光柱下降着舰,这样就提高了着舰的安全性能。但是它的缺点一个是作用距离近,另外光柱容易发散,下降轨迹指示精确度随着距离增加而下降,所以出现了菲涅耳光学透镜助降系统,菲涅耳透镜镜片表面一面为光面,另一面刻录了由小到大的同心圆,它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的,具备较好的聚焦性能,在同等的焦距上与传统球面透镜比较,有重量轻、中心薄的优点,同时能消除球差,提高光能利用,利用这个特点,英国人发明了菲尔涅光学透镜助降系统,它的主要部件是包括由助降灯组和稳定平台组成,核心是们于中央的菲涅尔透镜和位于透镜两侧的水平基准灯。助降灯组由稳定平台与框架结合。稳定平台可以使射出的光束不受航母沉降摇摆的影响,:在框架的两边各装有6盏绿色灯,作为水平基准;左右各装有5盏红色禁降灯;在框架中间,纵向排列有5个“菲涅耳”透镜。当不允许舰载机着落时,左右两侧红色灯发出闪光,绿色水平基准灯不亮;当允许舰载机着落时,红色灯则不亮,绿色基准灯发出固定光,“菲涅耳”透镜也同时发光。它发出的光要比绿色基准灯强,而且上下不同位置的透镜发出的定向光束各代表一种下滑角。舰载机飞行员下滑时,如果看到的是橙色光,表示保持这种角度就可以准确地着舰了;如果看到的是黄色光束,说明舰载机下滑角太大;如果看到了红色光束,则说明舰载机下滑角太小。在菲涅尔透镜旁边还纵向排列了一组红灯,用来指示飞行员复飞。 

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我国航母上的  菲尔涅光学透镜助除系统

     菲尔涅光学透镜助除系统虽然提高了飞行员着舰的安全性能,但是它的作用距离仍旧较近,同时受气象条件下限制仍旧较大,从国外资料来看,舰载机进入下滑光航路的入口时距离母舰只有数公里远,对于现代化喷气式飞机来说,这点距离还是太小,不足以让飞行员对飞机姿态进行较大的调整,所以近年来发达国家又研制了新的光电型助降系统,比较典型的就是艾尔科斯激光助降系统,它对菲尔涅光学透镜助除系统进行了较大的改进,引入了激光系统,同时将透镜灯箱由5个增加到10个,作用距离得到增加,同时具备了一定的夜晚和不良气候条件下的作业能力,借助该系统,舰载机飞行员在晴朗气候条件下,在10公里处截获到下滑航路,不良气候条件下也可以达到3公里以上。从网络发表的相关图片,辽宁号的光学助降系统中间的灯箱是5个,因此笔者推测辽宁号的光学助降系统应该还是菲尔涅光学透镜系统,显现作为我国海军第一艘航母,海军对于系统的选择还是成熟、稳妥的为主。从长远发展来看,还是要研制艾尔科斯激光助降系统。

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激光助降系统示意图

 

不论是菲尔涅光学透镜还是艾尔科斯激光助降都存在一个共同的缺点,那就是它不能主动帮助飞行员纠正下降航迹的偏差,整个着舰过程完全依赖飞行员自身的技术和素质,但是在许多情况下,尤其是战争期间,飞行员执行作战任务回来已经身心疲惫,即使是经验丰富的飞行员有时也无法准确的完成着舰动作,在这种情况下,自动着舰系统-ACLS就出现了,上世纪40年代末,美国海军考虑到舰载机喷气式时代即将来临,随着舰载机着舰速度的增大,着舰变得更加困难,所以开始研制自动着舰系统,它的原型是利用精确跟踪雷达探测飞机,获得舰载作战飞机的坐标和运动状态,然后输入计算机,后者根据航母甲板运动状态和飞机的运动轨迹来确定飞机的下滑航迹是否符合要求,如果不符合,那么计算机计算出相关误差,利用数据链发送给作战飞机,由后者的飞行控系统对飞机的状态进行纠正,确保飞机处于正确的下滑航迹上面。从而可以准确、安全的降落,根据相关资料;自动着舰系统可以在甲板摇1度,横摇5度的情况下,让舰载机的着陆精度控制在纵向误差13米,横向误差3米左右,从这里我们可以看出自动着舰系统在很大程度上减轻了飞行员的着舰指挥官的负担,他们只需要在屏幕前监视相关系统能否正常工作即可,大大提高舰载机着舰的自动化程度和安全性及准确性。

