王釗，何紅妮

(中國航空工業(yè)集團(tuán)公司 第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，西安　710089)

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艦載飛機(jī)總體設(shè)計(jì)關(guān)鍵約束分析

王釗，何紅妮

(中國航空工業(yè)集團(tuán)公司 第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，西安710089)

摘要：艦載飛機(jī)除了必須具有陸基飛機(jī)應(yīng)有的設(shè)計(jì)要求外，還需要考慮其特殊的起降方式和使用環(huán)境、獨(dú)特的結(jié)構(gòu)/機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)等因素，其設(shè)計(jì)難度比陸基飛機(jī)大。本文以支援類艦載飛機(jī)為研究對(duì)象，分別從機(jī)/艦適配性、動(dòng)力、結(jié)構(gòu)、座艙設(shè)計(jì)等方面對(duì)艦載飛機(jī)總體設(shè)計(jì)過程中所遇到的主要問題和關(guān)鍵約束進(jìn)行分析，總結(jié)歸納出艦載飛機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)需要關(guān)注的特殊設(shè)計(jì)約束。在前期方案論證和初步設(shè)計(jì)階段，為艦載飛機(jī)的總體設(shè)計(jì)提供了一定參考。

關(guān)鍵詞：艦載飛機(jī)；支援；總體設(shè)計(jì)；約束；座艙；結(jié)構(gòu)

0引言

艦載飛機(jī)是航空母艦編隊(duì)的重要組成部分，是航空母艦戰(zhàn)斗群攻防作戰(zhàn)的核心力量。艦載飛機(jī)按照功能可分為預(yù)警機(jī)、偵察機(jī)、反潛機(jī)、殲擊機(jī)、電子對(duì)抗飛機(jī)和加油機(jī)等[1]，涵蓋了作戰(zhàn)、支援、保障等類型。功能各異的多種艦載飛機(jī)組成了航空母艦航空聯(lián)隊(duì)，擔(dān)負(fù)著為水面艦艇編隊(duì)奪取局部海域制空權(quán)、制海權(quán)，實(shí)施對(duì)陸打擊、反潛作戰(zhàn)、遠(yuǎn)程預(yù)警、作戰(zhàn)指揮等重要作戰(zhàn)使命[2]。二戰(zhàn)以來，各海軍強(qiáng)國的航空母艦陸續(xù)實(shí)現(xiàn)了艦載飛機(jī)的動(dòng)力噴氣化、主要武器導(dǎo)彈化和機(jī)上系統(tǒng)電子化，并分類別地發(fā)展了艦載戰(zhàn)斗機(jī)、攻擊機(jī)、預(yù)警機(jī)、電子對(duì)抗機(jī)、反潛機(jī)、直升機(jī)等[3]。在現(xiàn)代各國之間的海上博弈及戰(zhàn)爭中，艦載飛機(jī)都發(fā)揮著其舉足輕重的作用。

發(fā)展初期的艦載飛機(jī)與陸基飛機(jī)基本相同，甚至一些艦載飛機(jī)就是在陸基飛機(jī)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的。隨著航空技術(shù)的不斷進(jìn)步和飛機(jī)現(xiàn)代化程度的提高，當(dāng)代艦載飛機(jī)的性能大幅度提高，飛機(jī)重量也急劇上升，因此，艦載飛機(jī)除了需滿足陸基飛機(jī)的設(shè)計(jì)要求外，還必須滿足因特殊使用環(huán)境而產(chǎn)生的特殊要求。

本文從艦載飛機(jī)的主要特點(diǎn)出發(fā)，以支援類艦載飛機(jī)，尤其是國外艦載預(yù)警/運(yùn)輸類飛機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)艦載飛機(jī)總體設(shè)計(jì)中的機(jī)/艦適配性、動(dòng)力、結(jié)構(gòu)、座艙等設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行分析，歸納總結(jié)出需要關(guān)注的關(guān)鍵約束，以期為今后艦載飛機(jī)的總體設(shè)計(jì)提供參考。

1艦載飛機(jī)的主要特點(diǎn)

