金嘉琦， 高雪， 戚基艷

（沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110870）

0 引言

艦載機(jī)負(fù)擔(dān)著防空、襲岸、偵探、電子作戰(zhàn)等多種空中指揮戰(zhàn)斗的使命，是包括不同種形式艦上起落艦載機(jī)的結(jié)合和統(tǒng)稱(chēng)，現(xiàn)已變成航母作戰(zhàn)編隊(duì)攻防體系的主導(dǎo)[1]。艦載機(jī)調(diào)運(yùn)作業(yè)需與艦載機(jī)牽引車(chē)協(xié)作，不是起飛狀況下的艦載機(jī)不論在航母艦面甲板上的挪動(dòng)，或是在出入機(jī)庫(kù)都需要依賴(lài)牽引車(chē)的牽扯或者頂推來(lái)完成。在多種海況的特殊環(huán)境下，需依靠其自身能力，應(yīng)對(duì)種類(lèi)不同艦載機(jī)的調(diào)運(yùn)作業(yè)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)艦載機(jī)的移動(dòng)和停放[2]。這些非常規(guī)的作業(yè)條件和使用環(huán)境等要素，決定了艦用牽引車(chē)特有的性質(zhì)。

1 艦載機(jī)牽引車(chē)的必要性

航空母艦現(xiàn)已成為海軍必不可少的武器同時(shí)也是海上作戰(zhàn)最關(guān)鍵的構(gòu)成部分。憑借著航母，一個(gè)國(guó)家就能夠在闊別其領(lǐng)土、在不依賴(lài)當(dāng)?shù)貦C(jī)場(chǎng)的情形下實(shí)施軍事作戰(zhàn)。直到目前，航母已象征著一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)力。

在實(shí)訓(xùn)、作戰(zhàn)等條件下，航母上的艦載機(jī)的位置經(jīng)常隨著艦載機(jī)的騰飛、下降及其在庫(kù)里與板面上種種勤務(wù)保障作業(yè)產(chǎn)生著不斷變化，而且多半操作要在隨風(fēng)浪搖晃的甲板上實(shí)施，因此危險(xiǎn)系數(shù)很大，那么如何才能夠更安全、正確地使艦載機(jī)迅速轉(zhuǎn)移，以滿(mǎn)足調(diào)度的需求，是一個(gè)至關(guān)重要的課題。

由于航母艦載機(jī)停放密度大、空間有限、通道狹窄以及海況情況多變等因素，使其作業(yè)環(huán)境變得更復(fù)雜，對(duì)牽引車(chē)自身也有更高、更特殊化的要求：1）構(gòu)造緊湊，持有較小的輪廓尺寸，轉(zhuǎn)彎半徑小，作業(yè)更加靈便。同時(shí)，車(chē)身高度的矮小也是控制整車(chē)重心高度以達(dá)到對(duì)其穩(wěn)定性的需求。2）制動(dòng)力與牽引力應(yīng)不小于拖拉相同輕重機(jī)場(chǎng)飛機(jī)的牽引車(chē)。因?yàn)闄C(jī)場(chǎng)的跑道和滑行道的坡度較小，而航母甲板和機(jī)庫(kù)里會(huì)碰到作業(yè)面的坡度要大且在不停發(fā)生著改變。艦載機(jī)牽引車(chē)就必須具備更大的牽引力儲(chǔ)存才能支配飛機(jī)按照指定的路線(xiàn)平穩(wěn)挪動(dòng)并精準(zhǔn)地制動(dòng)到位。3）因?yàn)榕炆峡臻g有限，需用盡可能少的車(chē)型和車(chē)輛的數(shù)目來(lái)滿(mǎn)足相對(duì)較多的艦載作業(yè)和勤務(wù)需求，在關(guān)鍵時(shí)刻不同車(chē)輛零配件能夠相互替代通用和補(bǔ)償?shù)哪芰Α?）滿(mǎn)足對(duì)艦載設(shè)施的防爆、防腐蝕性能等的特殊需求。5）要求可使用性、可靠性和可維修性較高。

盡管它在許多的方面有其特殊的需求，但從研發(fā)的角度考慮，艦載機(jī)牽引車(chē)對(duì)比機(jī)場(chǎng)牽引車(chē)存在一些有利的條件主要有：1）對(duì)艦載航空器的重量有要求，大多不允許超過(guò)35~40 t，機(jī)種也有一定限制，因其參數(shù)與性能所需的涵蓋面小，較易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和通用化；2）牽引作業(yè)時(shí)需工作的行程短、行駛空載速度慢、甲板平坦，擁有良好的摩擦特性，也有助于減小發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命；3）通常不需要裝配駕駛室，也沒(méi)有載人、載物以及運(yùn)物的特殊需求，這樣也利于減小其設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸并簡(jiǎn)化非工作的結(jié)構(gòu)部件[3-4]。

