JSSG-2001A中舰载飞机进近要求

陈 晨 谢 勇 丁 祥

（1.中国航空综合技术研究所，北京 100028；2.海军装备研究院规范所，上海 200235；3.海军航空兵学院教研部，辽宁 葫芦岛 125001）

引言

与常规陆基飞机的着陆相比，舰载飞机着舰面临一系列复杂、多变的条件，例如，海上恶劣的环境、航母甲板不稳、有限的着舰区域等，其相应的事故率更高。因此，在舰载飞机设计时，需要重点考虑如何保证飞机能够安全高效的实现着舰，考虑因素包括进近速度、视界、飞行品质、发动机的性能和响应等。

在进近着舰阶段，舰载飞机要求具备更加优异的起降性能和飞行品质，能够在进近着舰过程中及时、准确的完成下滑道和速度修正，跑道对中修正，实现安全着舰。在美军联合军种规范指南JSSG-2001A《航空器》中从飞行品质和性能的角度对舰载飞机进近着舰提出了要求。通过对JSSG-2001A中相关要求的分析，为编制我国舰载飞机进近着舰的相关标准要求提供借鉴。

1 舰载飞机进近着舰技术发展[1]

随着舰载飞机和航母技术的发展，舰载飞机进近着舰由最初在直线甲板上采用的平桨进近，到后来在斜角甲板采用的定常下滑道、恒定迎角的着舰方式。平桨进近技术适用于早期轻型、平直机翼的螺旋桨飞机，该类飞机动力进近速度（Vpa）小，只在60kn～90kn之间变化，且航母速度一般很低，对于在直线甲板上降落的螺旋桨飞机来说是可靠的。但随着喷气式飞机的出现，航母速度的增加，飞机动力进近速度需要进行相应的调整，高的动力进近速度则显示出平桨技术的不足。

为了使高性能、后掠翼的喷气式飞机能够实现安全着舰，20世纪50年代，英国海军开展了斜角甲板和镜面光学助降系统的研究，美国海军最终采用了这种创新，使得超音速、后掠翼飞机的着舰更加安全。斜角甲板扩展了着舰区域，以适应长距离降落和逃逸的要求；镜面光学助降系统体积更大、照明效果更好，能够给飞行员提供更为明确的偏差指示。

舰载飞机进近着舰过程一般包括：通场、第一次180°减速转弯、第二次180°减速转弯和最终着舰。其中，最终着舰阶段是进近着舰过程最为重要的阶段。与其它进近着舰阶段相比，最终着舰阶段对飞机的飞行性能和飞行品质都提出了更高的要求。美军对此阶段进行了进一步划分，在文献[1]中指出“在舰载机最终进近时，需要具备快速修正下滑道误差的能力”，在该报告的图29中给出了舰载机进近任务剖面图，将最终着舰阶段划分为开始段（5000 ft～4000 ft）、中间段（4000 ft～2000 ft）、接近段（2000 ft～600 ft）和舰艉段（600 ft～0 ft），在每个阶段，飞行员要操纵飞机完成必要的修正，或进行复飞、逃逸飞行。

2 国外舰载飞机进近标准研究概况[1]

在国外，对舰载飞机起降飞行标准的研究已有几十年的历史，美国作为世界海军强国，对于舰载飞机进近标准的研究和制定始于20世纪50年代。最初的研究主要是对进近速度的预估，合理并精确的预估进近速度可以更为准确的估算出飞机负载，并以合理的裕度进行结构设计。因此，早期舰载飞机的进近标准主要是为了便于飞机设计而提出预估进近速度的要求。1953年，麦道公司在对XF-88A“魔术师”和XF3H-1“恶魔”战斗机进行研究后指出满足飞机响应特性的最小动力进近速度是可以预估的，它大约是失速速度的110%。在20世纪50年代初，这一标准要求是对进近速度的精确估计。虽然，低于该要求的进近速度下，XF-88A和XF3H-1仍可以工作，但是此时飞行员不能对进近阶段的快速小轨道修正做出必要的控制。

在麦道公司完成研究后5年，美国国家航空咨询委员会（NACA）在麦道公司研究的基础上，比较了41种不同构形下实际测量的进近速度和预估值的大小。为了便于比较，NACA制定了进近速度的预估规范，要求预估速度对所有构形的平均值的偏差应在5kn以内，并提出了8种预估进近速度的方法。这8种方法都没有达到这一要求，但1.15Vspa法和改进的麦道公司方法（从麦道公司的计算结果减去2kn）最为接近NACA提出的要求。

20世纪50年代末到60年代末，美国海军开展了一系列的研究。1963年，在美军装备处的RAD33-210号文件中要求海军航空测试中心评估进近速度规范，当时最小动力进近速度定义为着舰构形中最小可重复的空速，且从进近开始阶段到飞机和甲板接触过程中应将偏差维持在±5kn内。海军航空测试中心在分析F-4、F-8、A-4、RA-5C和A-3的试飞结果后，证实当时对于最小动力进近速度的定义是合理的，应归入舰载飞机的设计规范中，并对当时的进近准则进行了适当修正。1967年，海军航空测试中心在美国航空航天学会的会议上提出了“最小可使用的进近速度规范”，指出影响最小可使用的进近速度的6个主要因素，即可获得的纵向加速度、失速速度、座舱视野、地面能见度、稳定和控制要求、下滑道修正能力。