航空母艦是一個(gè)尺寸有限的海上浮動(dòng)平臺(tái)，在海上存在縱傾、橫搖和升沉的六自由度相對(duì)運(yùn)動(dòng)。其艦首和艦尾處的大氣擾流比較復(fù)雜：航空母艦龐大的艦體及其自身的運(yùn)動(dòng)會(huì)使艦首產(chǎn)生上洗氣流，并在艦尾處形成較強(qiáng)的尾流。在該平臺(tái)上起降并存放的艦載飛機(jī)，無論是其工作環(huán)境，還是總體設(shè)計(jì)方面都具有與陸基飛機(jī)不同的特殊要求和使用維護(hù)特點(diǎn)。

目前，國外的艦載預(yù)警/運(yùn)輸類飛機(jī)多采用亞音速常規(guī)布局、兩臺(tái)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的形式，例如美國E-2“鷹眼”系列艦載預(yù)警機(jī)、C-2“灰狗”系列艦載運(yùn)輸機(jī)，如圖1所示，該布局形式的艦載飛機(jī)具有良好的升阻特性及高、低速飛行特性。

(a) E-2艦載預(yù)警機(jī)

(b) C-2艦載運(yùn)輸機(jī)

與陸基飛機(jī)相比，艦載預(yù)警/運(yùn)輸類飛機(jī)的主要特點(diǎn)有：(1) 能夠在航空母艦面積有限的飛行甲板上安全地起飛與著艦；(2) 艦載預(yù)警/運(yùn)輸類飛機(jī)在起飛、著艦時(shí)，飛行速度很小，故其俯仰、滾轉(zhuǎn)阻尼系數(shù)較小，動(dòng)穩(wěn)定性較差；(3) 艦載預(yù)警類飛機(jī)縱、航向靜穩(wěn)定性會(huì)受螺旋槳滑流及機(jī)身上部雷達(dá)罩的影響；(4) 外形尺寸控制要著重考慮航空母艦的停放空間有限；(5) 必須具備比陸基飛機(jī)好很多的抗腐蝕性和電磁兼容性。

海洋環(huán)境及特殊的起降、存放條件給艦載預(yù)警/運(yùn)輸類飛機(jī)帶來海水、蒸汽、鹽霧、霉菌、煙囪煙氣及飛機(jī)上油液等影響，因此，艦載預(yù)警/運(yùn)輸類飛機(jī)應(yīng)避免使用某些材料和設(shè)計(jì)技術(shù)，同時(shí)必須考慮自然風(fēng)、排氣噴流以及高密度電磁環(huán)境的影響。

艦載預(yù)警/運(yùn)輸類飛機(jī)因其特殊的使用環(huán)境，在飛機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，除需要滿足總體、氣動(dòng)力等基本要求外，還需著重對(duì)機(jī)/艦適配性、動(dòng)力、結(jié)構(gòu)、座艙視界等進(jìn)行分析研究。

2機(jī)/艦適配性設(shè)計(jì)約束

機(jī)/艦適配性是指艦載飛機(jī)和航空母艦在設(shè)計(jì)及使用過程中各種約束接口的兼容性，包括艦載飛機(jī)在進(jìn)行彈射、回收、調(diào)運(yùn)、補(bǔ)給、維修和特情處理等操作時(shí)，在幾何、性能、結(jié)構(gòu)、功能、系統(tǒng)等方面與航空母艦及艦面設(shè)備之間的各種協(xié)調(diào)關(guān)系[3]。簡而言之，艦載飛機(jī)能夠充分有效地利用航空母艦的特性、設(shè)施和裝備的能力即為機(jī)/艦適配性。在飛機(jī)總體設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分考慮艦載飛機(jī)與航空母艦的這種交聯(lián)關(guān)系。機(jī)/艦適配性是一個(gè)廣泛而復(fù)雜的概念，本文僅選擇五個(gè)主要方面進(jìn)行其設(shè)計(jì)約束的分析。

(1) 幾何適配性

艦載飛機(jī)的外形尺寸受航空母艦甲板空間、停放機(jī)庫、相對(duì)應(yīng)的升降機(jī)尺寸和彈射器位置等的限制。航空母艦上的菲涅爾光學(xué)助降裝置和攔阻索裝置的位置必須與艦載飛機(jī)著艦時(shí)的尾鉤眼距相匹配。

