技术推动美海军舰载机及训练方式变革 2021-08-24 

  



基于T-7A的海军版本CG图。


模拟训练是T-7A训练系统中的主力部分。


ATARI使得LSO可以直接控制舰载机着舰。


美国海军飞行员培养通道,T-45教练机是主力机型。


右侧T-45在进行触舰复飞训练。

何晓骁
  8月10日,英国简氏信息集团报道称,截至当时已有波音、莱昂纳多和洛克希德·马丁共三家公司的产品将竞争用于替换波音公司T-45“苍鹰”教练机的美海军飞行员喷气机训练系统(UJTS)计划,该计划是美海军为变革飞行员培养模式。
  波音公司透露,将以T-7A“红鹰”教练机为基础参与竞争,其海军型可能称为T-7B。与T-7A相比,可能增加内油容量,同时翼尖可以选择挂AIM-9X导弹或ACMI吊舱,或增加内埋式红外搜索和跟踪系统(IRST)、外挂电子战吊舱以执行假想敌任务。座舱显控可重新配置以模仿F/A-18E/F Block III或F-35。洛马公司则表示,将在韩国航空航天工业公司(KAI)的支持下以T-50A飞机参与竞标,尚不清楚海军版本的T-50A将进行哪些更改。莱昂纳多公司已在8月初公开宣布有意以M-346教练机参与竞标。
  对下一代需求的描述
目前,海军和海军陆战队总共有大约190多架T-45在役,其中部分机龄已超过30年,急需替换机型。海军原本计划在2018年将退役全部T-45,但在五年前又决定将部分状态较好飞机使用寿命延长到2042年。T-45目前用于高级飞行员培训,近些年随着装备完好率的下降,引发了海军对每年能否训练足够数量飞行员的担忧。T-45是以英国1991年推出的陆基“鹰式”教练机为基础改装上舰的,没考虑具备必要的操纵特性以使进近更容易。据飞行员描述,T-45在进近时动力不足,会发生抖动,对新飞行员具有挑战性。
  美海军正在计划采购全新的喷气教练机,以帮助海军全面改革舰载机飞行员的训练方式。2020年5月,海军航空司令部(NAVAIR)启动了飞行学员喷气机训练系统(UJTS)招标,正在寻求购买现有的陆基型教练机,以在2028年之前替换其现役的T-45教练机。需求文件表示,新教练机将只用于进行陆基模拟着舰练习(FCLP)和在航母上进行触舰复飞(Touch and Go)训练,不需要像T-45及其更早型号那样能够全停着舰和弹射起飞。预计每架UJTS飞机每年飞行400小时,完成大约1200次FCLP着陆,以及在航母上进行不少于45次触舰复飞。
  UJTS的最终决定尚未作出,但真购买一种不能从航母上着陆或起飞的陆基教练机的提议将是海军训练战斗机飞行员的方式的重大转变。目前的舰载机训练过程被视为“航母圈”的一种荣誉和文化。在舰载机飞行员获得飞行证章之前,他们要完成单飞着舰。在这个过程中获得的信心是不可估量的,成败完全取决于个人能力。
  陆基教练机如果加入海军序列,或许将为现代舰载航空兵使用高级训练机的方式树立新的基准,并将为美海军航空兵带来一个更加高效的时代。E-2C/D、C-2A、F-18E/F、F-35、EA-18G、AV-8B的训练管道都需要使用到T-45完成着舰。这是T-45航母资格(CQ)认证过程的一部分。由于从一开始就强调舰载飞行,舰载机飞行员很少使用标准的五边飞行。如果仍然需要UJTS满足沿用现有训练任务的能力要求,包括支持T-45综合多用途飞行员训练系统(即CNATRAINST 1542.167B)和高级攻击战斗机飞行学员训练系统大纲(即CNATRAINST 1542.164A),可能需要美海军删除大纲中涉及到获得航母资质(CQ)的内容。对于EA-18G、F/A-18E/ F和F-35C飞行员来说,未来他们的第一次着舰体验将出现在他们所属战斗机里。海军已经在其C-2舰载运输机和E-2舰载预警机上做了大致类似的事情。注定要驾驶这些飞机的准飞行员在T-44上进行大部分训练,T-44是比奇空中国王的一种变体,采用并列双座,不具备着舰能力。
  呼声最高的T-7A
从美海军高级教练机的采购需求看,其对波音有一定的倾向性,毕竟波音在美海军航空装备体系中一直占有一席之地。波音作为海军的铁哥们,非常了解航母运行环境,生产了T-45、F/A-18E/ F、EA-18G以及MQ-25,其可能在给空军研制T-7A的同时也主动谋划了海军的使用需求。不管是全停着舰还是触舰复飞,对起落架的设计都要严格研究,结构强度需要满足以较高下降率接地。相比于其他国家的教练机,T-7A的起落架设计看起来比较粗壮、结实,可能不需要改进设计就可以适应部分舰载机训练科目。