近些年来，随着舰载飞机技术的发展，在标准或技术文件中对于舰载飞机的进近有了更加详细和具体的要求，在JSSG-2001《航空器》中对于舰载飞机的进近阶段的飞行品质、性能等提出了明确的要求。

3 JSSG-2001A中进近要求分析[2]

冷战结束后，美国防务环境改变，防务预算缩减，国防专用工业萎缩，导致国防部采办思路发生根本性变革，开始推行“经济上可承受的国防采办”策略。将航空系统、分系统规范由MIL规范转化为JSSG（Joint Service Specification Guide，联合服务规范指南）文件，即是为适应采办改革而对标准化策略进行相应调整的一项重要举措。在此背景下美国防部在2000年发布了JSSG-2001《航空器》，随后对其进行了修订，并在2002年发布了JSSG-2001A《航空器》。JSSG-2001A为填空式的指导性规范，规定了航空器专用规范编制的通用要求、参数、性能及功能验证要求。JSSG-2001A中对于舰载飞机进近的要求是目前搜集到的标准中最为完整和详细的。美军的舰载飞机进近着舰经验表明，在着舰环境中，最佳的进近状态依赖于稳定的攻角、姿态角和发动机响应特性。此外，视界、对准跑道中线控制、阵风灵敏度等也是影响进近特性的重要因素。

在JSSG-2001A的附录D《固定翼航空器飞行性能的定义、基本规则和任务剖面术语表》中通过对进近速度的定义，进一步提出了舰载飞机进近要求，包括下滑道转移机动、视界、失速速度裕量、飞行控制限制速度、大油门响应、小油门响应、飞行品质等7个方面的要求。

3.1 下滑道转移机动

JSSG-2001A附录D中要求：“飞机在5s内完成下滑道转移机动，从稳定的初始下滑道飞行到与它平行且比它高15.25m（50 ft）的新下滑道；在机动过程中，发动机状态不变，迎角不应超过以机动开始时的平衡静升力系数为基础的最大正增量的50%；机动完成后，飞机应具有维持在平行于原下滑道上15.25m（50ft）高的新下滑轨迹的能力，飞行员可根据需要改变发动机状态。”JSSG-2001A中提出飞机下滑道转移机动要求是为了保证飞机在着舰下滑过程中出现下滑道偏差时能够即时改变下滑道，对准理想着舰点。下滑道转移机动过程如图1所示，在完成下滑道转移机动后，飞机的飞行高度会低于机动前的初始高度。

3.2 视界

图1 下滑道转移机动过程

JSSG-2001A附录D中规定：“舰载飞机以最小水平飞行速度飞行，飞行员在183m（600ft）高度捕获4°光学下滑道时，在设计眼位可看到航空母舰舰尾的吃水线。”飞行员为了保证对准甲板中心线，总是希望能够有更好的视界，即使在视界满足要求时，也希望尽量抬高座椅，以扩大视界。因此，在飞机设计时，需要对视界进行合理的要求，使着舰时飞行员有足够的下视界。

3.3 失速速度裕量

JSSG-2001A附录D中规定：“失速速度应为动力失速速度（Vspa）的1.1倍。所带动力为1.15倍的着舰构形无动力失速速度（Vs1）下水平飞行所需动力。”飞机的失速特性是影响飞行安全的重要因素，未能保持足够的飞行速度往往是造成飞行事故的首要原因，因此飞机应具有一定的失速速度裕量，尤其是在舰载飞机进近过程中，以保证飞行安全。对于失速速度裕量的要求在螺旋桨飞机采用平桨技术在直甲板上降落时就有规定，当时要求在进近迎角下飞机速度不低于失速速度的1.05倍～1.10倍。在20世纪50年代，平直机翼的喷气式飞机出现后，“舒适的”动力进近速度比1.10倍的失速速度还要高，因此，在飞机设计时应考虑一定的失速速度裕量。

3.4 飞行控制限制速度

JSSG-2001A附录D中规定：“基于带有适当裕量的飞行控制限制的最小速度。”这条要求的实际意义在于要求舰载飞机在有动力补偿进近中应加入迎角限制器。早在20世纪70年代，美国在YF-16和YF-17飞机工程中就考虑在动力进近阶段使用迎角限制器，但直到20世纪80年代末，在A-12飞机的设计规范中正式要求加入迎角限制器。舰载飞机在进近着舰过程中，其飞行包线相对较窄，为了保证飞行安全，在确定的着舰状态下，Vpa不小于与所限制的迎角相对应的速度。

