空空导弹与航空母舰和舰载机适配性研究

摘 要：航空母舰是空空导弹的贮存转运平台， 舰载机是空空导弹的挂飞发射平台， 在作战使用过程中三者密切相关、 相互影响， 因此必须开展空空导弹与航空母舰、 舰载机的适配性研究， 以保证空空导弹的上舰安全、 可靠使用、 减少保障流程时间、 持续高效火力打击的作战使用需求。 本文结合对机弹和舰弹适配性的理解， 从作战环境适配性、 保障适配性和安全适配性等三个方面梳理了空空导弹上舰面临的影响因素， 提出了舰弹适配性设计要求。

关键词：适配性； 空空导弹； 舰载机； 航空母舰； 安全性； 腐蚀防护与控制； 综合保障

中图分类号：  TJ760文献标识码：A文章编号： 1673-5048（2023）03-0122-07

DOI： 10.12132/ISSN.1673-5048.2022.0192

0 引言

在航空母舰防空作战体系中， 空空导弹、 航空母舰、 舰载机三者之间紧密相关， 航空母舰是空空导弹的贮存转运平台， 舰载机是空空导弹的挂飞发射平台， 因此充分有效地利用航空母舰和舰载机平台资源， 是空空导弹高效可靠地遂行火力打击使命任务的关键。

空空导弹与航空母舰、 舰载机适配性研究是保证空空导弹上舰安全可靠使用、 减少保障流程时间、 持续高效火力打击的关键技术， 是在防空体系作战需求、 航空母舰/舰载机平台各种约束和空空导弹作战效能中统筹优化权衡的过程， 适配性研究包含机弹适配性、 舰机适配性、 舰弹适配性三个方面。

舰机适配性设计随着航空母舰平台和舰载机的研制而发展， 已在多方面取得了研究结果［1-5］。

机弹适配性也就是机弹相容性。 空空导弹与陆基飞机的机弹相容性研究已较为充分， 因此空空导弹与舰载机的相容性重点是考虑上舰引起的增量变化。

国内从多方面对机载导弹上舰进行了研究。 文献［6］分析了机载导弹上舰带来的机械、 电磁、 气候、 安全和保障等因素影响， 提出了机载导弹上舰应满足的具体要求。 文献［7］探讨了空空导弹上舰维修体制， 综合考虑航空母舰维修空间、 维修环境、 维修时间、 维修安全性， 以及导弹自身维修技术复杂性， 建议空空导弹在航空母舰上以预防性维修为主， 一般不进行修复性维修。 文献［8］建立了导弹消耗预测模型， 为战时航空母舰导弹消耗预测提供一种新思路和新方法。 文献［9］分析了航空母舰作战体系对空空导弹上舰数量需求， 提出数量与转运能力适配， 为航空母舰弹药库设计、 作业管理和后勤保障提供了支撑。 文献［10］研究了弹药贮运保障作业， 提出了采用自动化设备、 优化包装、 优化舱室布局等措施以提高使用效率。 文献［11］讨论了空空导弹弹体结构在海洋高温、 高湿、 高盐雾、 强辐射环境中的腐蚀防护相关问题， 提出了具体腐蚀防护措施。

本文结合空空导弹在航空母舰上的使用剖面， 梳理了机弹适配性、 舰弹适配性研究内容， 分析了空空导弹上舰面临的自然、 动力、 电磁等环境影响因素， 提出了具体的设计要求， 以及机弹适配性、 舰弹适配性设计的关键问题。

1 空空导弹上舰作业流程

弹药贮运是舰载机循环保障作业中最复杂的环节， 其贮运过程在舰载机着舰之前的很长一段时间就已经开始了， 弹药贮运是影响舰载机出动架次率的最大瓶颈［9］。 为开展机弹适配性、 舰弹适配性研究， 应分析空空导弹上舰作业流程。

空空导弹上舰作业流程主要包括补给、 贮存、 开/关箱、 装配、 转运、 测试、 挂卸、 起降等， 需要足量人员和设备、 安全场所和油水电气资源提供各种保障。

空空导弹上舰补给方式包括码头吊装补给、 直升机垂直补给和补给舰横向补给。 垂直补给时直升机将空空导弹放置在飞行甲板上； 空空导弹随飞行甲板转运车通过垂直和水平转运通道， 进入弹药库堆码贮存； 根据预防性维修周期适时开箱/不开箱对导弹进行定检； 空空导弹开箱转运至特定场所并按需装配舵面， 通过升降机运送至飞行甲板； 在舰面转运至停机位并完成挂弹， 挂机值班并定期进行预防性维修； 舰载机带弹降落后可卸弹转运入库。

