针对舰载航空飞行器的应用背景和发展现状，综述了舰载航空飞行器的主要类型及其存在的特殊空气动力学问题，研究了美国在解决舰载航空飞行器空气动力学问题方面的方法，阐述了利用数值仿真、地面试验、飞行试验三种研究手段所开展的具体研究工作和获得的研究成果，展望了舰载航空飞行器气动技术的未来发展趋势，主要包括在气动布局技术上将重点发展高升力构型和无尾飞翼构型，在流动控制技术上将综合考虑主动流动控制技术与被动流动控制技术的结合，在地面试验技术上将结合无人机的试验需求发展多空间维度的试验技术，在飞行控制技术上将根据悬停能力、高速飞行、自主着舰、编队飞行等任务需求发展多项新型飞行控制技术。![]()
舰载航空飞行器是航空母舰、巡洋舰、驱逐舰、护卫舰和两栖攻击舰等大型水面舰艇的主要作战力量，可实现侦察监视、电子对抗、战场评估、通信中继、空地和空空打击等作战任务。
长期以来，美军一直依靠其先进的舰载航空飞行器维持海上霸权地位，这与其始于20世纪初并持续至今的空气动力技术的研究工作紧密相关，研究内容主要包括舰载机起飞和着舰过程的空气动力技术问题、直升机和旋翼机引起的旋涡干扰问题、舰船动力学和舰载机飞行耦合的空气动力学问题等。这些空气动力学问题研究获得的成果直接支撑舰载航空飞行器的作战应用和更新换代。
近年来，美国除了继续加强对舰载战斗机等飞行器的研究力度外，其舰载航空飞行器的发展也出现了一些新变化，舰载无人作战飞机、无人侦察机、无人空中加油机等航空飞行器即将登舰，并投入作战使用。而这些航空飞行器在应用于航空母舰等各种舰载平台之前仍然需攻克诸多不同于常规航空飞行器的空气动力学技术问题。
因此，本文系统梳理了舰载航空飞行器特殊的气动问题，重点包括舰船甲板上气流流动等舰载环境问题、飞机起飞与着舰过程中与舰体的气流干扰问题、有限空间内的飞机构型设计问题等，并针对上述问题进行了综合分析，对舰载航空飞行器及相关空气动力技术的发展趋势进行展望，提出了几点启示建议。
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舰载航空飞行器的主要类型
舰载航空飞行器通常是指有人驾驶的固定翼飞机和旋翼机。其中，固定翼飞机主要为战斗机，以美国的舰载战斗机F/A-18E/F、F-35B/C等为代表。F/A-18E/F“超级大黄蜂”战斗机2001年正式服役，是美海军的主力战机，主要执行空中攻击、控制和侦察等任务；F-35B战斗机于2015年12月正式服役，其具有垂直升力风扇和枢轴发动机喷嘴，允许从两栖攻击舰和跑道短或粗糙的机场短距离起飞和垂直着陆，如图1所示；F-35C战斗机于2018年2月正式服役，是美海军首款为航母研制的隐身战斗机，使用航母的弹射器协助起飞。
旋翼机包括直升机和倾转旋翼机，主要执行运输、特种作战、搜索救援、医疗救护等多种任务，直升机以美国“海鹰”系列“攻击鹰”（MH-60R）和“骑士鹰”（MH-60S）等舰载直升机为主，倾转旋翼机的主要代表则为美国的V-22“鱼鹰”倾转旋翼机。MH-60R是SH-60和SH-60F的升级改型，于2001年交付部队，用于执行反潜、反舰等作战任务；MH-60S以UH-60L机体和SH-60B动部件为基础研制，于2006年交付部队，用于执行垂直补给、搜救、运输等战勤支援任务；V-22兼顾有固定翼飞机高速飞行和直升机垂直起降的特点，于2006年进入美空军服役，可执行空中运输、特种作战、搜索救援等作战任务。
