美国“福特”级航母“一站式保障”技术特征和关键技术分析

刘相春

海军装备部舰船办公室，北京 100071

美国“福特”级航母“一站式保障”技术特征和关键技术分析

刘相春

海军装备部舰船办公室，北京 100071

“一站式保障”是美军“福特”级航母为提高舰载机出动架次率所采用的舰载机出动保障方式。通过对“福特”级航母“一站式保障”方式的深入分析解读，定义“一站式保障”的概念、作业流程、技术特征和优势，并在此基础上，提炼出实现“一站式保障”所需要突破的一系列关键技术，以及“福特”级航母实现“一站式保障”的设计经验对其他国家航母设计的启示。

一站式保障；“福特”级航母；舰载机

0 引 言

航母舰载机着舰后，需要进行加油、挂弹、维修保养等作业后才能再次出动。美国“尼米兹”级航母的舰载机着舰—再次起飞采用的是“传统保障模式”，即舰载机着舰后，需先滑行至加油区加油，然后由牵引车牵引至弹药装载区挂弹，再到弹射阵位准备下一次起飞作业；如需维修，在加油前还需先滑行至指定区域开展维修作业。舰载机从着舰到重新起飞需转换4～5个工作区域，增加了舰载机的调运环节，降低了作业效率，减少了舰载机出动架次。为解决上述问题，美国“福特”级航母采用了“一站式保障”设计方案［1］。

1 “一站式保障”概念

“一站式保障”概念最初来自全美赛车联盟。为赢得比赛，赛车必须在比赛途中实现快速保障，即在“一站式保障区”内同时完成加油、更换轮胎及其他例行检修等工作，保障时间一般仅需6～12 s。

为提高舰载机保障效率，简化保障流程，美国“福特”级航母引入了“一站式保障”概念，在飞行甲板上设置了18个“一站式保障区”，如图1所示。图中为2000年新一代航母CVNX（后命名为“福特”级航母）飞行甲板设计方案，实心矩形为“一站式保障区”所在位置。每个“一站式保障区”均可进行加油、挂弹、维修等作业，着舰的舰载机可在保障区停驻并原位完成所有保障作业，随后滑行至弹射起飞位升空作战［2－3］。

图1“一站式保障区”布置Fig.1 The general arrangement of“pit－stop”stations on the flight deck of CVNX aircraft carrier

2 “一站式保障”流程

为了实现舰载机的一站式保障，“福特”级航母在每个“一站式保障区”设有两个带舱口盖的“保障模块”：一个是电源保障模块，设有电缆卷盘和控制按钮；另一个是加油保障模块，设有加油管路和控制阀门［3］，如图2所示。

图2 舰载机在“一站式保障区”内进行保障Fig.2 Aircrafts being serviced in“pit－stop”stations

舰载机“一站式保障”流程如图3所示，具体描述如下。

图3 舰载机一站式保障流程Fig.3 The workflow of aircraft“pit－stop”service

1）舰载机着舰后，引导员将其引导至“一站式保障区”，关闭发动机，并将喷气口朝向舷外停放，以避免对人员造成伤害。

2）操作员为舰载机接地后，打开供电保障舱口盖，取出电缆与舰载机对接，对舰载机进行通电检查。

3）加油人员驾驶移动式加油辅助车停驻在加油模块旁，打开舱口盖，用一根软管将凹坑内的航空燃油阀与加油辅助车连接，用另一根软管将加油辅助车与舰载机身加油接口连接。加油工作即可通过加油辅助车进行，流量可由辅助车控制。

4）与此同时，自动挂弹机器人从武器升降机上卸下弹药，运至“一站式保障区”，为舰载机挂弹。

5）在完成供电、加油、挂弹和维修等工作后，舰载机由“一站式保障区”滑行至弹射阵位，开始下一波次的飞行作业。

3 “一站式保障”的技术特征

“一站式保障”采用了系统工程设计方法，将飞行甲板上的多个保障模块进行了集成设计管理，以达到工作效率最大化以及系统结构最优化。该保障模式的主要技术特征包括以下3点：