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美国海军F/A-18D在航母上实施无人干预起降 

为了安全起见,自动着舰系统有多种工作模式,可以供飞行员或者着舰指挥官进行选择或者切换,其中模式1是全自动着舰模式,它是利用数据链联接航空母舰和舰载机,由后者根据前者传递来的信息进行自动着舰,需要指出的是航母自动着舰的控制信息不是由航母上的作战中心发出的,而是由航母空中交通控制中心负责,目前美国航母空中交通控制中心凭借数据链可以同时控制2架飞机在相隔30秒钟内相继在航母上着舰,需要指出的是美国航空自动着舰系统采用的数据链并不是现在美国海军和空军大量装备的LINK-16,而是上一代LINK-4A型数据链,并且在工作中中使用LINK-4A的单向通信模式,实际上美国研制数据链的最初目的就是为自动着舰配套,随着LINK-16数据链的完善和发展,预计2015年以后,LINK-4才会完全被LINK-16所替代。模块2与模式1基本上相同,只是在距离母舰1公里左右之后,舰载机开始接受光学助降系统的引导,模式3属于所谓的半自动着舰方式,在这种方式下,自动着舰系统与舰载机的自动着舰系统并不交联,而是通过仪表或者显示器向飞行进行显示相关数据,由飞行员根据这些信息操纵飞机下滑着舰,最后一种是人工方式,由着舰指挥官观察雷达显示屏,对舰载机位置进行确定,然后获得舰载机的方位和高低角误差,然后用语音告诉飞行员进行修正,直到转动光学助降系统的工作范围,进入新世纪美国海军对于自动着舰系统进行进一步的发展和改进,包括引入高精度信标和GPS导系统,两者结合可以将舰载机的着舰定位精度进一步增加以2米左右,这样就大大提高了舰载机着舰的精确程度和安全性能,同时舰载机引入推力矢量技术,可以在近距离完成高准确度的机动飞行,以便更好、更安全的着舰。此外还研制了舰载机微波降落系统,它是采用微波扫描技术,为舰载机进入航空母舰的自动着舰系统和光学助降系统的工作区提供进场信号,同时也可为作为自动降落时的机上独立监控设备。它由航母两个发射机和舰载机接收系统组成,发射机发射相关的方位和高低信号,飞机接收后,在平视显示器上进行显示,以便引导飞机准确进入。

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美国自动化着舰系统工作示意图 

     我国虽然没有航空母舰,因此在自动化着舰系统方面一直是空白,相之相近的防空自动化指挥引导方面却一直我国空军投入的重点之一,从上世纪60年代以后,我国就开展了自动化防空指挥引导系统的研究和探索,80年代配备了国产第一代半自动化截击引导系统的歼-8B和歼-7C型战斗机研制成功,标志着我国在自动化防空指挥引导系统取得突破,它是利用481数据链将地面防空指挥引导系统与战斗机相连接,由后者根据空情信息生成相关的引导指令,然后发送给歼击机,机载计算机对此进行计算和显示,供飞行员作战需要,同时部分数据还可以与机载飞控系统进行交联,后者利用这些数据形成航向矢量,这样就实现了地面指挥引导系统对于飞机的自动引导。在自动化指挥引导系统,我国相关厂所开展了舰载机自动着舰系统的研究,包括飞行甲板运动补偿、飞机自动着舰的姿态调整等,并在本世纪初相关系统的初步研制和模拟试验。

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注意图片上的舰载机综合电子显示与着舰引导系统 

     由此可以看出,我国海军辽宁号航母已经具备了自动着舰系统和光学助降系统相结合的舰载机着舰引导系统,可以有效的降低飞行员的负担,提高着舰的安全性能,这对于实际着舰经验还不足的我国海军舰载机飞行员来说,是非常宝贵的。

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注:

参考资料:

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