舰用车辆的特性与设计思想解析

2018-12-10邹卓然

舰船科学技术 2018年2期

王志，田甜，温琦，邹卓然

(北京金轮坤天特种机械有限公司，北京 100083)

0 引言

为了保证航母和舰载机作战功能的有效发挥，在航母上配置了多种具有特定功能的车辆服务于舰载机与航母，这类用于航母及其他战舰上的可移动设备可统称为舰用车辆或舰载车辆。由于使用场合的特殊性，舰用车辆除具有普通陆用车辆的运载特性外，还需适应舰船的工作环境，这类车辆已成为整个航母构成体系中的组成部分。舰用车辆在我国还属于起步阶段，伴随国产航母的研制成功，舰用车辆不仅要实现其应有的功用，而且需要向更高水平发展。

1 舰用车辆的保障功用解析

航母是一种以舰载机为主要武器的大型海上移动作战平台，是浮动于水面的小型飞机场，航母是舰船和机场的综合体。航母要形成较强的战斗力，做好航母与舰载机的保障是其前提条件之一。依据保障作业功能及服务方式，归结起来可将舰用车辆划分为5个方面的应用。

1）舰载机调运

航母上的舰载机在起飞前与降落后发动机不运转，舰载机的移动以及进出升降机都要依靠牵引车的牵引或顶推，即舰载机的调运作业需要舰载机牵引车的配合完成，飞机牵引车是舰用车辆中使用较为频繁的一类自行走式车辆。

2）弹药转运与装卸

舰载机是远程火力投送的载体，要实现对敌打击的作战任务，主要依靠装载其上的武器与弹药。舰载机航空弹药的运送与装载，同样是保障舰载机实现其功能的重要环节。目前转运过程主要采用人力推拉式转运车，挂装作业也主要靠人力完成。

3）飞行甲板清理

为了保证舰载机正常起降，必须保持飞行甲板时刻满足舰载机起降要求。甲板上的灰尘、碎屑、油污、以及降落于甲板的雨雪，都为舰载机的起降带来不利影响。虽然航母上配备相应的固定设施结合人工清理来保障飞行甲板的使用状态，但仍需清洁车与除雪车等移动设备共同完成保障任务。

4）灭火与救援

为应对可能发生的事故，减少再生损失和事故的蔓延，航母配备有应急救援设备，其主要针对火情与事故飞机处理两方面。对应火灾的是固定消防系统与消防车，用于事故舰载机处理的是航母上特有的救援吊车。

5）供给与后勤

舰载机起飞前和降落后进行检测、维护等工作，一般都有固定设备与舰载机匹配供电、供气。但在特殊情况下仍需有电源车、空调车、充氧车、充氮车、液压车等移动设备提供保障。此外平衡重叉车是航母上配备数量较多的通用保障车辆，用于货物装载与搬运。有的航母还配备伸缩臂叉车，除用于搬运外还将其拓展应用于高空维修作业。

总之，舰载车辆几乎遍及航母的各个部位，这些车辆中既有靠自身动力行走的主动自行走式车辆，也有靠人力或其他外力推动或牵引的被动式车辆。这些车辆都以专用的功能履行各自的职责。

2 舰载机保障特点分析

飞机实现正常起飞与降落需要一系列的设备为其提供保障服务，这些设备作业的对象也包含用于飞机起飞降落的跑道等。舰载机保障与岸基作战飞机保障既有关联又有不同，相同之处在于飞机本身保障的需求一致，相对岸基作战飞机的地面保障，舰载机保障的最大变化体现在保障环境的变化，航母自成体系，舰载机处于一孤岛环境。虽然环境发生变换，但飞机所需的保障都不能少，为了适应舰载环境，不仅对保障设备的要求提高，保障的方式也有所变化，其主要特点体现在以下3个方面。

1）固定保障设施与保障车辆结合

岸基作战飞机的起降环境是机场，机场地面保障与民用机场的保障方式相近，由于机场空旷、作业范围大，保障作业以移动式设备为主，其中大型设备为自行走式，小型多为被动牵引式，形成以各种车辆为主体设备的保障体系。而对于航母舰载机的保障而言，既借鉴地面保障的主要特征，又结合自身的特点，采取固定设施与移动车辆保障并存方式。

舰载机的保障环境主要是航母机库与甲板，活动范围相对较小，位置也相对固定，这为定点保障提供条件，因而舰载机的保障体现了固定设施与移动设备的统一。燃料、电力供给、氧氮充填等供给、充填等保障功能采用固定站点完成，再配备少量移动装置备用。如舰载机由固定电站供电，靠管道系统加油和充气，考虑在飞行甲板上应急操作的可能性，仍备有充气车、电源车。

2）配备特种保障设备

岸基机场环境与民用机场环境存在许多共同之处，部分设备可以直接借用通用设备，如用于跑道日常清扫、冬季清雪及消防救援等车辆均可借用。而对于航母舰载机则不同，其环境、起降跑道等与地面机场状态发生巨大变化，不仅对保障设备提出新的要求，还需增加特殊专有设备应付特殊需求。