(2) 結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度適配性

艦載飛機(jī)在彈射起飛、攔阻著艦時(shí)，其質(zhì)量和速度要與航空母艦的彈射裝置相匹配；艦載飛機(jī)著艦時(shí)其起落架受到的沖擊比陸基飛機(jī)大得多，其結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮；艦載飛機(jī)在不斷運(yùn)動(dòng)著的航空母艦上停放時(shí)，其自身的系留點(diǎn)應(yīng)與航空母艦的系留裝置相匹配。

(3) 氣動(dòng)、環(huán)境適配性

海洋環(huán)境復(fù)雜多變，艦載飛機(jī)的氣動(dòng)布局及外形設(shè)計(jì)要充分考慮其對(duì)海洋環(huán)境的適應(yīng)和相應(yīng)的技術(shù)需求。

(4) 機(jī)載系統(tǒng)設(shè)備適配性

飛機(jī)的機(jī)載設(shè)備主要由航電系統(tǒng)和機(jī)電系統(tǒng)組成[4]。航電系統(tǒng)主要由飛行控制、飛行管理、任務(wù)系統(tǒng)等組成；機(jī)電系統(tǒng)主要由電氣系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、燃油液壓系統(tǒng)、救生系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)等組成。對(duì)于艦載飛機(jī)，任務(wù)系統(tǒng)是一個(gè)較為完整的空中飛行、指揮和控制中心，能對(duì)陸地和海洋上各種高度的目標(biāo)進(jìn)行探測識(shí)別并跟蹤[5]。

艦載飛機(jī)要與航空母艦編隊(duì)進(jìn)行信息交互，即要求飛機(jī)本身的機(jī)載設(shè)備要與航空母艦編隊(duì)作戰(zhàn)指揮等信息相匹配。

(5) 綜合保障適配性

綜合保障是指在裝備的壽命周期內(nèi)，綜合考慮裝備的保障問題，確定保障性要求，影響裝備設(shè)計(jì)，規(guī)劃保障并研制保障資源，進(jìn)行保障性試驗(yàn)和評(píng)價(jià)，建立保障系統(tǒng)等，以最低的費(fèi)用提供所需保障而反復(fù)進(jìn)行的一系列管理和技術(shù)活動(dòng)。艦載飛機(jī)保障較為關(guān)注的機(jī)艦適配要素主要包括：保障設(shè)施、保障設(shè)備、人力與人員、規(guī)劃維修、供應(yīng)保障、設(shè)計(jì)接口等。

3艦載飛機(jī)起降動(dòng)力設(shè)計(jì)約束

3.1起降約束

艦載預(yù)警/運(yùn)輸類飛機(jī)在航空母艦上起降與陸基預(yù)警/運(yùn)輸類飛機(jī)起降明顯不同。陸基飛機(jī)降落時(shí)，有緩沖階段，而艦載飛機(jī)對(duì)下滑軌跡有嚴(yán)格的控制，按照預(yù)定的飛行軌跡，定點(diǎn)、定速、直線下降，直接觸及甲板。速度是艦載飛機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，速度越小，著艦距離越短，著艦下沉速度越小，對(duì)著艦安全越有利。以美國E-2C艦載預(yù)警機(jī)為例，該機(jī)采用渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)，為了能夠在母艦上安全起降，其對(duì)失速特性要求很高，在巡航、起飛和著艦構(gòu)型下的無動(dòng)力失速速度分別為205、185和163 km/h，受最大起飛重量的約束，該機(jī)采用幾乎接近極限的較簡單的增升裝置。

航空母艦在風(fēng)浪中會(huì)劇烈的俯仰、搖晃以及上升下沉，艦載飛機(jī)著艦瞬間會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊力，由于起飛著艦時(shí)飛機(jī)飛行的速度較小，受到環(huán)境的影響，其迎角、姿態(tài)角的變化可能較大，此時(shí)飛機(jī)必須具有良好的安定性、各活動(dòng)翼面應(yīng)具備較好的操縱能力。