  需求文件中提到购买符合海军规格的现有陆基设计,无需对其进行承受弹射器和拦阻着陆冲击力的修改,一个明显的选择是购买美空军新型T-7A的另一个版本。尽管研制过程中出了一些问题,毕竟小批生产已开始,可以为海军提供一条低成本、低风险的途径来采购新的高级教练机。
  作为未来计划的一部分,海军正在研究新的高级教练机如何发展成其他角色。除了舰载领域的独特性,与美空军T-7A的潜在用途相似,可以在海军航空领域担任多个角色,而不仅仅是训练全新的飞行员。值得注意的是,美空军从一开始就着眼于其新的波音T-7A教练机用于假想敌训练。
  着舰新技术促进变革
到目前为止,美海军飞行员一直被要求以人工方式着舰,这对技能熟练和个人能力的要求很高,几乎没有出错的余地。飞行员需要熟练的油门和操纵杆配合,才能精确地将飞机稳定下滑到甲板,以便抓住其中一根拦阻锁。技术进步意味着海军在航母上的整体作战方式可能会发生前所未有的变化。海军正在大力投资开发和部署各种技术,以帮助实现航母着陆的自动化。本质上说,改变舰载飞行员培训方式的不是下一代教练机,而是其着舰技术的进步。美海军的着舰技术大体分为三种:一是机上辅助,二是仪表着陆、三是舰上接管。
  1.机上辅助更优化
  F / A - 1 8 E / F和EA-18G新飞行控制软件的出现简化了着舰的工作量,其被称为“魔毯”或精确着陆模式(PLM),旨在让飞行员的着舰过程更容易和更可预测。在F-35C飞机上称为飞行轨迹控制(Delta Flight Path, DFP),将直接升力控制集成到油门中,减少飞行员在进近时需要的修正次数。
  PLM是自动驾驶仪的一种模式,增强了飞行控制逻辑,让降落在运动甲板的下滑过程更加平滑。使用PLM或DFP在船上着陆更容易,但不是自动着陆。这项技术的工作原理是飞行员手动输入船速,驾驶舱中的平视显示器上速度矢量符会计算手动输入后的船舶参考速度矢量,然后PLM自动计算合适的3.5度下滑安全着陆。飞行员需要将速度矢量符保持在甲板上,PLM会通过管理油门推力并保持该轨迹,通过调节襟翼获得直接升力控制,这可以微调在航母着陆的区域。在使用PLM时,飞行员仍然参考航母甲板上的传统多色光学着陆系统,要求看到来自多色光学着陆系统的灯光,显示飞行员在正确的进场路径上或如何纠正他们的进场路径,并使用操作杆来确保飞机居中。
  总体上来看,前线战斗机已经比T-45这种专用教练机更适合开展着舰训练。海军的两个“超级大黄蜂”舰队替换中队(FRS)已经通过航母资格认证(CQ),新飞行员使用PLM而不需要他们手动驾驶着舰。研究表明,以前F/A-18E/F飞行员在着陆的最后18秒内,进行了多达300次的航向修正。有了PLM,即使是没有经验的新飞行员也将这一数字降到了20次左右。
  数据显示,自PLM引入以来,新飞行员考试通过率显著上升。这标志着围绕训练飞行员的整体方式发生了翻天覆地的变化,也意味着海军将不再在航母飞行员训练的整个过程中如此高度重视手动飞行方式。
  2.仪表着陆更精确除了新的飞行控制软件外,海军飞机还可以利用仪表航母着陆系统(ICLS)和自动航母着陆系统(ACLS)来帮助舰载机安全回收,特别是在恶劣天气下。ICLS作为一种精密仪表进近系统,原理上和已被广泛用于民航机场的ILS 一样,它能在气象条件恶劣以及低能见度条件下为飞行员提供引导信息,通常由一个甚高频(VHF)航向信标台、一个特高频(UHF)下滑信标台和几个甚高频(VHF)指点标组成。航向信标台给出与跑道中心线对准的航向面,下滑信标给出下滑面,这两个面的交线即是仪表着陆系统给出的飞机进近着陆的准确路线。
  而ACLS使用航母上专用雷达提供航向修正信息,但据报道,它缺乏在所有情况下单独工作所需的精度。理论上,ACLS是一种全自动系统,但不涉及航母上的着舰引导员远程直接操作飞机。事实上,许多ACLS指引下的着舰仍然需要飞行员控制并在着陆前做最后的调整,占比大约20%到40%。
  为解决ACLS修正精度的问题,美海军从2019年开始提出用更精确的联合精密进近着陆系统(JPALS)取代ICLS和ACLS。JPALS由雷神公司研制,是一种基于GPS的飞机着陆系统,于2008年开始开发,将部署在两栖攻击舰和航空母舰上。JPALS与舰载空中交通管制和着陆系统架构相结合,可适应复杂天气和海面状况。美海军于2021年5月宣布了JPALS的初始作战能力,表明该系统已准备好为舰载机提供精确进近和着陆引导能力。
