舰载机起飞与降落技术

舰载机起飞与降落技术

1.起飞

一、蒸汽弹射

使用一个平的甲板作为飞机跑道。起飞时一个蒸汽驱动的弹射装置带动飞机在两秒钟内达到起飞速度。目前只有美国具备生产这种蒸气弹射器的成熟技术。在工作原理上，蒸汽弹射器是以高压蒸汽推动活塞带动弹射轨道上的滑块，把与之相连的舰载机弹射出去的。它体积庞大，工作时要消耗大量蒸汽，功率浪费严重，只有约6%的蒸汽被利用。为制造和输送蒸汽，航母要备有海水淡化装置、大型锅炉和无数管线，工作维护量惊人。它的最大缺陷在于因为弹射功率太大而无法发射无人机，现役的无人机因为重量轻，在弹射时机体会被加速度扯碎。蒸汽弹射有两种弹射方式：

（1）一种是前轮牵引式弹射，美国海军1964年试验成功。舰载机的前轮支架装上拖曳杆，前轮就直接挂在了滑块上，弹射时由滑块直接拉着飞机前轮加速起飞。这样就不用8－10甲板人员挂拖索和捡拖索了。弹射时间缩短，飞机的方向安全性好，但这种舰载机的前轮要专门设计。美国海军核动力航母都采用了这种起飞方式。

（2）另一种是拖索式弹射，顾名思义，就是用钢质拖索牵引飞机加速起飞，这种弹射方式比较老，各方面都不如前者好，目前只有法国的“克莱蒙梭”级航母使用。拖索式弹射时，甲板人员先用钢质拖索把飞机挂在滑块上，再用一根索引释放杆把其尾部与弹射器后端固定住。弹射时，猛力前冲的滑块拉断索引释放杆上的定力拉断栓，牵着飞机沿轨道迅速加速，在轨道末端把飞机加速到直起飞速度抛离甲板，拖索从飞机上脱落，滑块返回弹射器起点准备下一次工作。

二、斜板滑跳

有些航空母舰在其甲板前端有一个“跳台”帮助飞机起飞，即把甲板尽头做成斜坡上翘，舰载机起飞后沿着上翘的斜坡冲出甲板，形成斜抛运动。这种起飞方式不需要复杂的弹射装置，但是飞机起飞时的重量以及起飞的效率远不如蒸汽弹射技术。英国、意大利、印度和俄罗斯等国由于技术限制，无法研制真正在技术和工艺上过关的蒸汽弹射器，所以只能在本国航母上采用滑翘甲板。航空母舰都必须以20节（36公里/小时）以上的速度逆风航行，来帮助飞机起飞。

2、降落

一、垂直起飞

垂直起飞技术顾名思义就是飞机不需要滑跑就可以起飞和着陆的技术。它是从20世纪50年代末期开始发展的一项航空技术。英国、美国、俄罗斯的一些航空母舰采用这种技术。使用垂直起降技术的飞机机动灵活，具有常规飞机无可比拟的优点：首先，具有垂直起降能力的飞机不需要专门的机场和跑道，降低了使用成本。其次，垂直起降飞机只需要很小的平地就可以起飞和着陆，所以在战争中飞机可以分散配置，便于伪装，不易被敌方发现，大大提高了飞机的战场生存率。最后，由于垂直起降飞机即使在被毁坏的机场跑道上或者是前线的简易机场上也可以升空作战，所以出勤率也大幅提高，并且对敌方的打击具有很高的突然性。但使用垂直起降技术的飞机同时也有许多重大的缺点：首先是航程短，由于要实现垂直起降，飞机的起飞重量只能是发动机推力的83%-85%，这就使飞机的有效载荷大大受到限制，影响了飞机的载油量和航程。同时，飞机垂直起飞时发动机工作在最大状态，耗油量极大，也限制了飞机的作战半径。例如“鹞”式飞机的载重量为1060千克时，作战半径只有92公里。所以在实际使用中，“鹞”式飞机尽量使用短距起飞的方式，以延长飞机的航程。因此，垂直起落飞机又称为垂直/短距起落飞机。另外，由于垂直起落飞机在实战中，经常需要分散在野外，所以它的维护也非常的困难。垂直/短距起降飞机是海军青睐的机种，因为舰船上的飞行甲板的长度总是有限的，垂直/短距起落技术就显得尤为实用。装备英国“皇家方舟”号航母的“海鹞”就是“鹞”式的海军型。“海鹞”还使用了“斜曲面跃飞”的短距起落技术，通过在航母上安装12度的斜甲板，可以让飞机滑跑跃飞，再利用推力转向，使飞机在推力不足的情况下仍能在空中稳定加速。前苏联曾研制了雅克-38、雅克-141等型号的垂直起降战斗机。垂直起降技术虽然不是一个新技术，而且存在一些重大弱点，但是它的优点的确使人无法割舍。美国目前就正在发展新一代垂直/短距起降飞机（V/STOL）。随着航空科技的发展，垂直起降技术必将进入一个新的发展高峰。