2 艦載機(jī)牽引車(chē)分類(lèi)

牽引車(chē)依照和艦載機(jī)的牽引方式，分為有桿牽引和無(wú)桿牽引兩大類(lèi)[5]。

有桿牽引車(chē)是通過(guò)牽引桿將艦載機(jī)與牽引車(chē)連接到一起，牽引車(chē)的牽引與頂推作用都是需要經(jīng)過(guò)牽引桿傳交給艦載機(jī)。牽引桿獨(dú)立于艦載機(jī)和牽引車(chē)，并且在連接工作時(shí)，需要至少一人專(zhuān)門(mén)擔(dān)負(fù)牽引桿的連接工作，一般是將牽引桿掛到艦載機(jī)的前起落架上，牽引時(shí)經(jīng)過(guò)牽引桿傳遞牽引力，并通過(guò)牽引桿控制飛機(jī)的方向。這類(lèi)牽引方式在國(guó)內(nèi)較為普遍。

無(wú)桿牽引車(chē)則取消了與艦載機(jī)連接的中間環(huán)節(jié)——牽引桿，是將牽引桿及擔(dān)負(fù)牽引桿連接的人的作用集合到牽引車(chē)的聯(lián)機(jī)裝置——夾持舉升機(jī)構(gòu)上[6]。

有桿牽引車(chē)能夠牽引載荷使傳遞直接，整體占地大，轉(zhuǎn)彎半徑也大，工作速度較慢，穩(wěn)定性強(qiáng)。而無(wú)桿牽引車(chē)的液壓夾持-舉升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，維修困難，自身空間小，轉(zhuǎn)彎半徑較小，僅為有桿牽引的半徑一半不到，行動(dòng)更敏捷，速度較高[7]。如圖1所示，代表了兩種類(lèi)型艦載機(jī)的牽引車(chē)和艦載機(jī)間的作用聯(lián)系。

圖1 艦載機(jī)牽引車(chē)和艦載機(jī)間的作用聯(lián)系

3 國(guó)內(nèi)外艦載機(jī)牽引車(chē)的發(fā)展現(xiàn)況

3.1 國(guó)外艦載機(jī)牽引車(chē)發(fā)展

國(guó)外20世紀(jì)70年代就已經(jīng)設(shè)計(jì)出無(wú)桿式飛機(jī)牽引車(chē)，特別是用在航母、機(jī)庫(kù)、機(jī)場(chǎng)等有限的空間場(chǎng)所，供距離短、速度低的調(diào)用飛機(jī)。20世紀(jì)80年代后生產(chǎn)了巨型全功能無(wú)桿式牽引車(chē)，在作業(yè)效率、安全性能等方面取得了較好的成效，經(jīng)濟(jì)收益顯著，吸引了民航的廣泛關(guān)注，在歐美地區(qū)的應(yīng)用也日益普及[8]。

美國(guó)海軍采用牽引車(chē)主要是A/S32A-31A型有桿牽引車(chē)，機(jī)庫(kù)里則多是A/S32A-32型無(wú)桿牽引車(chē)。如圖2所示，A/S32A-31A型有桿牽引車(chē)是一種車(chē)身呈扁平造型的矮車(chē)身牽引車(chē)，最大牽引力37.8 kN，牽引能力幾乎覆蓋了美國(guó)海軍現(xiàn)有的主要艦載機(jī)和直升飛機(jī)。如圖3所示，A/S32A-32型無(wú)桿牽引車(chē)最大牽引力62.2 kN，最大舉升力71.1 kN，最高牽引速度3.2 km/h。

圖2 美海軍A/S32A-31A型有桿牽引車(chē)

圖3 美海軍A/S32A-32型無(wú)桿牽引車(chē)

3.2 國(guó)內(nèi)艦載機(jī)牽引車(chē)發(fā)展

我國(guó)軍用艦載機(jī)牽引車(chē)的研發(fā)開(kāi)始是在20世紀(jì)80年代，第一款有桿牽引車(chē)于1992年生產(chǎn)，作為我軍第一輛正式列裝的艦載機(jī)牽引車(chē)，國(guó)產(chǎn)牽引車(chē)開(kāi)始為航母提供航面保障，如圖4所示。20世紀(jì)90年代中期，北京金輪公司研發(fā)的小型無(wú)桿艦載機(jī)牽引車(chē)面世，分別和蘇 27、J8、J7、飛豹等戰(zhàn)機(jī)匹配并有少量用于部隊(duì)，是我國(guó)艦載機(jī)牽引車(chē)的一個(gè)里程碑式的進(jìn)展[9]。但由于它的使用受到一定的限制，其技術(shù)潛能沒(méi)獲得充分展現(xiàn)，為了擺脫其局限性，金輪公司不停地在鉆研，重心放在新技術(shù)的研發(fā)上，并和海裝駐漢中、閻良軍代表室聯(lián)合研制成功了K/DWC_IA無(wú)桿式牽引車(chē)，這款牽引車(chē)不但彌補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空缺，還趕超了國(guó)外先進(jìn)水平[10]。

