直升机甲板电气系统设计

王克虎，杨雪莲

（上海外高桥造船有限公司，上海 200137）

0 引 言

由于海洋平台的作业海域通常距离海岸较远，为方便平台操作人员正常换班，同时为实现在紧急情况下撤离平台，通常采用直升机作为快速撤离或救助工具。直升机具有反应速度快、承载能力强等特点，逐渐成为海工平台的标准配置。电气系统作为直升机甲板重要的服务组成部分之一，是直升机安全起降的重要保障。

1 直升机甲板电气系统设计

1.1 直升机甲板概述

直升机甲板通常布置在海工平台主船体结构的最前端和最上端，主要由直升机甲板平台、甲板平台结构支撑和平台服务系统等组成。

直升机甲板按照形状的不同分为正八边形飞行甲板、矩形飞行甲板及其他形状的飞行甲板；飞行甲板按照主结构材质的不同又分为钢制甲板和铝制甲板，其中铝制甲板由于重量较轻，在后期作业过程中不论是平台结构还是甲板表面摩擦力，均不涉及需维护和保养，设计简单，但因铝制平台价格偏高，应用还未得到大规模推广。无论是形状不同还是结构材质不同，直升机甲板配置的服务系统要求是相同的。

目前，海洋工程领域的直升机甲板设计可参考的常用标准有：国际航运公会（ICS）的直升机平台规范、澳大利亚海事安全局（AMSA）的要求、英国民航局的海上直升机降落区标准指南（CAP 437）、海事安全委员会（MSC）的通函要求、海上人命安全公约（SOLAS）、各船级社的规范和中国民航总局的要求等[1]。

英国民航局的CAP 437在海工平台上的应用比较广泛，该标准在2013年对直升机甲板提出了一些新要求，如增加H灯和环形灯等[2]。下面基于CAP 437的新要求进行简要说明。

1.2 直升机甲板电气系统

直升机甲板电气系统主要由甲板照明系统、环境监测系统、无线电通信系统和无方向性无线电信标（Non-Directional Beacon, NDB）等系统组成[3]。

1.2.1 甲板照明系统

照明系统是直升机甲板的重要组成系统之一，是指引飞机安全降落的重要设施。特别是对于满足夜航降落要求的飞行甲板，照明系统是直升机安全降落的重要保证。正常的直升机甲板照明系统主要由边界灯、投光灯、状态灯、风袋灯、H灯和环形灯等组成（见图 1）。

1) 边界灯是标识飞机甲板周界的照明灯，是飞行员能从降落区之上或上方全方向可见的绿色标识灯。

2) 状态灯是闪烁的红灯，由1盏或几盏（其中“几盏”表示状态灯由1盏主灯及1盏或多盏复示灯组成）组成，是当平台上存在可能对直升机或机上的人员有安全隐患时发出警告信号，使驾驶员从任何进场方向和着陆方向均能看到该标识。正常状态灯应关闭；在飞机首次与停机坪联络之后，灯就应为连续点亮状态；待停机坪准备就绪，状态灯应再次关闭。同时，该状态灯应能在有毒气体警报启动时自动启动，并能在直升机甲板上手动启动。此外，状态灯应能在可能危及直升机进场的距离之外可见。

图1 直升机甲板照明灯具

3) 风袋灯用于在直升机降落或起飞时为飞行员提供环境参考，安装在离直升机甲板尽可能近的地方，但有可能会成为直升机降落的障碍物，同时会受直升机涡轮气流的影响，不能正确指明风向。因此，风袋灯尽可能安装在靠近舷内的一侧。

4) H灯和环形灯是近几年为满足最新CAP 437的要求而设定的可替代投光灯的一种LED灯带，能更加清楚形象地显示直升机甲板降落中心区及中心点H，且不会对飞行员造成视觉上的干扰，可使飞行员在夜间降落时清晰地看到最佳着陆点。环形灯显示的颜色为黄色，H灯显示的颜色为绿色。

5) 投光灯是为投射直升机降落中心区H设置的，在H灯和环形灯出现之前，直升机甲板必须标置。在H灯和环形灯出现之后，投光灯成为可选项，但考虑到平台人员在夜间可能需在直升机甲板上开展临时性工作，从设计的角度看，建议保留投光灯，在直升机需降落或起飞时将其关闭即可。

1.2.2 环境监测系统

环境监测系统主要由风速风向传感器、能见度传感器、大气温度传感器、云高传感器和甲板运动传感器等组成，有时也将浪高和闪电距离方向传感器等作为系统配选设备。

1) 风速风向传感器监测大气的风速和风向，飞行员需根据当时的风速和风向确定直升机起落甲板的进场方向并评估风力对飞机的影响。

2) 能见度传感器是在需观察水平方向的障碍物时为飞行员提供距离方面的信息。同时，可基于能见度的情况决定是遵循目视飞行规则还是遵循仪表飞行规则。

3) 大气温度是所有飞行作业的重要参数。空气的温度会影响空气密度，当在接近露点的温度下操作时，冰冻的直升机旋翼叶片和其他发动机部件会有一定的危险性。同时，气温和湿度是户外作业十分重要的基本气象参数。

4) 云高传感器可显示云幂高度或最低云底高度，二者是在直升机甲板上着陆或起飞时需要的重要信息，与水平能见度共同决定飞行员是采用目视飞行规则还是采用仪表飞行规则。

5) 运动传感器是海上直升机甲板为着陆开放或关闭的决定性因素。在移动浮动海上平台上，直升机起落甲板运动会给直升机的降落或登船带来极大的风险，并可能导致直升机坠落在甲板上或侧翻。因此，该信息是保证直升机安全降落的重要参考。

