无人机弹射作业流程设计

徐伊达 杨申林 唐克兵 何世伟

（1.成都飞机工业（集团）有限责任公司 成都 610091）（2.海军驻成都地区航空军代表室 成都 610091）

1 引言

无人机具有使用限制少、机动性能灵活、隐蔽性好、人员伤亡低、出勤率高、效费比高等特点，给地面搜索及海事救援等工作都带来了很大的便利［1］。作为现代空军力量的一员，无人机适合执行战场侦察监视、目标指示、无线电中继、校正弹道、空中预警和协调指挥，干扰、破坏敌方通讯指挥与雷达系统以及对重要目标实施空袭等高风险任务。尤其是在近期的历次局部战争中，无人机的作战能力有目共睹、军事地位和作用日渐突出，因而备受各国海军的青睐。近年来，作为智能化、高性能、多功能聚合的高科技产物，无人机发展迅速。与此同时，舰载无人机加入海军编队随航母出战的优势日益凸显，成为未来舰载系统中不可替代的组成部分［2］。

现代航母舰载机的起飞分为三种类型：垂直起飞、滑跃起飞和弹射起飞［3～4］。目前，美军两栖攻击舰上搭载的战斗机大多采用短距起飞、垂直降落的方式作战；俄罗斯、英国、意大利、印度、泰国、中国等航母上舰载机使用滑跃起飞；美国、法国、巴西航母均使用蒸汽弹射起飞［5］的方式。时至今日，只有美国全面掌握了蒸汽弹射器技术并在实际中成熟应用，连法国的“戴高乐”号核动力航母也采用美国的蒸汽弹射技术。俄罗斯、英国、意大利和西班牙等国家受技术、工艺等限制，无法研制达到标准的蒸汽弹射器，所以只能在本国的航母上采用滑翘甲板（也就是把甲板尽头做成斜坡上翘，舰载机起飞后沿着上翘的斜坡冲出甲板，形成斜抛运动），作战效率远不如蒸汽弹射器。随着弹射装置的发展，电磁弹射器［6～12］也装备到美军“福特”号航母中。

通过舰载无人机与弹射装置有机结合，实现弹射起飞，不仅降低了起飞滑跑距离，还提高了舰载无人机作战出勤率，进而提升航母集群的战斗能力。2013年5月14日，美国X-47B无人机在“布什”号航母上成功完成弹射起飞，这对于单架无人机来说可能只是“迈出一小步”，但对于无人机的发展来说却是“迈出一大步”。由此，世界各国把舰载无人机弹射起飞作为研究的重点目标，开启了舰载无人机发展的新纪元。

无人机上舰是海军发展的必然趋势，安全、可靠、高效的弹射起飞是保证舰载无人机形成战斗力的主要技术之一。弹射作业流程是实现舰载无人机协同、流畅弹射起飞的必要保障。

近年来，相关院所和学校已经开展了关于弹射起飞关键技术的攻关和验证，但目前国内暂无舰载无人机成功弹射起飞或弹射起飞作业流程的相关报道。本文结合舰载无人机、弹射器、航母甲板等特点，探索、设计一套无人机弹射作业流程，尽可能满足不同类型舰载无人机安全、有序、顺利弹射起飞的需求。