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近年来，随着现代战争日渐呈现的无人化和战场任务的变革，无人机上舰成为一种必然的趋势，无人固定翼飞机和无人旋翼机未来将部署在多种水面主战舰艇上，执行侦察、通信中继、火力打击和电子对抗等作战任务，主要以美国研发的MQ-8B/C无人直升机、MQ-25“黄貂鱼”无人加油机等为代表。其中，MQ-25是美国海军于2019年首飞的第一款舰载固定翼无人加油机，其主要任务是为舰载战斗机提供空中加油服务，如图2所示。舰载航空飞行器特殊的气动问题
舰载航空飞行器在海上对抗中具有重要使命任务，但也面临着许多空气动力学方面的挑战和难题，其在海上飞行时不仅要考虑常规的空气动力学问题，如升力、阻力、稳定性等，更重要的是要考虑舰船流场问题、舰船流场与飞行器的干扰问题、有限空间条件下飞机构型设计问题等特殊的气动问题。舰船流场既包括引起舰船六自由度运动的海洋流动，更包括给飞行器带来复杂气动问题的空气流场。具体针对空气流场而言，其问题主要体现在三个方面：一是舰船甲板及上层建筑引起空气尾流复杂耦合的问题。舰船甲板上的气流流动在舰船六自由度运动的耦合下本来就十分复杂，不同速度和不同角度的海风使甲板上方的涡流结构和湍流强度呈现不同的分布状态，加之甲板的上层建筑和舰船尾部会产生严重的尾涡流，不同涡流之间的相互作用使得舰船纵对称面、横截面及水平截面的流场均为三维非定常流场，流场之间的深度耦合使得甲板风的运行包络线很难精准确定，从而导致起降点和着陆点的诊断预测出现问题，2005年，Naylor等利用非结构化网格对CVN航母的上层建筑及船体甲板产生的舰尾流进行仿真，并将结果加入F-18的飞行模拟中，发现舰船的几何结构对流场有较大影响。2011年，哈尔滨工程大学的吕红研究了不同风速和风向情况下模拟波浪对舰船流场的影响。2019年，Watson等利用声学多普勒测速仪对1：200伊丽莎白女王级航空母舰上层建筑的非稳态气流进行测量，并与全尺寸的CFD航母尾流计算值进行比较，结果吻合良好。二是非直通舰船甲板空气流场结构化建模困难的问题。舰船甲板空气流场的建模是研究舰载机起降安全边界和起降动力学过程的重要基础，直通甲板的建模问题已于20世纪80年代得以解决，而非直通甲板舰船的空气流场结构形式更为复杂，其结构化建模问题仍有待解决。近年来，研究人员通过对非直通甲板舰船的空气流场的结构、形成机理进行探索分析，采用流场特性频域分析和数据拟合方法，解析了流场的稳态、周期和随机分量，成功构建了流场模型，并通过仿真验证了模型的有效性，初步解决了非直通甲板舰船空气流场结构化建模问题，得出了较为实用的结构化模型，大幅减少了机舰动态配合试验的工作量，使机舰组合风限图的制定更加高效，并为机舰动态配合实时仿真奠定了基础，有望为舰载机的安全起降研究提供重要支撑。三是风洞在预测舰船尾流场上能力不够的问题。迄今为止，风洞几乎是预测舰船尾流的最广泛工具，但其存在两方面的不足：一是尺寸与速度的问题，因为风洞模型合理的缩尺比例通常在1/100以内，因此匹配全尺寸雷诺数所需的速度难以达到，如果试图缩回到全尺寸值的话就会引起雷诺数与尺度的问题，即使认为这些流动在很大程度上与雷诺数无关，也无法得到最终结论，尺度问题始终是个问题；二是流场复杂性问题，舰船周围流场非常复杂，旋涡流与分离流是其主要特征，另外，舰船和舰载机工作过程中将产生严重的噪声问题等，虽然大部分特征可从表面测量获得，但脱体流场特征同样也是分析和理解舰船尾流特征的重要组成部分，不幸的是，在风洞中开展定量的脱体流场测量，通常既昂贵且非常困难。