空空导弹上舰主要使用流程如图1所示。

2 空空导弹与舰载机适配性

空空导弹与飞机（含舰载机）适配性也就是相容性， 在GJB/Z5-88飞机/悬挂物相容性指南（对应美标MIL-HDBK-244）中定义为二者之间的共存能力， 即空空导弹挂机后， 在预期要经受的各种飞行和地面条件下， 相互之间在气动、 结构、 电气或功能特性上不允许出现不可接受的影响。

国内外学者对空空导弹与飞机适配性进行了较为充分的研究， 并制定了相应的机械和电气接口标准， 制定了鉴定程序和方法。 GJB1C-2006规定了机载悬挂物和悬挂装置接合部位的通用设计准则（对应美标MIL-A-8591H）； GJB1188A-1999规定了飞机/悬挂物电气连接系统接口要求（对应美标MIL-STD-1760D）； GJB479-1988规定了机载悬挂物的地面适配及相容性试验程序（对应美标AIR STD 20/21）； GJB1475-1992规定了飞机/悬挂物鉴定程序和方法（对应美标MIL-STD-1763）， 包括弹射起飞和拦阻着舰舰载适应性试验。

国内空空导弹与舰载机适配性研究重点在上舰带来的环境增量影响， 空空导弹与舰载机适配性主要考虑以下几个方面：

（1） 在昼夜舰面倾斜摇摆等运动环境中， 舰载机各挂点应能方便可靠地挂卸空空导弹， 不能存在结构干涉或卡滞；

（2） 在舰载机起飞和着舰时， 空空导弹应能承受相应的冲击载荷， 并在寿命周期内保证全弹功能、 性能正常；

（3） 在随舰载机挂飞时， 空空导弹应能承受严酷挂飞载荷， 且其不应对舰载机操稳特性等产生不可接受影响；

（4） 在空空导弹发射时， 空空导弹应能快速安全可靠地与舰载机分离， 其发动机尾烟、 尾焰、 堵盖不能危及舰载机飞行安全;

（5） 在挂机时， 空空导弹应能适应舰载机各种振动、 电磁、 热等环境。

通过设计分析、 仿真、 地面试验、 飞行试验等手段对上述各方面进行充分验证， 即可给出空空导弹与舰载机的适配性结论。

3 空空导弹与航空母舰适配性

与传统的陆基空空导弹相比， 舰基空空导弹最显著的特点就是融入航空母舰防空体系， 在海上复杂自然环境和电磁作战环境下安全、 可靠、 高效地执行拦截打击任务。 海战场与陆战场的作战体系、 作战使用和作战环境的差异， 必然导致海军与陆基空空导弹作战需求的不同， 如拦截掠海飞行目标体系贡献率［12］等。 空空导弹需针对这些差异性开展舰弹适配性顶层设计， 主要包括作战环境适配性、 综合保障适配性和使用安全适配性。

舰弹适配性是在全寿命全流程工作剖面中， 空空导弹充分有效地利用航空母舰的特性、 设施和装备完成作战使命， 航空母舰弹药贮运保障系统协同空空导弹完成贮运作业的能力。 舰弹适配性研究最终目的是在上舰自然、 动力和电磁环境下， 实现空空导弹的安全、 可靠、 高效保障， 减少弹药保障时间， 提高舰载机出动架次， 完成火力打击任务。

3.1 作战环境适配性

空空导弹上舰的作战环境包括自然环境、 动力环境和电磁环境。

与筒式发射舰空导弹“长期贮存、 一次使用” 的特点不同， 舰基空空导弹经常挂机值班， 考虑寿命均衡使用等因素， 具有贮存与挂机使用转换的特点， 甚至是陆基与舰基间的转换， 其服役环境具有典型的海洋性气候环境和工业大气环境特点， 具体表现为高温、 高湿、 高盐雾、 强太阳辐射和舰载机排放SO2气体导致的强酸性［13-14］（美国航空母舰上实测pH值约为2.4～4.0）， 这些因素综合作用下大幅增加导弹金属件腐蚀、 非金属件老化、 运动件失效和密封失效等风险， 对导弹的寿命及可靠性提出了严峻考验， 弹体表面在海洋自然环境腐蚀情况见图2。