3.3 “遼寧號(hào)”艦艦載機(jī)牽引車(chē)

2012年12月，國(guó)產(chǎn)殲-15型艦載機(jī)在“遼寧號(hào)”航空母艦上的成功著艦，為我國(guó)海軍發(fā)展史書(shū)寫(xiě)了輝煌的一頁(yè)[11]，“遼寧號(hào)”航母艦上的艦載機(jī)牽引車(chē)也隨之進(jìn)入了人們的視線(xiàn)。如圖5所示，當(dāng)前“遼寧號(hào)”航空母艦已經(jīng)擁有了有桿和無(wú)桿牽引車(chē)。

艦上無(wú)桿牽引車(chē)是乘坐式牽引車(chē)，整體為三點(diǎn)支撐式布局，駕駛座放于前部左邊，后輪放在后部?jī)蛇?，夾持-舉升機(jī)構(gòu)設(shè)在后部?jī)奢嗛g。如圖6所示，艦上甲板應(yīng)用的艦用有桿牽引車(chē)，采取四輪式行走設(shè)置，整車(chē)似扁平長(zhǎng)方體。車(chē)身的前后都安有牽引裝置用來(lái)連接牽引桿，便于對(duì)艦載機(jī)的牽引和頂推。牽引車(chē)左側(cè)中部設(shè)置駕駛室，操控工人在其座位上可察看周?chē)鸂顩r[12]。

圖4 我軍第一輛正式列裝的艦載機(jī)牽引車(chē)

圖5 “遼寧號(hào)”航母艦載機(jī)滿(mǎn)載圖

圖6 “遼寧號(hào)”艦上的有桿牽引車(chē)

4 提出新型艦載機(jī)牽引車(chē)設(shè)計(jì)思路及方案

牽引車(chē)作為一款服務(wù)性設(shè)備，其產(chǎn)生與發(fā)展和艦載機(jī)產(chǎn)品的飛快發(fā)展密切相關(guān)，每生產(chǎn)一款新型的艦載機(jī)，就需要對(duì)應(yīng)生產(chǎn)一款牽引車(chē)來(lái)與之相配，作為牽引車(chē)產(chǎn)品的創(chuàng)造與發(fā)展的一次機(jī)遇[13-14]。因此,該車(chē)具有良好的市場(chǎng)發(fā)展前景。

基于我國(guó)一直本著“裝備一代,設(shè)計(jì)一代,研發(fā)一代”的研究思路，雖然我國(guó)“遼寧號(hào)”航空母艦?zāi)壳耙呀?jīng)擁有了有桿和無(wú)桿牽引車(chē)，但是隨著現(xiàn)代科技和現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的飛速發(fā)展，需要有高瞻遠(yuǎn)矚的發(fā)展眼光，需要研制新一代牽引車(chē)機(jī)型。基于此，提出了航母艦載機(jī)新型智能牽引機(jī)車(chē)的研究設(shè)計(jì)方案。具體方案如下：1）采用液壓傳動(dòng)，使低速大負(fù)載工況下它的傳動(dòng)效率更高，調(diào)控更加精準(zhǔn)；2）采取加厚的下底板承載的底盤(pán)設(shè)計(jì)技藝，重心低，車(chē)身矮，行駛平穩(wěn)，容易維修；3）新型智能艦載機(jī)牽引車(chē)設(shè)計(jì)的夾持舉升機(jī)構(gòu)，擁有技術(shù)領(lǐng)先、構(gòu)造簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、約束機(jī)構(gòu)完善，進(jìn)而更好地達(dá)到艦載機(jī)的使用需求；4）新型智能艦載機(jī)牽引車(chē)具有行動(dòng)自如的能力，能夠在高密度停放的艦載機(jī)的甲板與機(jī)庫(kù)狹小的場(chǎng)所自如高效地運(yùn)作；5）新型智能艦載機(jī)牽引車(chē)能夠在有桿與無(wú)桿兩種牽引模式間進(jìn)行自由轉(zhuǎn)換，有良好的相容性；6）新型智能艦載機(jī)牽引車(chē)采用鋰離子蓄電池供電，提高了工作效率；7）新型智能艦載機(jī)牽引車(chē)具有高度智能化功能。