因此，风洞在预测复杂的舰船尾流场方面存在明显的能力不够的问题。舰船流场与飞机的干扰问题主要体现在直升机或旋翼机与舰船流场的干扰，包括直升机与静止舰船流场的干扰、直升机与舰船的动态干扰、多架直升机与舰船的动态干扰等。在直升机与静止舰船流场干扰方面，主要指气流流经舰船上层的不规则建筑、机库等非流线型钝体结构时产生复杂的下洗和侧洗湍流流场，流场相互耦合干扰，产生“陡壁效应”和“舰面效应”等多种现象，如图3所示为舰载直升机尾流与舰船甲板流场耦合干扰示意图。在直升机与舰船的动态耦合方面，主要需解决动态界面问题，直升机/舰船动态界面问题是海空作战中一个长期存在的问题，其最大的挑战是舰船尾流与直升机机库附近直升机下洗流的相互作用，此外，舰船尾流结构还要受舰船上层结构的影响。在多架直升机与舰船的动态耦合方面，逆风条件下，旋翼尾迹与甲板边缘和上层建筑产生的涡相融合后形成的上层涡是影响直升机顺风着陆的主要因素，多架直升机同时在顺风条件下起飞或降落时还会受到逆风旋翼尾流的影响，使甲板着陆操作更加复杂。受上层涡的影响，耦合舰船尾流中明显存在较高的湍流强度，导致非定常载荷值和扰动量急剧增加，直升机踏板控制裕度相应减小，而增加平移高度可以有效减弱上层涡的影响，从而降低非定常载荷值，减轻控制裕度限制。当甲板风角增大时，尽管没有形成上层涡，但倾斜的逆风旋翼尾迹与舰船尾迹中的剪切层相互作用，导致甲板上区域的湍流强度升高，非定常载荷、控制和姿态产生的扰动比逆风情况更明显和复杂，导致飞行员工作量加大。2006年，Polsky采用CFD技术对飞机和舰船的耦合流畅进行建模，验证了航母级舰船的耦合计算是可行的。2015年，文献利用数值模拟对单独直升机、直升机旋翼及机身流场、直升机整机着舰与舰船的耦合流场数据进行了研究，并将结果导入美军研发的CASTLE中进行计算对比，结果吻合良好。2018年，宗昆等对SFS2舰船与舰载机着舰耦合情况进行研究，运用嵌套网格方法对旋翼舰船耦合流场进行计算，得出了更为准确的流场细节。![]()
▲ 图3 机舰耦合流场特征
舰载平台相较于陆基，着舰区域非常有限，使得着舰的风险增加，为解决有限空间下舰载机正常起降，需要对舰载机的构型进行重新设计，目前主要考虑有垂直短距起降构型、变形机翼构型、飞翼构型等。短距垂直起降构型方面，美国从20世纪80年代初开始进行固定翼飞机短距垂直起降构型的设计，其所考虑的因素主要有推进气流、起飞/着舰/悬停等飞行情况以及布局特征等方面，其中，尤其需要引起高度重视的是推进气流与机体之间的干扰问题，比如，诺斯罗普公司设计的二维偏转喷管（ADEN喷管）偏转为垂直起飞状态时，周边的气流被夹带在机翼/机身上表面和双后体的顶部，而产生复杂的流动干扰。变形机翼构型方面，其在有限空间的着舰平台上受到了广泛关注和应用，目前，很多舰载机采用了折叠机翼技术，例如，美国的F/A-18和F-35C舰载机以及MQ-25无人加油机等，其通过机翼折叠可以减小全机外轮廓尺寸，提高舰上飞机数量，舰载机的折叠翼一般由内翼和外翼两部分组成，内翼与机身连成一体，外翼与内翼通过铰链固定连接，如图4所示。飞翼构型方面，飞翼布局无人机的一个重要优势是隐身性能好，因此上舰是其发展的主要趋势，但需解决机动性和起降性在气动布局设计上的矛盾，机动能力要求舰载机应具有较大的机翼后掠角，优良的起降性能则要求舰载机应具有较大的展弦比，添加翼尖增升减阻装置是解决航母狭小起降和存放空间的可选方案，因此，针对舰载飞翼无人机的气动优化要尽可能地减小诱导阻力，尽可能地增大升力系数，尽量减弱尾流下洗涡的强度来提高对尾流探测雷达的隐身能力，尽量不破坏飞翼布局的外形隐身性能，尽量不破坏机翼的结构强度等。![]()