由于航母是孤岛环境，必须能够独自处理可能发生的一切事情，除配备地面战机保障所需的设备外，增加配备救援吊车以备不测。救援吊车可以吊着舰载飞机行驶的专门的起重机，能将甲板上的失事飞机迅速吊离飞行跑道，避免更大的损失发生。甲板上由于阻拦索、移动设备等在上停留，以及舰载机维修保养等，都难免产生污渍污染舰面飞行跑道与机库甲板。清理这类污渍工作在地面场站是没有特定要求，也无专有设备。而在航母上需要专用清洗车解决这类需求。

3）保障设备体小质轻的特征

飞机在地面上的牵引与顶推、飞机的维护与供给、跑道环境维护保障、消防与救援方面的保障作业，完成这些作业都独立使用一种设备或车辆，对设备之间的通用化考虑也不多。这些设备与车辆在空旷的机场使用，对体积、质量方面的要求与限制不多。因此相对而言单体设备体积与质量均较大，综合保障能力不强。

舰载机的停放空间狭小，甚至是拥挤，对于为其服务的车辆而言，必须适应这种条件，能在拥挤狭小的空间内运动、作业。舰用车辆作为航母上的移动设备，也是航母的重要组成部分之一，其个体质量也一定程度上影响航母的总体质量。为了实现移动设备总的质量小，必须使保障车辆功能强，尽可能地在一辆车上综合集成多种功能。除必须自行走式车辆外，多用牵引拖车或车载附装功能模块。

总之，舰用车辆产生源于航母对移动设备的需求，特别是舰载机对移动设备的需求。尽管航母上可以利用固定设施对舰载机实施保障，但仍无法完全取代移动保障车辆的作用。

3 舰用保障车辆设计要求

众多类型的舰用车辆，虽然功用与结构各不相同，但所处的作业环境相同。由于环境特殊、海况复杂，舰用车辆作业的条件要比岸基车辆艰难许多，这对舰用车辆提出更高的要求。为了满足这些要求，舰用车辆需要具备一些常规车辆所不具备的特定功能。正因如此，舰用车辆的设计要求也非同常规车辆，设计时要着重关注以下几个方面。

1）扁平化与集成

舰用车辆的设计必须服从舰用的基本要求，由于舰面、机库的运动范围有限，舰用车辆对速度要求不高，重点在于空间、质量的限制问题，需体积小、重量轻，结构紧凑、作业灵活。特别对于需要在机库和舰载机机翼下部通过的车辆，结构尺寸要求更为严格。除救援吊车和叉车由于任务特点而必须具备足够大尺寸外，车辆大多都呈低矮的扁平形状，其低矮的车身有效地降低了重心高度，即使是在较强烈的纵倾横摇环境下，可保持车辆行驶的稳定性。也正是这样的设计，才使车辆能方便地在机翼下通过。因此多数舰用车辆的外形基本都呈扁状，与岸基同类车辆相比体积要小得多。

在保证结构紧凑的同时，尽量采用模块集成方式，根据需要进行组合集成，实现一机多用或多功能。美军将舰载机的启动气源装置与飞机牵引车集成就是例证，飞机牵引车可以独立作业，也可将气源装置挂接在其上。

2）兼容与防护

在设计舰用车辆时，除了要满足舰载设备的防爆性能、抗冲击性能、电磁兼容性能和抗盐雾侵蚀能力等要求外，在结构设计上也要采取一定的防护措施。防护设计包含的内容较多，不仅要被动防护，而且要主动防意外、防失误，即使出现失误，也不致造成严重后果。如在车辆壳体防护设计上，除了防盐雾、壳体防冲击波外，必需有可靠的锁紧及系联装置，确保在甲板上受海风作用，即使失误没有锁紧也不能脱落。这不仅是对车辆自身的防护，也是对飞机起降环境的保护。

自身带有动力装置的舰用车辆，势必牵涉到所需的油、水的供给问题，兼容、匹配、通用是设计的宗旨。设计时不仅要考虑动力装置的燃料和电源制式与航母兼容、接口匹配，而且要注意不同功用的车辆间的兼容性，如润滑油、工具、乃至轮胎等车辆上的通用装置，均要提高互换性，实现相互兼容。

3）冗余与安全

舰用车辆中的大部分车辆是为舰载机提供保障作业，其安全的内容包括舰载机的安全和自身的安全。舰用车辆依附于船体，船体的不规则运动可能要破坏舰用车辆的原有平衡，产生不可控运动，这对于正在作业的车辆与舰载机都十分危险。为此舰用车辆要有系统冗余和能力储备，能力储备是提高应付恶劣情况的能力，关键系统冗余是为了确保使用安全与提高可靠性。