3.2動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)約束

艦載預(yù)警/運(yùn)輸類飛機(jī)必須在很短時(shí)間內(nèi)在距離有限的航空母艦甲板上起飛、著艦、攔阻、應(yīng)急回收及復(fù)飛，上述特點(diǎn)要求艦載飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)要比同量級(jí)的陸基飛機(jī)具有更高的推力、更大的喘振余度，艦載飛機(jī)自身要具備較好的加速性能，以及更高的可靠性來適應(yīng)復(fù)雜的海洋環(huán)境。

艦載飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力比陸基飛機(jī)大12%～19%，要保證發(fā)動(dòng)機(jī)具備較好的加速性能，則要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子需質(zhì)量輕、慣性??；壓氣機(jī)及渦輪的效率高、燃燒穩(wěn)定、延遲時(shí)間短、加力接通快。美國海軍相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，艦載飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)從正常進(jìn)場狀態(tài)加速到最大推力狀態(tài)，所需時(shí)間不大于2.5 s。在過載方面，彈射起飛的飛機(jī)所受的縱向過載遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陸基飛機(jī)或滑躍起飛式飛機(jī)，設(shè)計(jì)彈射起飛的發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)充分考慮機(jī)械部件的連接性能。艦載飛機(jī)著艦時(shí)向下的過載可能高達(dá)10 G以上，發(fā)動(dòng)機(jī)承受很大的沖擊載荷，因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)各主要安裝對(duì)接部位(包括進(jìn)氣道、尾噴口、發(fā)動(dòng)機(jī)各機(jī)匣等的安裝對(duì)接處)的可靠度[6]具有較高要求。

根據(jù)使用環(huán)境的特殊性，美國E-2C艦載預(yù)警機(jī)提高了其渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的抗沖擊過載能力，動(dòng)力裝置的功率、抗畸變能力，以及起降過程中的動(dòng)力響應(yīng)特性，同時(shí)，具備滿足更高設(shè)計(jì)要求的電磁兼容能力，并有效解決了發(fā)動(dòng)機(jī)的海上腐蝕防護(hù)問題等。由于預(yù)警類艦載飛機(jī)上安裝有大功率的預(yù)警雷達(dá)，飛機(jī)對(duì)用電功率的要求更加嚴(yán)格，E-2D飛機(jī)的單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流用電功率高達(dá)170 kVA。

4艦載飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)約束

4.1結(jié)構(gòu)重量約束

相對(duì)于陸基飛機(jī)，艦載預(yù)警/運(yùn)輸類飛機(jī)特殊的結(jié)構(gòu)需求使得飛機(jī)本身的結(jié)構(gòu)重量明顯增加，包括大尺寸飛雷達(dá)罩、帶有彈射裝置的前起落架、大功率主起落架、大展弦比折疊機(jī)翼和攔阻裝置等。按照國外艦載飛機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)計(jì)算，不同體積和類型的艦載飛機(jī)需要增加的結(jié)構(gòu)重量約為500～1 800 kg，即艦載飛機(jī)需要更強(qiáng)的低速穩(wěn)定性和操控能力。

4.2折疊機(jī)翼設(shè)計(jì)約束

航空母艦雖然是排水量最大、內(nèi)部空間最充足的現(xiàn)代海軍戰(zhàn)艦，但是其飛行甲板、機(jī)庫和陸基機(jī)場相比，仍相去甚遠(yuǎn)。不能因?yàn)橥７趴臻g受限而影響艦載飛機(jī)的性能，故在艦載飛機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，必須采用結(jié)構(gòu)措施來減小飛機(jī)的占地面積，機(jī)翼折疊(如圖2所示)、升降等措施在設(shè)計(jì)之初被考慮應(yīng)用，但這些措施也會(huì)給艦載飛機(jī)的結(jié)構(gòu)造成一定的影響。