▲ 图4 舰载机折叠翼模型
总之，在研究舰船有限空间下飞机构型设计时，需要从三个方面进行考虑。第一点是尺寸和质量，由于舰船空间有限，需要设计适应这些限制的飞机构型，包括考虑飞机的尺寸、质量和机动性。第二点是折叠机构和翼展设计，为适应狭小的舰载机库和甲板，可以优化飞机的折叠机构和翼展，有助于减小飞机在停放和起降时的占用空间。第三点是起落架设计，舰载飞机的起落架也需要进行特殊设计，以适应舰船甲板的形状和限制。研究舰载航空飞行器气动问题的方法
美国解决舰载航空飞行器空气动力学问题主要从尾流影响和舰面流场研究两方面入手，其中尾流影响的研究主要包括舰体布局对尾流的影响、上层建筑布置对尾流的影响、不同海况条件对尾流的影响及机舰耦合干扰等，研究航空飞行器气动问题所采用的方法主要包括数值仿真、地面试验和飞行试验。在数值仿真研究方面，美军联合多所大学围绕舰载平台的尾流场研究、流场与飞机耦合干扰研究、专用仿真工具开发等方面开展了多种形式建模与仿真工作，利用建模与仿真的成果解决舰载航空装备的空气动力学问题，提高设计效率。
尾流场研究方面，美国率先将CFD运用到舰船流场的数值模拟中，从20世纪90年代开始，以美国海军航空系统司令部的Susan带领的研究团队，开始了将CFD数值模拟运用到舰船气流场相关问题的研究上来。2000年，文献对两栖攻击舰LHA的空气尾流进行了时间精确的数值仿真。近年来，密歇根大学采用非定常分离涡模拟方法，对一艘简单的护卫舰上的流动进行了数值模拟，获得了甲板风流场，并将其用于直升机着舰的动力学研究原始输入。总的来看，孤立舰船流场研究的重要性毋庸置疑，人们对他的研究也朝着越来越精细、计算模型越来越精准、考虑影响因素越来越多的方向发展。
流场与飞机耦合干扰研究方面，主要任务是研究海面、船体与旋翼、固定翼飞机之间的气动干扰规律以及舰面效应，为提高舰载机海面作业的安全性、舒适性提供支持。美国海军学院、海军航空系统司令部、海军空战中心，以及NASA艾姆斯研究中心、爱荷华大学、宾夕法尼亚大学和CRAFT技术公司开展了大量研究工作，他们针对固定翼飞机和旋翼机分别开展了侧重点不同的耦合干扰研究。2014年，Crozon等采用定常作动盘法和非定常旋翼桨叶法对旋翼机/舰船耦合进行数值模拟，分析直升机靠近舰船时流场的耦合效应，图5为耦合计算时的网格示意图。
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▲ 图5 计算旋翼机和舰船耦合流场用的网格专用仿真工具开发方面，美国一直十分重视并推动建模与仿真工具的开发，美国防部、海军、海军研究办公室和多所大学更是在这方面大力开展投资，开发了多种建模与仿真工具，例如，美国海军研究办公室资助了动态界面虚拟环境（DIVE）项目，在海军研究办公室资助下，宾夕法尼亚州立大学、NAVAIR和燃烧研究与流动技术公司（CRAFT Tech）合作，开展了海基航空（SBA）虚拟动态接口（VDI）研究，旨在让海军通过使用真实-虚拟-本构模拟数据集，根本性改变海军认证起飞着陆包线（LRE）的流程，使其能够模拟飞机复杂的着舰过程，分析和评估飞行器设计，减少风洞试验和飞行试验次数。针对舰载航空飞行器开展的地面试验研究，美国海军有一个重要的机构扮演着十分重要的角色，即海军水面作战中心（NSWC）。