6) 浪高和闪电距离方向传感器是选配信息，为飞行员提供安全参考信息。

1.2.3 无线电通信系统

无线电通信系统是保证进场直升机飞行员与降落地值班人员有效沟通的必要手段，能使飞行员第一时间获得必要的安全信息，为直升机安全降落及离场提供保障。

NDB发射无方向性的无线电电波，通过机载无线电罗盘接收发射来的信号来测定飞机与信标的相对方位角，从而引导直升机沿预定的航线飞行，或与指点信标配合使用，引导飞机进场、离场。正常NDB天线安装在绕甲板的外围一圈，安装高度不能超出甲板平面限定高度。

1.3 设计及安装注意要点

1) 在设计上，直升机甲板照明系统应由主电源和应急电源供电，并至少由2个独立的最后分路供电[4]。在2路供电中，一路不间断电源（Uninterruptible Power Supply, UPS），使得全船失电时UPS可临时供电，保证飞机安全起降。飞机甲板环境监测系统和通信系统电源通常来自平台中央控制室的通信分电箱，而通信分电箱由主电源和应急电源供电，因此能保证环境监测系统与通信系统供电冗余。

2) 在安装布置上，为杜绝现场障碍物给直升机起降带来碰撞影响，规范对直升机甲板定义了无障碍区和障碍限制区，并对2个区域内的设备高度做了具体要求，下面先就这2个区域进行解释。

首先，直升机甲板应包含一个直径不小于D的圆形区域，不同机型的甲板直径D的要求不同，如：机型Sikorsky S76的降落甲板直径要求大于等于16m；机型Agusta A109的降落甲板直径要求大于等于13.05m。

1) 无障碍区：平台着陆区域为完全无障碍区（见图2），降落甲板垂直向上210°范围内及降落甲板以下180°范围内，都处在无障碍区内。

图2 无障碍区标识

2) 障碍限制区域：图 3为障碍限制区标识，在 150°范围内的为障碍限制区，从障碍限制区起点向外至 0.12D的距离内，障碍物在直升机甲板上的高度不应大于0.25m。从该弧线再向外0.21D的距离内，障碍物的最大高度应限制在以直升机甲板平面上0.05D为起始高度，以垂直方向与水平方向之比为1:2的坡度界限内。因此，该区域附近的桅杆、天线和甲板吊车吊臂等设备的布置要特别注意。平台有关通信娱乐的天线通常会安装在生活楼顶部，靠近该区域，因此在安装时要充分考虑障碍区的延伸路径，不能离直升机甲板太近，否则很可能处于障碍限制区的覆盖范围内。

从上面的2个定义中可看出，安装在无障碍区和障碍限制区的设备要充分满足规范的要求，并充分考虑其区域的延长范围。

图3 障碍限制区标识

直升机甲板照明系统的边界灯、投光灯和状态灯等要安装在直升机甲板四周，并在平面以上，灯的底座板只能安装在排污槽的外沿上，以使甲板上的油污水毫无障碍地汇集到排污槽内。当直升机甲板直径D>16m时，这些灯具的安装高度不应超出甲板以上0.25m；当直升机甲板直径D＜16m时，这些灯具的安装高度不能超出甲板以上0.05m。H灯和环形灯安装在甲板的中心位置处，其安装高度不能超出甲板以上0.025m。同时，任意相邻的2盏边界灯要等距离布置，相互之间的距离不能大于3m；投光灯通常配置4盏，并确保4盏灯的投射交点与中心区域H中心点重叠；状态灯主灯需安装在直升机甲板上或靠近直升机甲板的地方；复示灯可安装在其他便于飞行员看见的地方。此外，风袋灯若安装在150°的障碍限制区内，则安装高度要满足高度要求。

直升机作为机械动力装备，需进行加油，也可能会产生火灾，需在直升机甲板附近布置直升机加油设施，并在直升机甲板四周布置消防设施。因此，安装在直升机甲板四周的边界灯、投光灯和状态灯要避免安装在消防设施（如消防龙头）的正前方，这样既可避免在消防龙头转动灭火时阻挡其转向使用，又可避免大量的消防水直接飞溅到灯具本体影响其使用寿命。加油装置通常会安装在直升机甲板下方，而加油警告灯建议安装在驾驶室的机组人员能瞭望到的区域，这样方便提醒机组人员进行安全操作。

此外，作为辅助的直升机障碍标识，障碍物标志灯也是平台必配的。障碍物标志灯应在超出直升机甲板的物体上安装，例如：在平台上的障碍物最高点安装的标志灯，0°～15°（水平以上角度）最低光强至少为50cd，5°～8°（水平以上角度）最低光强至少为200cd；安装在其他障碍物上的标志灯，0°～30°（水平以上角度）的最低光强至少为10cd，这样就可为直升机飞行员提供相关障碍物视觉信息。

2 结 语

通过对满足CAP 437要求的海工平台直升机甲板电气系统及相关设备的介绍，初步认识直升机甲板，同时掌握其电气系统设备的主要功能和设计要点，为其设计和安装提供一些参考，从而在设计初期进行综合考虑，减少设计差错和现场修改，为装配直升机甲板的平台设计提供技术帮助。