空空导弹上舰还要适应海上舰船振动、 颠震和倾斜摇摆的动力环境， 要适应拦阻着舰等带来的拦阻冲击环境， 并适应挂飞值班带来的温度冲击、 呼吸效应等环境。

航空母舰舰岛上装备大量的大功率、 多波段雷达和通信等强辐射设备， 频段宽、场强高［15］， 若导弹出现电磁兼容故障， 轻则导致导引头失灵、 通信卡滞等故障， 重则导致误发射、 人员伤亡［16］。

舰基空空导弹面临着高温、 高湿、 高盐雾、 强太阳辐射、 强电磁干扰和强酸性的“三高三强”多因素综合作用的作战环境， 诱发的腐蚀、 电磁等因素可能降低导弹的可靠性， 需依据舰载环境对舰基空空导弹开展针对性设计， 提升其适海性， 并注重解决以下问题。

（1） 全寿命周期腐蚀防护与控制顶层设计。 在研制初始阶段就开始全过程考虑设计、 制造、 使用、 维护、 维修等环节的腐蚀防护与控制， 根据舰基空空导弹全寿命使用剖面， 综合考虑贮运挂飞使用环境， 建立全寿命周期使用环境谱， 并制定典型结构加速腐蚀环境谱， 以此作为全弹腐蚀防护与控制的顶层设计输入；

（2） 加强海洋和舰面环境数据研究。 采集各大洋自然环境数据， 开展舰面上环境数据实测工作， 包括舰面整体环境和航空装备所在区域的局部环境数据、 分析各航空装备的实际使用情况得到的环境效应数据、 航空装备使用中因环境引起的故障数据等， 并综合各种数据制定多应力耦合环境试验验证方法、 考核要求；

（3） 系统策划环境腐蚀验证试验。 在试验室环境以样件验证单因素环境影响， 在真实海洋环境验证多因素耦合环境影响。 结合典型材料、 工艺及腐蚀防护状态， 制定腐蚀维护维修方法， 编制腐蚀控制手册， 有效指导地勤人员开展腐蚀防护工作。

3.2 综合保障适配性

舰、 机、 弹三者之间存在大量的机械、 电气等接口， 需要开展综合保障适配性研究与设计， 以提高保障效率。

舰基空空导弹保障工作特点是在运动平台上的有限时空综合保障， 即在有限时间、 有限空间、 有限资源条件下的工作， 具备复杂程度高、 安全性要求高、 时间要求快等特点， 是影响出动架次率的主要因素之一［17］。

针对航空母舰上有限时间、 有限空间、 动态环境等作业特点， 为提高保障效率， 舰基空空导弹应注重以下关键设计。

（1） 从导弹保障到航空母舰体系保障顶层设计。 体系保障顶层设计包含两个维度， 一是各型导弹横向维度：梳理合并各型航空弹药保障设备功能需求， 按照通用化、 便携式协同设计思路， 改进或研制通用便携式技术支援设备， 减少设备种类， 如美国PMA260工程［15］， 同时兼顾岸舰通用。 二是舰-机-弹纵向维度， 弹药保障覆盖了舰、 机、 弹和人员、 设备、 资源等众多作业流程， 单一优化舰基空空导弹保障能力， 很难提高舰载机出动架次率。 美国福特级航空母舰调整了武器升降机位置， 提高了弹药转运走廊效率， 建立多个一站式保障站位， 大幅提高了弹药转运保障能力， 如图3所示。

（2） 导弹综合保障设计。 从战斗时期与和平时期两种状态考虑不同综合保障设计， 导弹保障特性优劣是能否实现有限时空保障的基础， 包括舰上可靠性、 维修性和测试性等设计。 如开展测试性分析与设计， 在保证可用性前提下， 尽量减少各型弹药测试附属件的种类和数量， 降低保障难度， 甚至需要开展免维护设计。 美国海军导弹在长期贮存后不测试即可使用， 实际经验表明频繁测试会增加故障出现的概率， 甚至会损耗产品寿命。

（3） 进行充分的陆上模拟试验。 对于舰-机-弹复杂保障系统， 陆上模拟试验是检验导弹综合保障设计的有效方法。 在导弹研制各阶段， 舰弹应进行充分协调， 对舰弹适配性、 舰机适配性进行验证， 目的是给出空空导弹与航空母舰弹药贮运保障系统适配性、 导弹与舰载机挂卸是否能满足空空导弹系统总体设计要求。 陆上模拟试验是适配性设计的重要手段， 也是发现问题、 提高适配性设计的重要环节。