除NSWC外，空军阿诺德工程发展综合体、陆军、NASA艾姆斯中心以及工业部门也开展了较多的地面试验研究，主要解决舰船平台甲板流场变化、舰载飞机起降、旋翼机的旋翼/机翼干扰问题等问题。NSWC于1914年建成了世界上最大的试验风洞，并在随后几年时间里进行了NC-4船身式水上飞机的风洞试验，为其首次成功飞越大西洋奠定了基础。在第二次世界大战后，相关设施被扩建并搬迁到卡德罗克，空气动力学试验设备也得到了显著扩张，美国新建了两座2.4 m×3 m的亚声速风洞，一座2.1 m×3 m的跨声速风洞，以及几座超声速及高超声速风洞。20世纪70年代初，海军舰船研发中心（NSRDC）接管了上述风洞设备，并建设了一座低湍流风洞，开展水面效应舰艇（SES）、垂直起降（VTOL）、短距起降（STOL）及舰船空气动力学等方面研究。研究人员还使用CVN-73和CVN-76两种航母的1/144缩比模型在风洞中对航空母舰的流场开展研究，以确定各种舰岛构型对甲板流场的影响，如图6所示。其最近开展的模型试验为海军最新战舰DDG 1000在海军水面作战中心卡德罗克分部的海军大型风洞中进行的试验。![]()
▲ 图6 CVN-76航母和未来航母CVN-21开展流场试验针对舰载航空器的舰载起降问题、飞机部件疲劳问题，美海军、空军、工业部门、NASA等部门开展了滑跃起飞试验、斜面着陆试验、垂直起降试验、风洞试验等地面试验。通过试验，美军找到了多款固定翼飞机存在的问题，验证了飞机的可靠性。针对舰载旋翼机的旋翼/机翼干扰问题、巡航状态下的气动效率问题、“甲板上侧滚”的问题，美国陆军/NASA等研究机构进行了一系列的气动设计和风洞试验、综合性多阶段计划。试验测得大量数据，为旋翼机的设计，改造提供了重要数据。近年来，随着无人机在垂直起降、空中悬停、任意方向飞行，起飞、着陆场地小等具有独特的优势，其在海上作战方面具有巨大潜力，地面试验的需求增加趋势明显。图7为一架小型无人机盘旋在风洞中进行试验，以测试一种智能绞盘，这种绞盘将允许系留无人驾驶飞行器在一艘自主、无人驻留的船上发射和降落。![]()
▲ 图7 一架小型无人机盘旋在风洞中进行试验针对舰载固定翼飞机的空投问题、垂直起降问题、颤振问题、高攻角气动问题，美海军、空军、工业部门、NASA等部门开展了飞行试验研究。通过试验，美军找到了多款固定翼飞机存在的问题，提供了解决问题思路，验证了飞机的可靠性。针对舰载旋翼机的高速垂直起降问题、近海战舰协同作战问题，美海军、空军、工业部门、NASA等部门开展了飞行作战试验。通过试验，美军找到了多款固定翼飞机综合情报、监视与侦察能力，高速起降的问题，提供了解决问题思路。针对无人机的陆上拦阻降落、舰上弹射起飞、海上触舰复飞和海上拦阻降落等问题，美军也开展了多项飞行试验。例如，针对垂直起降问题，美国开展了多项飞行试验。2010年3月，第一阶段F-35B短距垂直起降隐身战斗机首次在距地面45.72 m的空中实现悬停。8月，F-35B开展了在黄蜂级两栖攻击舰上的第二阶段海上舰载试飞，其飞行试验将扩展已有的弹射起飞与复飞包线，并进行首次海上夜间操作试验且完成了夜间垂直着陆。2017年11月28日至29日，美国海军开展混合动力多旋翼无人机系统舰上试验。2018年1月，美军针对F-35B战斗机进行了斜面垂直降落试验，试验模拟了全球远征的严峻环境，使F-35B减轻对地面垂直降落的要求，验证了F-35B在复杂地面情况下垂直降落的能力。