1）减少舰载机进出机务站位时对牵引车的依赖。

舰载机进出机务站位过程中，牵引车的对接将增加整个保障作业的时间，因而从提高甲板作业效率的角度来看，应通过优化飞行甲板布局和机务站位设置来减少牵引车的牵引环节，特别是在小批量舰载机波次连续出动时，应能实现舰载机自行滑行进出保障站位，从而在一定程度上缩短再次出动的准备时间。

2）不移动舰载机应可完成所有出动准备作业。

“一站式保障”的主要目的是提高舰载机再次出动准备保障作业效率，根据甲板作业流程分解及舰载机作业保障需求，应通过在同一保障区域集中设置油、气、电、液等舰面保障设备，实现在不移动舰载机的情况下完成加油、通电、挂弹、检查等，这一系列保障作业的原位保障是“一站式保障”的基本要求。

3）再次出动准备各项保障作业间应尽量减少相互干扰。

从再次出动准备流程上看，在舰载机原位开展出动保障作业效率与舰载机作业流程设计以及并行作业空间规划密切相关。为充分发挥舰载机“一站式保障”作业效能，有必要对再次出动保障作业进行有序管理，对总体布局进行合理规划，避免再次出动准备各项保障作业间的相互干扰。

4 “一站式保障”的优势

1）可减少着舰舰载机的再次调运。

与“尼米兹”级航母相比，采用“一站式保障”的“福特”级航母能减少舰载机回收后再次调运的次数，从而提高飞行甲板作业效率和舰载机出动架次率。

图4为“尼米兹”级航母和“福特”级航母第1波次舰载机刚回收，而第2波次舰载机尚在空中的飞行甲板布置图，假设两级航母舰载机的作业模式相同，即在飞行甲板上停放29架、在机库停放26架舰载机，另有20架舰载机在空中。

图4“尼米兹”级和CVNX航母甲板停机对比Fig.4 The comparision of aircraft parking on the flight deck between Nimitz and CVNX aircraft carrier

“福特”级航母加大了飞行甲板面积，可为每架舰载机提供更大的停机面积、维护保障空间和通畅的调运通道。上述设计使大批量舰载机在回收后，可直接滑入舰艏或右舷的停机区接受保障，完成保障作业后，即可利用自身动力滑向弹射器进行下一轮作业，且无需移动其他舰载机。

而“尼米兹”级航母在第1波次舰载机回收后，由于需要准备下一波弹射作业，必须空出舰艏和舰舯弹射器，因此有4架舰载机停放在舰艉回收区。而这4架舰载机在下一次回收作业时又需重新停放，以空出回收区。同样，位于航母右舷的舰载机在完成维修保障作业后，若不立即起飞，也需重新停放，以腾出空间进行其他舰载机的维修保障。另舰载机的再次调运作业也需要大量的时间，飞机的保障作业要中断，而且还需动用牵引车和调运人员，大幅降低了飞行甲板的作业效率。

2）能简化舰载机保障流程，提高出动架次率。

“尼米兹”级航母舰载机回收后，需在多个区域进行加油、挂弹和维修保养等工作，且中间还穿插有多个调运环节，费时费力。另外，舰载机加油时需要加油人员把位于甲板边缘的沉重的加油软管拖到舰载机处，这些软管穿过舰载机周围区域，会影响弹药搬运和其他舰载机的维修保障作业。而“福特”级航母采用“一站式保障”，加油、挂弹与维修可同时进行，不仅可减少舰载机在多个区域移动所需的时间，大幅提高保障效率，且舰面加油接口更接近飞机机身接口，可采用较短的加油软管进行保障，从而减小对舰载机其他保障作业的影响。

据估算，“福特”级航母采用“一站式保障”后，舰载机出动准备时间从原来的90 min减少到了60 min，出动能力提高了33%［2］。“尼米兹”级航母12 h最多可出动120架次舰载机，而“福特”级航母则可出动160架次。此外，在执行24 h全天候作战任务时，“福特”级航母可以连续4天每天出动270架次以上［4］。