3.5 大油门响应

JSSG-2001A附录D中规定：“在最小速度处，减速板收起，从加大油门开始2.5s内，水平飞行纵向加速度应达到1.52m/s2（5ft/s2）。”大油门响应反映了飞机的纵向加速性，是为了保证舰载飞机的复飞性能。复飞是舰载飞机在未接触甲板的情况下，着舰失败，准备再一次着舰的过程。在航母上降落时，舰载飞机复飞的现象经常发生，但不是在任何情况下飞机都能够安全复飞，复飞有一定的限制和要求，舰载飞机应在其能够安全复飞的复飞包线内进行复飞，并考虑航母运动、大气紊流、甲板风以及飞机起落架动态变形等因素的影响。其中，发动机的大油门响应对于舰载飞机成功复飞具有关键作用，只有飞机发动机具备良好的纵向加速性能，飞机才能在短时间内获得起飞姿态，完成复飞。

3.6 小油门响应

JSSG-2001A附录D中规定：“在进近构形下，4°下滑道上进行配平时，在所有可用进近构形推重比所需的全部油门设置范围内，应保证飞机对油门的阶跃输入快速响应，满足纵向加速度达到1.18m/s2(3.86ft/s2)，在此油门输入下，应在1.2s内达到指令加速度的90%。”小油门响应主要应用于舰载飞机进行下滑道修正。对于大多数舰载飞机，在进近时，飞机发动机在其工作特性的反区工作，通过控制油门来调整飞机飞行轨迹，因此，在进近过程中，需要不断调节油门以保证飞机在预定的下滑道上进近。良好的小油门响应能够保证飞机对下滑道进行准确的跟踪。

3.7 飞行品质

JSSG-2001A附录D中规定：“满足稳定、可控要求的最小速度（MIL-STD-1797A）。”此外，在附录C《飞行品质》中也对舰载飞机的进近着舰时的飞行品质进行了规定。它规定：“在航母甲板上进近着舰时，飞机在所有回收重量情况下应能达到一级飞行品质。”舰载飞机的飞行品质应能够与航母的进近着舰程序相匹配，并且能够与正常回收模式相协调。JSSG-2001A中对舰载飞机进近着舰阶段的飞行品质提出这样的要求是由于在进近着舰阶段，飞机速度需要限制在拦阻装置所具备的拦阻能力范围内，飞机具备一级飞行品质以确保飞机能够降落在狭窄的着舰区内，并对航母周围的湍流、航母甲板纵摇、横摇、升沉运动做出响应。在进近着舰阶段的飞行品质应是令人满意的，使得飞机在回收时飞行员的工作载荷合适。

在进近过程中，一级飞行品质对安全、有效的着舰具有关键作用。在MIL-STD-1797A《有人驾驶飞机飞行品质》中对一级飞行品质要求是满意的，即飞行品质明显的适合完成该阶段的飞行任务，无需飞行员补偿就能达到所希望的性能。它包含了多种要求，对飞机的各个方面提出了不同要求。舰载飞机在进近着舰过程中需要进行精确操作，在飞行品质方面主要是针对滚转控制和飞行轨迹稳定性，这两个方面与舰载飞机完成进近着舰任务直接相关。其中，滚转控制影响到舰载飞机进近时对准跑道的性能，美海军飞机要求在1.1s内滚转角变化不应小于30°，美军海军飞机的飞行数据也表明，其大多数飞机均能达到此要求。轨迹稳定性是飞机在稳定状态时，飞行轨迹对姿态变化的响应。飞机动力进近时，沿下滑道飞行，保持推力恒定，迎角的变化就等同于速度的变化。因此，飞行轨迹稳定性可用飞行轨迹角对真实空速曲线的局部斜率（dγ/dV）来描述，它反映了舰载飞机对下滑轨迹的保持能力。

4 结束语

在我国现有国家军用标准中，虽然已经制定了GJB 3718-1999《舰载飞机规范 飞行性能》和GJB 3719-1999《舰载飞机规范 飞行品质》，但是对于舰载飞机进近着舰的性能和飞行品质没有提出较为详细的要求。随着我国舰载飞机的首次着舰成功，可以借鉴美军对于舰载飞机进近着舰的要求，结合我国的舰载飞机研制、试验经验制定我国舰载飞机进近的相关要求，从下滑道转移机动、视界、失速速度裕量、飞行控制限制速度、大油门响应、小油门响应、飞行品质等方面较为全面和系统的规定我国舰载飞机的进近要求，为舰载飞机的设计、试飞提供借鉴和指导。

[1]Thomas Rudowsky，Stephen Cook，Marshall Hynes，Robert Heffley，Melvin Luter，Thomas Lawrence，CAPT Rober Niewoehner，Douglas Bollman，Page Senn，Dr.Wayne Durham，Henry Beaufrere，Michael Yokell，Albert Sonntag.REVIEW OF THE CARRIER APPROACH CRITERIA FOR CARRIER-BASED AIRCRAFT-PHASE I;FINAL REPORT[R].MARYLAND，USA：NAVAL AIR WARFARE CENTER AIRCRAFT DIVISION，2002.

[2]JSSG-2001AAIR VEHICLE[S].