2023年9月13日，美国贝尔公司宣布，已向美空军新墨西哥州霍洛曼基地交付其“高速垂直起降”（HSVTOL）概念原型，将用于演示验证和技术鉴定。该公司还将利用美空军阿诺德工程发展综合体的“高速试验轨道”，对折叠旋翼、综合推进和飞行控制等技术在有代表性的速度下进行试验。又如，针对舰载无人机的飞行验证试验方面，以诺格公司研制的X-47B为例，其相继成功完成了陆上拦阻降落、舰上弹射起飞、海上触舰复飞和海上拦阻降落等多项飞行试验，创造了航空史上的多项历史纪录。此外，X-47B无人机与F/A-18舰载机在罗斯福号上空以366 m高度和193 km/h的速度合作完成飞行演示验证，并撤离着舰区域，如图8所示。![]()
▲ 图8 X-47B和F/A-18着舰后撤离飞行甲板区域舰载航空飞行器气动技术未来的发展趋势
舰载航空飞行器涉及的空气动力技术主要包括气动布局技术、流动控制技术、地面试验技术和飞行控制技术，解决舰载航空飞行器在短距垂直起降、复杂耦合流场干扰、无人自主着舰等方面的任务需求。舰载航空飞行器气动布局技术目前的研究现状分固定翼飞机和旋翼机两个方面，固定翼飞机中的舰载战斗机和舰载无人机的布局重点突出了隐身化的特点，而运输机和预警机的布局基本上保持原有布局不变；旋翼机方面，尽管倾转旋翼相比单旋翼可以提高飞行速度，但其气动布局技术发展的主流仍然是单旋翼布局，而且没有迹象能看出倾转旋翼布局技术已完全替代单旋翼布局。随着发动机、材料、控制、气动等技术的发展，以及作战理论上的变化，在气动布局技术方面，未来主要需满足短距垂直起降和无人机自主着舰等需求，发展高升力构型和无尾飞翼构型是气动布局技术未来发展的主要趋势，从美国诺格、洛马、波音等多个公司发布的下一代舰载机的概念图都倾向于采用扁平融合机身、无垂尾外形也可以看出其迹象。另外，美国海军、国防高级研究计划局还在探索新式的舰载飞机，尤其是考虑布局构型更为灵活的无人机。不过，总体来说，舰载航空飞行器的气动布局受特殊空间环境的约束并没有过于追求新颖的功能，垂直起降气动布局是单旋翼、共轴、倾转、尾座、多旋翼独立发展，还是协同发展，相互填补不足，趋势仍不明朗。流动控制技术方面主要有被动流动控制与主动流动控制两种类型。被动流动控制技术主要通过优化舰船构型来实现流场的改善，还可以通过安装扰流装置以达到改善流场的作用。主动流动技术主要有射流控制、等离子体激励、多孔吹气等方式来进行流动控制。虽然国内外学者已开展了多种形式的主动和被动流动控制研究，在特定条件下实现了特定区域的流场控制，但仍然存在一些未解的问题，需进一步探索以闭环控制方式为重点的主动流动控制技术解决甲板风和控制区流场变化的问题，以及需对控制装置的系统设计和实装进行可行性分析，跳出理论探索阶段。近年来，被动流动控制技术与主动流动控制技术相结合的流动控制技术引起高度关注。例如，舰船上层结构迎风侧产生的尾流形成大尺度涡结构，这种非定常脉动对直升机的气动载荷产生较大影响，需要采用主动流动控制与被动流动控制相结合的方法进行处理。又如，杨穆清等［32］提出了一种基于柱状涡流发生器（CVG）的滑跃甲板尾流抑制方法，这也是一种主动流动控制与被动流动控制相结合的方法，可以有效降低滑跃甲板产生的舰尾流的影响，如图9所示。![]()