2 术语和定义

2.1 往复车

弹射装置露在甲板上的部件之一，可沿弹射道滑槽作往复运动。弹射时，将弹射载荷通过弹射杆传递给舰载机使其迅速加速；弹射后复位开始下一轮弹射。

图1 弹射杆、往复车示意图

2.2 弹射杆

前起落架前端的可收放部件，弹射时用于连接弹射器。舰载机通过弹射杆与往复车相连，在地面滑行时受控下压，向下的压力满足其与弹射装置适配要求。

2.3 牵制杆

前起落架后端的可断离部件，在弹射之前起牵制作用，防止舰载机在发动机推力作用下向前移动进而与弹射装置脱离。

2.4 张力销（或定载释放接头）

用于连接舰载机前起落架和牵制杆，能承受发动机推力和弹射装置张紧力；弹射时在弹射力作用下断裂（或释放），使舰载机脱离牵制实现弹射起飞。

图2 牵制杆、张力销（或定载释放接头）示意图

2.5 缓冲钩

弹射装置的组成部分之一，弹射前与舰载机的牵制杆挂接；弹射时拖住牵制杆，使其与舰载机脱离，随后舰载机滑出。

图3 缓冲钩示意图

3 无人机弹射起飞限制条件

3.1 场地

舰载无人机起飞过程主要由飞行指挥中心、舰面站、无人机、弹射中心、机务保障组、勤务保障组、空管等多个战位协同、配合完成。同时，航母自身的运动以及周边复杂的自然环境，比如舰体横摇、舰艉流等也增加了无人机弹射作业流程开发的难度。

3.2 弹射装置

蒸汽弹射装置目前是技术成熟度最高、应用范围最广的弹射手段，在美国、法国等海军已服役多年，安全性、可靠性经得起海洋作战环境的检验。尽管如此，其固有的不足仍然难以解决，主要体现在以下方面：

1）蒸汽弹射装置在弹射过程中，存在蒸汽泄漏问题；

2）蒸汽弹射装置附近甲板区域温度高，对舰载无人机轮胎性能要求高；

3）蒸汽弹射装置重量、体积大，维护人员多，导致甲板有效空间利用率下降。

新型的电磁弹射装置具有准备时间短、自动化程度高、连续作战能力强等特点，但电磁弹射装置也有不足：

1）电磁弹射装置产生较强磁场，对舰上电子设备存在干扰，对舰、机电磁防护要求较高；

2）电磁弹射装置系统对能源需求较高，一般只能部署于核动力航母。

3.3 无人机

由于典型作战任务不同，舰载无人机在重量、外形、功能上千差万别。在设计弹射作业流程之初，需要考虑不同量级的舰载无人机，尽量使弹射作业流程通用化。

3.4 人员

航母甲板工作人员较多，战位布置相对分散。在设计过程中，不仅要考虑舰载无人机与弹射装置的顺利适配，还要尽量减轻舰上人员的工作负荷、提高效率使舰载无人机弹射工作安全、顺畅的完成。

4 弹射作业流程初步设计

4.1 弹射起飞前准备工作

4.1.1 航母

指挥中心决定舰载无人机执行弹射起飞任务之后，通知舰长、舰岛飞行指挥员、无人机指挥员、弹射值班员、航空保障等相关战位进行准备工作。舰长通过甲板值班员通报全舰，舰载无人机弹射起飞工作进入准备阶段。同时，航母通过调整航向、行进速度等来满足舰载无人机弹射起飞条件。

4.1.2 航空保障

机务值班员、勤务值班员以及各中队值班参谋在收到任务后，按照机务、勤务保障计划，分别进入指挥、保障战位开展直接机务、勤务工作。保障现场由负责人组织完成舰载无人机转运、接地、通电、充气、加油、武器加挂等机务保障工作，以及舰上保障能力检查、调运保障准备、舰面供给保障、机械武器保障准备、起降保障装置准备等勤务工作。

4.1.3 无人机

无人机指挥员首先通知机务、勤务保障人员将舰载无人机转运至航母甲板准备区，见图4。

图4 转运工作示意图

其次，系留员将舰载无人机固定在甲板上，机务、勤务人员开始舰载无人机弹射起飞前甲板准备工作。然后，检验人员完成舰载无人机弹射起飞前检查工作。最后，起飞助理向无人机指挥员汇报：舰载无人机弹射起飞前准备工作已完毕，可以弹射起飞。

4.1.4 弹射装置

舰载无人机在航母甲板进行准备工作的同时，弹射值班员组织装置保障人员、安全警戒人员开启弹射装置机动测试。警戒人员分别位于弹射轨道不同位置，未到位时不得开始机动测试。防止甲板作业人员未经许可穿越弹射轨道，给自身和弹射装置造成不必要的伤害。