5 新型艦載機(jī)牽引車(chē)

新型艦載機(jī)牽引車(chē)由四大部分組成。分別是承載機(jī)構(gòu)（車(chē)體），控制系統(tǒng)，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，夾持-舉升機(jī)構(gòu)。并使用SolidWorks軟件對(duì)牽引車(chē)各部分進(jìn)行三維模型建立。

5.1 承載機(jī)構(gòu)（車(chē)體）

車(chē)體采用左右對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，方便維修，可夾持機(jī)輪的最大寬度為0.67 m，最大牽引力22 kN，如圖7所示。

圖7 牽引車(chē)承載機(jī)構(gòu)

5.2 轉(zhuǎn)向行駛機(jī)構(gòu)

整車(chē)的轉(zhuǎn)向行駛機(jī)構(gòu)由無(wú)線(xiàn)遙控器和車(chē)上的攝像頭相匹配控制方向，帶動(dòng)輪轂電動(dòng)機(jī)，后輪驅(qū)動(dòng)，前輪隨動(dòng)，如圖8所示。

5.3 控制系統(tǒng)

工作人員與牽引車(chē)不直接觸碰，牽引車(chē)與艦載機(jī)相接時(shí)，全程就靠一個(gè)專(zhuān)業(yè)工作人員經(jīng)過(guò)遙控裝置實(shí)行控制，自動(dòng)化程度高，不需人工協(xié)助。牽引車(chē)體與遙控器分置，通過(guò)牽引車(chē)前方的攝像頭接受信號(hào)控制牽引車(chē)的行駛。由于是遙控控制，工作人員能夠在最安全的地方察看艦載機(jī)與牽引車(chē)，遠(yuǎn)距離控制牽引車(chē)的作業(yè)及和艦載機(jī)的對(duì)接與分離。進(jìn)一步發(fā)展，還可采用控制室有序操控各牽引車(chē)。

5.4 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)

夾持-舉升裝置是新型牽引車(chē)特有的一套裝置設(shè)備，靠液壓傳動(dòng)。在連接艦載機(jī)時(shí),首先依靠提升液壓缸伸長(zhǎng)與收回，帶動(dòng)夾持-舉升機(jī)構(gòu)打開(kāi)、閉合、升高，當(dāng)艦載機(jī)前輪進(jìn)入夾持-舉升機(jī)構(gòu)接著壓緊前輪，啟動(dòng)有關(guān)裝置將飛機(jī)前輪抱緊，同時(shí)抬起前輪使其遠(yuǎn)離甲板[15]，這些動(dòng)作都是由液壓系統(tǒng)帶動(dòng)的。

5.5 夾持－舉升機(jī)構(gòu)

由液壓系統(tǒng)將機(jī)構(gòu)前臂伸出并打開(kāi)，當(dāng)被牽艦載機(jī)前輪駛?cè)氪蜷_(kāi)的夾持機(jī)構(gòu)范圍里，這時(shí)反向回轉(zhuǎn)至鎖緊夾持機(jī)構(gòu)，從而再通過(guò)液壓系統(tǒng)將前輪抱緊并向上提拉升高，達(dá)到指定位置后，升起前輪使前輪離開(kāi)地即可以牽引艦載機(jī)行走，如圖9、圖10所示。

圖9 夾持-舉升機(jī)構(gòu)

圖10 夾持-舉升機(jī)構(gòu)操作流程

6 結(jié) 語(yǔ)

航母艦載機(jī)牽引車(chē)不僅要有常規(guī)岸基牽引車(chē)的種種作業(yè)性能，而且也要具有適應(yīng)高濕、高鹽霧和海水腐蝕等殘酷的海上作業(yè)環(huán)境，還需要有抗破壞、抗輻射等強(qiáng)的適應(yīng)性。艦載機(jī)牽引車(chē)已經(jīng)不僅僅是要有牽引性質(zhì)的普通車(chē)輛，而是艦載機(jī)在調(diào)運(yùn)作業(yè)時(shí)不能或缺的軍用裝備。艦載機(jī)牽引車(chē)的設(shè)計(jì)是對(duì)普通牽引車(chē)的借鑒和在事實(shí)運(yùn)用的需求相互交織的結(jié)果，艦載機(jī)牽引車(chē)的使用和發(fā)展，既來(lái)自于過(guò)往經(jīng)驗(yàn)的繼承和影響，又有當(dāng)代技術(shù)的創(chuàng)新和融合。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們獨(dú)到的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想，必將會(huì)出現(xiàn)更多更加完美的新型艦載機(jī)牽引車(chē)服役于當(dāng)今我國(guó)的航母之上。