▲ 图9 安装CVG前后涡量等值面地面试验技术多年来重点发展风洞实验和实船测量。风洞试验可以清晰地展示舰载平台的流动现象和流动规律，但受风洞尺寸及洞壁与支架干扰的影响，获得的试验数据需要进行大量的修正才能应用于真实飞行器中。实船测量是另一种测量舰船流场信息和耦合干扰效应的重要手段，且测得的舰面流场数据较为真实，实用性强，但测量成本高，具有一定的风险。因此，目前的地面试验技术以风洞试验与实船测量相结合的方式为主。近年来，从美国所进行的与舰载航空飞行器有关的地面试验情况可以看出，有人无人协同作战逐渐成为美军作战的重点方向，新型无人机的需求日益增长使得无人机地面试验更加频繁，因此，未来地面试验资源将向无人机倾斜。此外，复杂气动环境对舰载飞机的飞行产生严重影响，需要通过开展复杂地面干扰试验进行攻关，彻底解决相关干扰问题。就实船测量技术而言，未来的发展方向不再只局限于舰船表面流场的测量，而是往空中和水下方向发展。针对复杂的飞行环境，只有对舰载航空飞行器实施严格的飞行控制技术，才能完成复杂的飞行动作。目前，先进舰载机都是通过实施飞行控制技术来实现高难度的机动飞行。例如，F-35飞机进行的大攻角机动飞行，是在对能量机动性、俯仰速率、大攻角等进行了大量的飞行控制测试之后才实现的。常见的飞行控制技术有自适应控制、模糊控制、神经网络控制、力学反转控制等，这些控制技术在固定翼飞机的飞行过程中发挥了重要作用。未来，飞行控制技术主要针对四个方面的飞行试验问题而展开研究：一是悬停与高速飞行相结合的复杂气动飞行试验，以提高直升机的速度、航程及生存能力等；二是多种难度大、气动力环境复杂的飞行控制试验，以满足严酷战场环境的需要；三是无人自主着舰飞行试验，其对飞行控制技术提出了更高要求；四是有人/无人编队飞行试验，其将对飞行控制技术提出新的要求。结束语
通过对美国舰载航空飞行器及其涉及的空气动力技术进行梳理，得到以下几点启示：（1）舰载航空飞行器未来发展的重点是短距垂直起降飞机和悬停与高速飞行相结合的飞行器。舰载航空飞行器在较长时间内主要为有人的战斗机和直升机，但随着舰载无人空中加油系统的进步，在可预见的未来有人/无人协同将是海上作战的主要样式。一方面要发展短距垂直起降飞机，另一方面要发展悬停与高速飞行相结合的飞行器，提高飞机的速度、航程和生存能力。（2）舰载航空飞行器的空气动力学问题非常复杂，既有陆基和舰基飞行器的通用性问题，更重要的是机舰适配性问题。舰载航空飞行器要实现在不同且狭小平台上的起飞，其对高升力气动布局、舰载平台外形尺寸等都有明确要求，尤其需要加强短距垂直起降飞机的空气动力学研究工作，例如增升装置、推力矢量喷管等实物装置的研究，另外，还包括发动机喷流与舰面流场耦合干扰等复杂气流流动问题的研究，甚至还包括气流流动抑制技术的研究。（3）美国开展舰载航空飞行器空气动力学问题研究的手段值得借鉴。美国针对舰载航空飞行器气动问题研究的常用手段是风洞试验、飞行试验及数值仿真，但三大手段各有优势，譬如，风洞试验可以清晰展示舰载平台的流动现象与规律，尤其是针对无人机的试验可解决复杂流场耦合干扰问题，但其受风洞试验段尺寸及洞壁与支架干扰的影响，试验数据需进行较大工作量的修正；又如，实船测量等飞行试验是一种测量舰船流场信息和耦合干扰效应的重要手段，测得的数据较为真实，实用性强，但其测试成本较高；此外，数值仿真近年来对舰载航空飞行器的发展起到了重要推动作用，但需要与试验数据进行验证与确认。因此，有必要开展三大手段融合研究，破解舰载航空飞行器的气动问题。来源 I 《战术导弹技术》2024年第5期
作者 I 刘晓波 陈涛 孙杭义 钟萍 何思利 石建军 周蜜
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