图5 弹射装置准备工作

4.1.5 甲板异物排查

勤务保障员排查、清理甲板异物。经检验人员核实舰载无人机机身、轮胎清洁无异物后，舰载无人机才能驶入航母甲板弹射区，避免异物进入弹射轨道影响弹射飞行顺利进行。

4.2 无人机弹射起飞作业流程

目前，舰载无人机转运至航母甲板后，舰面调运可采用以下三种方式：

1）牵引式调运：由拖曳车牵引舰载无人机先后到达准备区、弹射区。可靠性较高，但效率较低；

2）CDU引导式调运：无人机甲板操作员依据甲板引导员手势，操控CDU使舰载无人机滑行至准备区、弹射区。现已应用到美国海军中，技术成熟度高、风险低；

3）自主滑行式调运：按照预先装订的规划路线，舰载无人机自动滑行至准备区、弹射区。此时，要求规划路径上无障碍物，否则一旦发生错误就可能撞机，风险较大。

另外，蒸汽弹射器弹射区甲板温度较高，应尽量缩短舰载无人机轮胎在高温区的工作准备、停留时间。

结合舰载无人机弹射起飞限制条件、舰面调运方式，初步将无人机弹射作业流程划分为四个阶段：“就位阶段”、“准备阶段”、“弹射阶段”和“起飞阶段”，然后将各个阶段划分为若干模块，逐项实施，详见图6。

图6 无人机弹射作业流程

在设计过程中，综合考虑各活动模块所需的甲板人员、保障资源等因素，梳理不同模块对舰载无人机弹射工作效率产生的影响，进而对不同的活动模块采取并行优化设计，提高作业效率。其中：

1）就位阶段：转运舰载无人机到达航母甲板准备区预定位置后，机务保障员、勤务保障员、无人机指挥员、试飞员等战位共同完成舰载无人机正常启动、滑出前检查、发动机起动等工作，见图7。

图7 就位阶段示意图

2）准备阶段：解除系留锁链后，舰载无人机在甲板引导员、拖曳车或无人机甲板操作员的引导下进入弹射区；安装牵制杆后，继续滑行至弹射杆到达往复车喉部同时缓冲钩到达行程末端时停止；启动弹射装置，完成工作后甲板保障人员撤离至安全区域，见图8。

图8 准备阶段示意图

3）张紧阶段：无人机指挥员与弹射值班员核对工况后，弹射装置完成张紧工作；随后，无人机试飞员将舰载无人机油门调整到最大状态；最后，弹射值班员依次完成最后准备、弹射等工作，见图9。

图9 张紧阶段示意图

4）起飞阶段：弹射指令发出后，张力销断裂或定载接头释放，往复车拖动舰载无人机滑跑。在弹射冲程末端分离后，舰载无人机按程序顺利起飞，见图10。

图10 起飞阶段示意图

分段式、模块化的弹射作业流程具有工作方式灵活、使用范围广的特点。针对不同的调运方式，适当调整不同模块的工作阶段即可满足弹射要求。例如：采用拖曳式调运方式，可以将发动机起动模块调整到准备阶段，避免开启发动机后舰载无人机滑动，给拖曳车、舰面其他装置或者工作人员带来不必要的伤害。

4.3 无人机弹射起飞后复位流程

舰载无人机顺利弹射起飞后，按程序完成复位工作：

1）牵制杆回收

机务保障员在舰载无人机弹出之后，适时快速上前收回牵制杆。然后，起飞助理通知弹射值班员、装置保障员回收弹射装置，准备执行下一次弹射任务。

2）弹射装置回收

装置保障员在检查并确定航母甲板弹射区轨道周围无障碍后，手势通知弹射值班员按照程序复位弹射装置、开启复查工作。在确认弹射装置工作状态无误后，完成后续弹射飞行任务。

3）舰载无人机撤收

舰载无人机安全着舰后，甲板保障员接手舰载无人机。随后，组织机务、勤务保障员共同完成舰载无人机下电、检查、排故以及数据下载等工作。最后，按照预定路线转运回机库。

5 结语

因了解舰载无人机、航母弹射起飞的情况有限，对无人机舰上弹射作业流程的设计仅供参考。在深入研究舰载无人机、弹射装置以及航母舰面布置之后，努力突破相关学科的关键技术，解决复杂环境下舰载无人机安全、有序、高效弹射起飞的难题，满足舰载无人机在未来高对抗环境中作战应用的需要。

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