(a) 折疊形式

(b) 折疊連接處布置

起降場地限制了艦載飛機(jī)的最大尺寸規(guī)格，機(jī)翼是受尺寸限制的最大部件，按照航空母艦甲板尺寸進(jìn)行計(jì)算，因受到起降區(qū)飛行甲板寬度的限制，艦載飛機(jī)最大翼展不應(yīng)超過19 m，機(jī)翼折疊后的最大翼展最好不超過10 m。艦載預(yù)警/運(yùn)輸類飛機(jī)通常采用大展弦比直機(jī)翼，例如E-2C飛機(jī)的機(jī)翼采用空間內(nèi)斜向后向上的折疊形式。相比而言，機(jī)身長度并未受到太大的限制，但為了避免影響艦上運(yùn)動(dòng)并適應(yīng)升降機(jī)的尺寸，機(jī)身長度在正常情況下不超過25 m也是各國海軍相對(duì)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)機(jī)身高度也有一定的要求，設(shè)計(jì)時(shí)需考慮機(jī)庫的凈高度限制。

4.3起落架裝置設(shè)計(jì)約束

加長主起落架緩沖支柱的行程可以增加緩沖效果、減小飛機(jī)著艦時(shí)的沖擊力；加大主輪距可以防止飛機(jī)在起降和停放時(shí)遇到風(fēng)浪而發(fā)生側(cè)翻；前輪轉(zhuǎn)彎機(jī)構(gòu)使得飛機(jī)可以在小面積的甲板上被牽引和迅速將飛機(jī)移出著艦區(qū)；前起落架內(nèi)增設(shè)突升機(jī)構(gòu)，彈射時(shí)，使前起落架伸長，以保證飛機(jī)能以最佳的迎角起飛。

艦載飛機(jī)的起落架裝置在總體參數(shù)、起落架結(jié)構(gòu)及在飛機(jī)上的布置形式上，均與陸基飛機(jī)有著明顯的不同，加強(qiáng)后的起落架裝置如圖3所示。

(a) 側(cè)視圖

(b) 仰視圖

由于彈射起飛的緣故，艦載飛機(jī)的起落架裝置需要帶上滿足使用要求的、與艦上彈射器配套的彈射桿和牽制桿；其著艦下沉速度大，故對(duì)起落架緩沖器的要求也高于陸基飛機(jī)。艦載飛機(jī)著艦時(shí)，決定起落架結(jié)構(gòu)重量的主要參數(shù)是飛機(jī)的下沉量，在重量不變的前提下，大的下沉量會(huì)產(chǎn)生更高的撞擊力，該撞擊力主要由起落架的機(jī)輪、緩沖支柱以及起落架與機(jī)身、機(jī)翼的連接機(jī)構(gòu)等來負(fù)擔(dān)。飛機(jī)著艦時(shí)受到攔阻索的作用，前起落架、主起落架和尾鉤均要承受很大的沖擊力[7]。

4.4攔阻裝置設(shè)計(jì)約束

攔阻裝置是艦載飛機(jī)著艦時(shí)必備的裝置，通常設(shè)置在飛機(jī)后機(jī)身的加強(qiáng)框上，位于主起落架之后，如圖4所示。艦載飛機(jī)飛行時(shí)，攔阻鉤收起；著艦時(shí)，攔阻鉤放下，鉤住航空母艦甲板跑道上的攔阻索，攔阻鉤一旦鉤住攔阻索，飛機(jī)的速度便可在幾秒鐘內(nèi)銳減為0[8]。

(a) 收起狀態(tài)

(b) 放下狀態(tài)

航空母艦普遍使用液壓式攔阻系統(tǒng)，艦載飛機(jī)著艦時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的阻尼，要求飛機(jī)具有更強(qiáng)的機(jī)體結(jié)構(gòu)，故在機(jī)體后部下方設(shè)置攔阻鉤加強(qiáng)框，用于連接攔阻鉤，分散機(jī)體受到的沖擊力。例如E-2C飛機(jī)為了使機(jī)身后體的受力和傳力得到有效過渡，采用“Y”形攔阻鉤。

