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采用弹射起飞/阻拦降落方式需要多大的甲板?

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采用弹射起飞/阻拦降落方式需要多大的甲板?

在关于航母的讨论中,大家往往对舰载机的起飞方式给予极大的关注,实际上降落安全性才是发展航母的技术瓶颈,而航母甲板的大小也主要由降落区的面积决定。因此,轻型航母的前途很大程度上取决于舰载机降落技术的进步。

舰载机在甲板上降落是一个充满了各种危险的过程, 微小的误差都可能导致冲出甲板或与舰上其他飞机相撞, 甲板的横摇幅度过大也会使舰载机机轮触及甲板时产生倾覆。甲板降落方式还带来了飞机结构增重, 因此与同类型的陆基作战飞机相比, 几乎所有的舰载机战术技术性能都有相当大的下降。

很显然,舰载机降落安全性与航母降落区的长度和宽度有很大关系。这和降落在陆上机场的道理是一样的,跑道越长越宽,降落的安全性越高。增加航母的排水量是一种降低舰载机降落难度的方法, 但要达到比较理想的效果,往往就不是轻型航母了。以美国尼米兹级航母为例,该级舰安装有4台C-13-1/2蒸汽弹射器,轨道长度不足百米,而降落区长度则达到256米左右。

采用弹射起飞/阻拦降落方式的航母,降落区面积均大于起飞区。二战中的美国大型航母通常把直通甲板的三分之二做为降落区, 长度在200米上下, 剩下的做为弹射起飞区。战后在“埃塞克斯”级的基础上改装的航母降落区长度146米, 一直使用到上个世纪70年代, 基本上可以满足使用要求, 只是在保证安全降落及飞行作业时有些不理想, 因此后来设计的航母降落区长度都有了较大幅度的增加。

一般来说,舰载机的降落速度越低越好,但飞机的降落速度越低, 操纵性就越差, 飞行轨迹就越不精确。为了着舰时保持正确下滑轨迹,避免进入失速状态,三代战机都在250千米/小时的速度范围进行下滑着舰动作。这一着舰速度对于轻型航母来说,甲板长度就有些吃紧了。不过,随之推力矢量技术的成熟,着舰速度完全能够大幅降低。

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法国戴高乐号航母安装了两套短版的C-13-3蒸汽弹射器。

如果舰载机采用矢量推力技术,由于矢量推力的操纵效果与飞行速度无关, 只要机翼能产生足够的升力, 就可以使飞机的最低平飞速度降低到与之相对应的速度上去。更为重要的是, 矢量推力能在较短时间内提供很大的操纵力矩, 响应速度比气动舵面灵敏得多, 因此能大幅度提高飞机的下滑轨迹精度。

对于舰载机而言,速度的降低和下滑轨迹精度的增加就意味着降落安全性的大幅度提高。美国利用F-15改装的矢量验证机进行了大量的短距降落和起飞试验, 通过试验得出的结论是起飞距离可以缩短到40%到60%, 降落距离也可以达到同样水平。

2003年,X-31试验机成功进行了世界上首次完全由电脑控制的超短距起降试验飞行。验证了装备推力矢量装置的舰载机可以采用“雀降”方式,即先以大迎角下滑, 在即将着舰时矢量喷管上偏, 使迎角进一步增大, 然后再反向,这样的降落轨迹可以大幅度降低着舰时的下沉速度和水平速度。

推力矢量技术配合大气数据系统和高精度信标着陆系统,未来舰载机的降落进场速度完全可以降低到180千米/小时,着舰精度从以前的纵向正负13米提高到正负2-3米的程度, 横向精度则可以达到0.5米以下的水平。预警机和其他支援飞机虽然不会采用矢量推力技术, 但同样可以在高精度定位技术的帮助下大幅度提高降落安全性。

目前,为了防止着舰时进场高度低而撞上降落甲板的起始端,舰载机的机轮触及甲板的位置大都在离起始端70多米处,以便为降落提供更多的“容错距离”。前述高精度的下滑轨迹有可能使舰载机机轮在降落甲板的起始端30多米处就开始触及甲板,降落区长度由此便可缩短40米。

舰载机降落技术的进步还表现在航母的甲板上。较之传统的液压制动器,电磁制动器具有重量轻、维修容易、制动过程平稳等优点,加上用轻质高强度复合材料制作阻拦索,电磁阻拦装置可以很容易地精确调节阻拦索两头的制动力大小,因此具有较高的“ 容错能力”。再考虑到舰载机着舰精度的提高,则阻拦索的绷紧宽度可以减半,降落区宽度可缩小三分之一以上。

如果综合运用上述基本成熟的技术,降落区甲板面积必将大幅减少,这对轻型航母的发展而言无疑是重大利好。美国海军几年前已经开始研究在高速穿浪船基础上提出的“海上箭手”轻型航母方案,该方案采用弹射/阻拦方式起降常规舰载机,以母船的高速行驶进一步降低舰载机降落时的相对速度,降落甲板长度不超过100米。

单从满足飞机安全起降而言, 航母能小到什么程度的唯一限制性因素是效费比, 采用什么样的甲板布局和效费比也紧密相关。考虑到起降技术进步对甲板利用率的提升,采用斜角甲板的轻型航母,在搭载有人驾驶轻型战斗机的情况下,战机搭载量和出动率都将有重大提升。在满载排水量不超过3万吨的情况下,有望达到戴高乐号现有的作战效率(满排4万吨),这对中小国家海军来说无疑有着极大的诱惑力。

原载于凤凰军事防务短评2011年6月30日

北纬40°作者赐稿 文 | 落日

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