  3.舰上接管更保险2018年3月,“林肯”号上的着陆信号官利用阿塔里号(ATARI)通过标准回收程序,使用一种称为“飞机终端进近遥控接收器”(aircraft Terminal Approach Remote Inceptor,简称ATARI)的专用系统,远程控制了一架VX-23空中测试和评估中队的F/A-18。NAVAIR于2016年首次开始在陆地上使用改装过的里尔喷气测试该系统,然后于次年在VX-23的一些F/A-18上安装必要的设备。
  尽管飞机里面有一名飞行员,但在此过程中完全处于着陆信号官(LSO)的控制之下,LSO使用小操纵杆控制器来引导重达40000磅(约合18吨)的飞机,这就像在玩模拟飞行游戏一样。ATARI系统可以控制最远5英里(8千米)外的进近飞机,允许飞行员在紧急情况下安全地将飞机降落在航母甲板上,或者作为无人机机载着陆系统的补充。最终目标为其所有固定翼飞机提供相同的功能,可用于飞行中出现紧急情况或恶劣天气时着舰使用,并且还可以作为未来回收无人驾驶飞机的一种方法。海军目前没有任何批产的舰载无人机,但诸如MQ-25无人加油机等许多计划投入生产。ATARI仍然可以为JPALS提供重要的备份系统,该系统不替代手动着陆的飞行员,而是作为紧急备份。
  嵌入式训练的辅助
除了重新评估T-45教学大纲中的航母资格部分,美海军正在对飞行员培训计划的核心要素进行全面检查。主要在在基础训练方面“宽进宽出”,部分原因是需要缩短培训时间,将重心转到任务训练上。这不仅将缩短训练时间,而且还将大大减轻已经任务过重的航母的负担,特别是为了支持海军航空训练司令部的活动。海军不再享受拥有一艘专门训练航母,必须要求使用现役的作战舰队舰艇。在未来几年中,航母总数还可能进一步减少,这使得着舰训练更加困难。
  “复仇者计划”2020年启动,它的名字是为了向美国海军在二战最高峰时期培训35000名新飞行员的速度致敬。“复仇者计划”以第二次世界大战中赫赫有名的格鲁门“复仇者”鱼雷轰炸机命名,是关于一种新的仿真训练理念,利用新技术让新的飞行员在18个月内完成T-45的训练内容。
  虚拟现实部分任务训练系统的使用首先在T-6B中推出,海军希望在随后的高级教练机训练大纲中重复这一点。随着高保真飞行模拟器的大量使用和即将到来的UJTS,将成为海军转变长期训练程序的催化剂。UJTS将致力于解决对高级训练的需求,嵌入式、合成训练是一个至关重要的组成部分。高级教练机中嵌入的先进技术将可能为训练新舰载飞行员提供一个更全面的解决方案,该解决方案将大量使用模拟器。新教练机的飞行控制软件甚至可以包括一个类似于DFP或PLM的系统,为飞行员在训练中队和中队之间提供更高效的过渡。只要新飞行员学会了基础知识,在模拟器上花了大量的时间,熟练掌握高下沉率FCLP方法,他们就会毕业,然后去各自的中队学习如何驾驶作战飞机。
  小结航母及舰载机是一种典型的远域进攻装备,符合美国的国家战略需求。美军主动设计战争的思想,便于其推算出在什么时候需要多少舰载机和飞行员。其它国家要不要这么多舰载机?要不要吸收借鉴美海军的培养模式值得仔细思考。
  关于技术创新,需要对现有业务精通,有较为成熟的运营经验,才能针对性创新,使创新可以落地,切不可空手套白狼式的创新。近年来,海军严重缺乏飞行员,像ATARI这样的系统可以帮助减轻成为舰载飞行员的门槛。PLM等技术的出现,正引导海军在训练新飞行员的方式上,朝着其最大的潜在变革之一迈进。飞控方面的新技术已在战斗机上推广应用,让现役的最专业的T-45教练机已不知不觉变成了最难着舰的飞机。美国经过多年的航母运营实践,综合权衡后或许将放弃专用舰载教练机,转而采购现有的陆基教练机。
  从舰载机飞行员视角看,最大的转变可能是首次着舰不再是用教练机完成了。取消UJTS训练阶段的航母资格要求,甚至不包括FCLP,将避免对UJTS进行重大改装以使其具备航母能力的需要,在现有已经被广泛使用和生产的机型的基础上,建造海军版本要比从头开始的成本低得多。现在看来,波音似乎正处于提供这种飞机的最佳位置,其设计T-7A时,至少考虑到未来可能需要海军版本,展示了波音在总体论证和需求捕获方面的能力。