5艦載飛機(jī)座艙設(shè)計(jì)約束

艦載飛機(jī)著艦時(shí)，其下降速度很快，加之海洋環(huán)境惡劣，飛機(jī)的操縱、與指揮員之間交聯(lián)復(fù)雜，要求艦載飛機(jī)的飛行員對(duì)外觀察的視界清晰，確保飛行員能夠及時(shí)找到航空母艦編隊(duì)、準(zhǔn)確對(duì)正著艦區(qū)域。

美國海軍視場規(guī)范(FOV準(zhǔn)則)要求，飛機(jī)在離艦2 180、183 m高度時(shí)，以最小飛行速度平飛，當(dāng)截獲了4°的光學(xué)下滑軌道時(shí)，飛行員從設(shè)計(jì)眼位能夠看到航空母艦艦艉的吃水線(由于必須看到吃水線與艦艉的交點(diǎn)，限制了飛機(jī)機(jī)頭以上的視場)。艦載飛機(jī)著艦視界示意圖如圖5所示。

圖5　艦載飛機(jī)著艦視界示意圖

光學(xué)下滑軌跡起點(diǎn)(即航空母艦著艦引導(dǎo)裝置菲涅耳鏡所在點(diǎn))在艦艉前約152 m處，高于吃水線19.8 m[9]。飛機(jī)以要求的迎角進(jìn)場，如果飛機(jī)進(jìn)場時(shí)與航空母艦形成的幾何關(guān)系符合要求，則認(rèn)為滿足FOV準(zhǔn)則。

艦載飛機(jī)著艦下滑過程中對(duì)下滑跟蹤角和下滑軌跡有著嚴(yán)格的控制，艦載飛機(jī)進(jìn)近時(shí)，通常采用定常下滑角/迎角駕駛技術(shù)[10]，其著艦的下沉速度比陸基飛機(jī)大得多，易發(fā)生撞擊式著艦(即“硬著艦”)。為了在等角下滑著艦時(shí)，使飛行員能夠看見著艦航空母艦的吃水線，飛行員座椅參考點(diǎn)應(yīng)比陸基飛機(jī)高，使視野更開闊。

通常情況下，艦載飛機(jī)應(yīng)以8°的迎角下滑進(jìn)場，前下方的視場角大約需要15°～17°。考慮到艦載飛機(jī)的諸多視野需求，為保證飛行員有足夠的視界，設(shè)計(jì)艦載飛機(jī)時(shí)，通常采取下垂機(jī)頭、加高座艙等措施來實(shí)現(xiàn)上述角度要求[11]。

艦載飛機(jī)要滿足其座艙各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)(包括設(shè)計(jì)眼位、駕駛桿操縱點(diǎn)、腳蹬參數(shù)、座椅數(shù)據(jù)、彈射通道、儀表板和操縱臺(tái)參數(shù)等多個(gè)主交點(diǎn)參數(shù))[12]，還應(yīng)保證在規(guī)定的人體尺寸范圍內(nèi)，飛行員可高效、安全、舒適地操縱飛機(jī)，因此合理的座艙主交點(diǎn)參數(shù)設(shè)計(jì)是充分發(fā)揮艦載飛機(jī)整體效能的關(guān)鍵因素。

6特殊設(shè)計(jì)約束分析

艦載預(yù)警/運(yùn)輸類飛機(jī)的機(jī)/艦適配性、起降動(dòng)力、結(jié)構(gòu)、座艙等方面都有著比陸基飛機(jī)更苛刻的要求。航空母艦上飛機(jī)停放空間的局限性，要求艦載飛機(jī)的體積要小；航空母艦甲板上跑道的限制，要求艦載飛機(jī)的起降速度不能過大；彈射器、攔阻鉤的設(shè)置，要求艦載飛機(jī)應(yīng)進(jìn)行機(jī)體結(jié)構(gòu)局部加強(qiáng)設(shè)計(jì)；在海洋環(huán)境下進(jìn)行存放和使用，要求艦載飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)具有較大推力、良好的加速性、更強(qiáng)的抗過載和抗沖擊能力、大的喘振裕度、較高的可靠性、耐久性和可維護(hù)性。