能力储备主要体现在驱动能力方面，如对于飞机牵引车而言，由于舰船的倾斜和摇摆带来的周期性的坡度载荷和惯性载荷，舰载牵引车相比岸基牵引车必须具备更大的牵引力和制动力。系统冗余能够提高可靠性与安全性，如双制动系统能够保证其中一套制动系统失效时，另一系统还能起作用。此外基于航母倾、摇、荡等环境状态，舰用车辆还要解决自身存放问题，车辆均设计有系留座以便系留，保证稳定停放。

4）减排与防漏

对于在舰面作业的车辆而言，排放问题可以不重视，但对于在封闭舱室或半封闭的机库内使用的车辆，必须解决噪声和废气排放问题。由于机库、舱室相对封闭，内燃动力车辆长时间作业时，噪声、废气排放使得这类空间的小环境内部工作条件急剧恶化，降噪减排对在这类场合使用的车辆显得尤为重要。电动车辆越来越多的使用，为减排提供一有效途径，而这类车辆蓄电池能量密度和功率密度不足、续航时间短、充电时间长等问题仍有待进一步解决。

舰用车辆除了减排外，还要解决油、液不能遗漏的问题，设计上要保证不能漏水、漏油，更不能将其遗留在甲板面上。对于一些特殊的设备，需采取特殊的方式，如发动机排气管冷却后产生的冷凝水，要使其不进入甲板；空调车冷却产生的水需要在车上收集。

纵观舰用车辆，无论是专有车辆还是通用车辆，虽然对其产生影响的因素很多，而关键是适宜舰用。舰用车辆既继承地面车辆的基本功能，又具有自身的风格与特征。

4 舰用保障设备的发展

舰用车辆的产生是为了满足舰载机调运、保障等作业需求而产生，其存在与发展必须适应于航母总体系统布局要求，也与现有工业生产、技术水平相关联，新技术的发展为舰载机保障设备的适宜化、小型化、模块化创造了条件。

1）优化保障方式

航母舰载机的保障不外就是传统保障模式和一站式保障模式，无论是哪种模式，都需要优化使用设备，其中提高舰用车辆保障效率是其中的主要内容。舰载机保障车辆相对岸基飞机地面保障车辆已大大减少，一部分保障功能由站点保障所替代，无法替代的仍使用车辆完成，如牵引车辆仍按飞机的需要进行配置。目前的车辆虽然能够满足保障需求，但没有充分发挥应有的功能，部分车辆使用效率较低。如何优化使用，合理匹配，减少保障车辆的数量，提高保障效率是需要进一步解决的问题。

航母上的舰用车辆一类为自带动力的自行走式车辆，以牵引车和救援消防车辆为代表。另一类是非自行走式车辆，需要有牵引车或靠人力来牵引，其中包含带动力与不带动力2种。自行走式车辆行走功能为作业必须的功能，这类车辆可以优化用途，实现多用接口及动力输出，为其他装置使用创造条件，使得车辆底盘与动力的最大效率利用。使用频率较低的设备采用模块结构，与自行走式车辆配合使用。带动力的非自行走式车辆及行走不作为作业内容的自行走车辆，简化行走装置，统一确定其动力装置选用，利用舰上的电力资源或自行走式车辆的动力资源为其提供动力。

尽管保障设备从属于航母上不同的系统、不同的使用部门，仍可将移动保障设备视作一整体，进行设备系统化管理，整合自行走车辆与非自行走设备的功用，采用模块集成方式实现保障设备多功能，在功能互补的车辆与设备间设计标准接口，根据使用需要实施集成。在保证必须功能同时，代替现有车辆的单功能、多数量的低效保障，减小舰用车辆装备的总质量与总体积。

2）提高挂装能力

舰载机武器弹药的装载效率在一定程度上决定了航母的作战能力，提高弹药装载效率十分重要。弹药挂装作为舰载机保障系统的重要组成部分，但因不同的舰载机挂装部位不同、弹药结构形态变化等多种因素影响，使得弹药运输装载环节机械化程度仍较低。在航母上使用的车辆中，用于弹药相关的车辆数量最多，而实际耗费人的体力也最大。航母舰载机弹药装载挂装仍以人工辅以简单器具，或用简单的吊装器与之相匹配，作业强度大，效率低。

在弹药转运、挂装的整个过程中，以人体力劳动为主，转运作业相对还较轻松，而人力装载问题有待解决。全自动挂装的优点不言而喻，但这类挂装车体积较大，而且从转运车到挂装车之间还有一次弹药的交接，增加一过度环节。美军几年前就研制了自行走式自动挂装车，车辆的行走装置采用麦克纳姆轮以实现各向移动，并不适合航母的使用条件，到目前该车也未实际装备。纵观现有挂弹设备与环境条件，可采用助力方式改变现有挂装方式，优化挂弹工艺。利用航母上配备的气源、电源，在已有结构简单的转运车与挂接装置基础上，增加助力随动机构，解决弹药装载过程中靠人力提升问题。