3）可减少保障人员数量，降低航母全寿期费用。

采用“一站式保障”模式后，舰载机不需要在不同作业区域来回移动，减少了舰载机牵引和系留作业的环节，从而降低了牵引和系留作业人员的劳动强度；由于部分区域舰载机能自行滑进滑出“一站式保障区”，整个过程不需飞机牵引车参与，所以牵引车驾驶员的数量也随之减少；另外，由于在同一站点集合了油、气、电、液等保障资源，因而可减少舰面操作与管理人员的数量。据统计，“福特”级航母采用“一站式保障”模式可减少63名操作人员。通过精简保障人员的规模，减少加油、挂弹和维修区域的设置，削减飞机牵引车数量，有助于降低航母全寿期费用。采用“一站式保障”后，预计单艘“福特”级航母的全寿期费用可节省约4 500万美元［5］。

5 支持“一站式保障”的关键技术

通过对“福特”级航母“一站式保障”的技术特征及其技术优势的分析，结合目前舰载机保障技术发展现状，确定实现“一站式保障”需从航母总体布局、系统设计、设备研制及舰机适配等多方面着手，重点解决以下关键技术。

1）飞行甲板优化布局设计技术。

飞行甲板是进行舰载机保障作业的重要场所，其布置是否合理是“一站式保障”能否顺利实施的关键。基于“高效、简洁、低成本”的思路，美国重新设计了“福特”级航母的飞行甲板（图5），主要改进如下：

（1）增加停机区域面积，以便于“一站式保障区”的布置和舰载机进出站线路的设置。包括：扩大飞行甲板面积、减少一部飞机升降机及采用更小的“岛”式上层建筑。这些措施可增加飞行甲板舷侧停机区面积，从而有更多的空间布置“一站式保障区”。并且通过“岛”式上层建筑移位，还为舰载机直接进出“一站式保障区”提供了通畅的路径［4］。

（2）改进舰载机保障模式。如图1所示，从飞行甲板艏部至艉部布置18个“一站式保障区”，并为每个“一站式保障区”设置独立的油、电、维修等保障资源，能为停机区内的大部分舰载机进行“一对一”的快速保障。着舰舰载机自行滑入保障区后，可原位完成所有再次出动准备作业。

（3）优化武器升降机布局。将武器升降机设计在飞行甲板右舷侧，以减小升降机与“一站式保障区”之间的距离，这样不仅可以缩短弹药搬运时间，还能避开起飞与回收区域，保证武器转运系统与舰载机能够同时作业［6－7］。

图5“福特”级航母飞行甲板布置Fig.5 Flight deck arrangement of the Ford class aircraft carriers

2）高效的舰面勤务保障技术。

“福特”级航母除对飞行甲板进行了优化布局设计外，也采用了一些高效的舰面勤务保障技术，以满足“一站式保障”要求。

（1）采用自动挂弹机器人（图6）为舰载机挂弹，能提高弹药搬运和挂载速度，使得原每架次需7～8人的弹药搬运和挂载工作（图7）简化至约需1～3人。挂弹人员数量的减少可为“一站式保障区”腾出更多的作业空间，便于加油、挂弹、维修等工作的同时进行［8］。

图6“福特”级航母的自动挂弹机器人Fig.6 Automatic weapon loading robot designed for the Ford class aircraft carriers

图7“尼米兹”级航母舰载机弹药挂载Fig.7 Sailors from weapon department were loading aircraft with bomb aboard Nimitz class aircraft carriers

（2）基于集成式、小型化和自动化设计思想，研制新型的喷气燃料和航空电源终端设施，提高舰载机舰面保障作业效率，减少作业人员需求。其中，喷气燃料终端设施实现了“舱内无人值守，甲板自主服务”。不仅如此，单台航空电源还能提供115 V/200 V，400 Hz中频电和270 V直流电双路输出，能同时满足第3代和第4代舰载机的供电保障需求。

