航母編隊是大國海軍的重要標誌。艦載機作爲航母主要攻擊手段,是航母戰力的主要體現。然而,在航母甲板這種狹小的空間上降落艦載機是一件十分困難的事情。根據美軍數據顯示,艦載機着艦的事故率是陸上飛機的3~6倍,夜間着艦事故率更是比白天着艦增加2倍以上。爲了提高艦載機着艦的安全性,實現航母編隊的全天候作戰能力,美國在20世紀70年代就開發了全天候着艦引導系統(All Wether Carrier Landing System, AWCLS)。其中,全自動着艦系統(ACLS)是AWCLS系統的核心。

艦載機着艦不僅面臨着着陸空間狹小的問題,還面臨着艦載機自身強非線性和強耦合控制問題,以及甲板運動補償問題、艦尾流甲板風擾動等問題。這些問題的存在使得艦載機着艦過程成爲最危險的“刀尖上的舞蹈”。

全自動着艦系統(ACLS)是美國爲提高艦載機着陸安全性於20世紀70年代大力發展的一種自動着艦技術。ACLS系統由艦載子系統和機載子系統組成,組成如圖所示。其中,艦載子系統包括跟蹤雷達、高速通用計算機、穩定平臺、數據鏈編碼/發射機、顯示設備、數據鏈監控器以及飛行軌跡記錄儀等;機載子系統包括數據鏈接收機、接收譯碼器、自動駕駛儀耦合器、自動油門控制系統、自動飛行控制系統、雷達增強器等。該系統自誕生之日起,就爲艦載機在航母上安全着艦起到了至關重要的作用,使得艦載機着艦成功率大爲降低。目前,該系統依然是各國航母必備的着艦輔助系統。

ACLS系統結構圖

下面以美國公開的相關數據說明ACLS系統的延遲效應。目前,美國現役的ACLS系統的核心裝備爲AN/SPN-46型Ka波段脈衝雷達。該系統可以爲艦載機提供從進近着艦窗口被捕獲,到引導着陸,直到成功着艦或者復飛全過程的引導指令。在雷達系統、艦載機計算機、飛控系統進行通訊和鉸鏈時,都會產生不同程度的延遲效應。美國F/A-18艦載機在ACLS系統引導着艦時各部分的延遲如表1所示。

表1 F/A-18在ACLS系統引導着艦時各部分的延遲 單位:ms

從表1可知,ACLS系統各部分間都存在不同程度的時間延遲。這些時間延遲雖然每一部分都不十分嚴重,但是,當整個系統的延遲效應疊加起來之後,將會對艦載機安全着艦產生十分重大的影響。從系統延遲產生的原因來看,主要是由於是各部分電子器件在工作過程中存在一定的運算時間和慣性。這些時間延遲是器件本身固有的屬性,而且會隨着使用時間的增加而增加。因此,全自動着艦系統的引導延遲問題是一種不可避免的固有特徵,只能隨着技術的進步而減小,但是卻不可能完全消除。

從產生的影響來看,系統信號延遲的主要表現形式是使系統的相位滯後。這種延遲現象將降低系統的穩定裕度,使的系統發生振盪、超調等不利情況,嚴重時最終甚至會導致發散,使得艦載機無法準確跟蹤着陸航跡,致使着艦失敗。因此,對系統的延遲問題應格外重視。

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