艦載飛機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和動(dòng)力系統(tǒng)是其與陸基飛機(jī)相比最需要改進(jìn)的關(guān)鍵，艦載預(yù)警/運(yùn)輸類飛機(jī)的彈射起飛和攔阻著艦對(duì)飛機(jī)的外形、結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)和一些特殊裝置有主要影響，對(duì)其他設(shè)計(jì)因素有次要影響；此外，由于海上環(huán)境及航空母艦尺寸空間限制而產(chǎn)生的特殊要求，也是飛機(jī)總體設(shè)計(jì)初期需要考慮的關(guān)鍵約束。

縱觀目前世界各國的艦載預(yù)警/運(yùn)輸類飛機(jī)，尤其是美國E-2系列飛機(jī)，發(fā)現(xiàn)該類飛機(jī)在設(shè)計(jì)之初與艦載飛機(jī)有著大范圍的共通點(diǎn)，但艦載預(yù)警類飛機(jī)機(jī)身上部還配備有天線罩用來容納大尺寸的預(yù)警雷達(dá)天線及設(shè)備，除了與其他類型艦載飛機(jī)相同的設(shè)計(jì)約束之外，還應(yīng)考慮特殊的設(shè)計(jì)約束：

(1) 天線罩體很難設(shè)計(jì)成翼面形狀，其外形設(shè)計(jì)要滿足氣動(dòng)力要求，不能影響飛機(jī)性能，同時(shí)天線罩與飛機(jī)機(jī)身的距離要控制在不遮擋雷達(dá)波束的范圍之內(nèi)；

(2) 天線罩體與飛機(jī)垂尾之間的距離很近，氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮前方來流經(jīng)過大尺寸天線罩體產(chǎn)生的氣流分離和阻滯，保證飛機(jī)的航向穩(wěn)定性不受影響；

(3) 天線罩體內(nèi)有大量的電子設(shè)備，功率大小不一，頻段高低不同，飛機(jī)電磁兼容設(shè)計(jì)要綜合多種設(shè)計(jì)手段來完善。

7結(jié)束語

艦載飛機(jī)的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。艦載飛機(jī)通常具有機(jī)體尺寸小、設(shè)計(jì)難度大、結(jié)構(gòu)重量大、工藝要求高、制造成本高、機(jī)載系統(tǒng)復(fù)雜、綜合保障工作繁瑣等特點(diǎn)。與陸基飛機(jī)相比，艦載飛機(jī)設(shè)計(jì)的要求更加苛刻，因此，艦載飛機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用綜合設(shè)計(jì)手段，盡可能全面地考慮多方面影響因素，采用先進(jìn)系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)、輕型復(fù)合材料、一體化設(shè)計(jì)等手段來實(shí)現(xiàn)艦載飛機(jī)的完善設(shè)計(jì)，確保艦載飛機(jī)能夠更好的在未來海上戰(zhàn)爭中發(fā)揮強(qiáng)有力的戰(zhàn)略作用。

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王釗(1985-)，女，工程師。主要研究方向：飛機(jī)總體設(shè)計(jì)。

何紅妮(1984-)，女，碩士，工程師。主要研究方向：飛機(jī)總體設(shè)計(jì)。

(編輯：馬文靜)

Analysis of Constraints in Conceptual Design of Carrier-based Aircraft

Wang Zhao, He Hongni

(The First Aircraft Institute, Aviation Industry Corporation of China, Xi’an 710089, China)

Abstract:The carrier-based plane is a special aircraft, which is the main component of the carrier. The design of the carrier-based aircraft is more difficult than that of land-based aircraft. In addition to meet the land-based aircraft design requirements, the special way of landing and the use of the environment, unique structural/mechanism design features, etc. must be considered. The constraints of carrier-based aircraft on the cockpit design, adaptation, power plant and structure are analyzed and summarized. This paper can be provided as the design reference for the conceptual design of carrier-based aircraft.

Key words:carrier-based aircraft; support; conceptual design; constraint; cockpit; structure

作者簡介：

中圖分類號(hào)：V271.4+92

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.16615/j.cnki.1674-8190.2016.01.001

文章編號(hào):1674-8190(2016)01-001-06

通信作者：王釗,187055026@qq.com

收稿日期：2015-11-17；修回日期：2016-01-21