3）“一站式保障”作业安全性技术。

对于现役航母，出于安全考虑，美国海军规定在航母上进行弹药挂载作业时，不得同时进行燃油加注作业。而为缩短再次出动保障时间，“福特”级航母“一站式保障区”不但能对舰载机同时进行加油、挂弹作业，且其加油与供电保障舱口盖的距离还较近，舰载机在加油的同时往往与电源相连，为此，必须确保“一站式保障”同步集中作业的安全性。

另外，由于“福特”级航母舰载机需自行滑进滑出“一站式保障区”，考虑到目前新研舰载机发动机尾喷流温度在不断攀升，为避免舰载机滑行过程中与其它舰载机发生碰撞，或尾喷流对其他舰载机造成伤害，目前，美军已开始利用GPS定位技术对飞行甲板的舰载机进行定位，借助避碰技术来提高舰载机调运作业的安全性［9］。

4）飞机状态预测和诊断，提前制定维修保障方案。

“福特”级航母上搭载新一代舰载机F－35C具备高级维护诊断能力。在F－35C着舰前，将利用自身诊断系统向航母传送飞机状态信息［10］，使航母上相关人员知道该机需要哪些维护与保障，以便在飞机着舰前就制定好维修与保障方案，待飞机进入“一站式保障区”后，即可开始相应的加油、挂弹和维修保养工作。

6 结 语

“一站式保障”是为了提高飞行甲板作业效率所采取的一种全新保障模式，其能否实现与舰载机、母舰总体及舰面勤务保障等相关系统设计密切相关。

1）“一站式保障”技术离不开飞行甲板的改进。

航母舰载机飞行甲板作业效率是舰载机出动能力的关键。美国海军在航母百年发展史中不断总结使用经验和教训，多次对飞行甲板设计及相应的作业方案进行重大改进。“一站式保障”技术是美国在使用“尼米兹”级航母20多年后，设计新一代航母“福特”级时的产物，与其飞行甲板设计大幅改进紧密结合、相辅相成。因此，只有同时改进整个飞行甲板及机库布局设计及相应的作业流程，才能充分发挥“一站式保障”技术的作用。

2）加大对制约作战能力的瓶颈技术的攻关力度。

为提高舰载机出动架次率，美国海军经过多年研究，提出了“一站式保障”技术，该方案是瞄准军事需求的产物。因此，在进行新航母设计时，应紧密结合军事需求，对于制约航母作战能力的瓶颈技术，更应加大技术攻关力度。

3）突破传统思维是技术创新的关键。

“福特”级航母“一站式保障”技术突破了传统思维（如加油、挂弹不同时进行且在不同的区域进行），其借用民用领域的赛车一站式保障概念，实现了飞行甲板保障技术的一次重大创新。

4）美国解决“一站式保障”的多项技术可供借鉴。

美国在发展航母飞行甲板“一站式保障”技术的过程中，解决了多项关键技术，如飞行甲板各区域的布置与协调以及同步集中作业安全，这些技术可为其他国家的航母设计提供借鉴和参考。

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Technical Features and Critical Technologies for the“Pit-Stop”Aircraft Servicing Adopted by Ford Class Aircraft Carriers

LIU Xiangchun
Ship Office，Naval Armament Department of PLAN，Beijing 100071，China

The“pit stop”aircraft servicing is a supporting means adopted by Ford class aircraft carriers to boost its sortie rates.In this paper，the“pit stop”technologies adopted by the Ford class is analyzed thoroughly，and its concept，workflow，technical features，and advantages are presented.On this basis，a series of critical technologies leading to the“pit stop”aircraft servicing are discussed，and the designing inspiration of its application on Ford class aircraft carriers is summarized.

“pit stop”aircraft servicing；Ford class aircraft carrier；carrier－based aircraft

U674.771

A

1673－3185（2013）06－01－05

10.3969/j.issn.1673－3185.2013.06.001期刊网址：www.ship－research.com

http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1755.TJ.20131125.1150.012.html

2013－06－26 网络出版时间：2013-11-25 11:50

刘相春（1969－），男，高级工程师。研究方向：舰船总体研究与设计

刘相春

喻 菁］