二、电磁弹射

除此以外，电磁弹射器是下一代航母舰载机弹射装置，与传统的蒸汽式弹射器相比，电磁弹射具有容积小、对舰上辅助系统要求低、效率高、重量轻、运行和维护费用低廉的好处。美国海军从1982年开始进行电磁弹射系统的技术研究。直到2004年秋天电磁弹射器进入成品测试阶段，美国海军测试后选定通用原子能公司作为生产商。美国海军技术网站透露，通用原子能公司的系统采用线性电磁加速电动机，已经在新泽西州赫斯特湖试验中心完成了测试。电磁弹射器是一个复杂的集成系统，其核心是直线弹射电动机。这种电动机的概念类似磁悬浮列车采用的技术，与磁悬浮列车所不同的是，磁悬浮列车的运动是漂浮在空气中，而弹射电动机带有滚轮，带着一个往复车沿弹射器轨道滑行。工作时，电动机得到供电，往复车在电磁力的作用下，拉着飞机沿弹射冲程加速到起飞速度。飞机脱挂后，往复车受到反向力的制动，低速回到出发的位置。在技术方面，蒸汽弹射器和电磁弹射器之间的差别，如同老式蒸汽火车与现代磁悬浮列车之间的差别，这就决定了电磁弹射器在性能上遥遥领先。美国海军CVN-21级新型核动力航母，将取代现役的“尼米兹”级核动力航母，装备4台电磁弹射器的“福特”号航母，正是该级航母的首舰。

三、斜角甲板

美军的尼米兹级航母，可以发现，航母上有两条跑道，一条直的一条斜的，斜的那条就是斜角甲板，设置这两条跑道的目的是为了可以让航母同时进行起飞和降落作业，如果只有一条

直通甲板的话，飞机起飞时，只得让停放的飞机挤在飞行甲板后半部，而将前半部用作起飞的跑道。然而，这样做不仅影响了飞机的滑跑距离，还必须等飞机起飞腾出跑道，空中的飞机才可以降落，并且稍有不慎，后降落的飞机很容易碰撞到先降落的飞机上。斜角甲板终于由英国人在1952年2月发明成功。斜角甲板又叫斜、直两段式甲板，位于飞机甲板的左侧，与舰艇艏艉中心线呈6～13度夹角。有了这角度，飞机降落就可与停驻的飞机和起飞作业区分流，同时还可实现弹射和回收作业同时进行。回收区的角度相当重要。角度愈大，对驾驶员着舰的难度就愈大。此外，斜角甲板的设计还可使降落区免遭左舷前弹从喷气火焰挡板引出的热气流，从而降低空气紊流的干扰。通常，斜角甲板上只装有供飞机降落用的阻拦索。然而，极少数航空母舰的斜角甲板上也装有一两座弹射器，其目的在于在没有飞机降落时供飞机起飞之用。而“库兹涅佐夫”号航母那样的，37度或43度滑撬式飞行甲板，则是不能用来降落的，只有滑跳起飞的作用。

四、降落过程

在航空母舰上降落，尤其是在夜间或在天气不好的情况下，是最困难的飞行技巧了。以美国航空母舰为例，降落过程是这样的：首先回归的飞机要进入环绕母舰的环型航线以降低飞行高度和速度，有些时候可能还需要脱离等待中的降落航线去进行空中加油。在降落时飞机的速度要降低到几乎失速的地步。飞行员将放下起落架、襟翼与空气减速板，将捕捉钩伸出，维持一定的速度和下滑速率。航舰上的降落官指挥飞机降落，他不断地告诉飞行员，他离最佳情况的偏差是多少；航空母舰上的灯光提示飞行员，下降时的角度是否正确。在航空母舰的飞行甲板后部有四条拦截索（尼米兹级航母第九艘CVN76“罗纳德里根”号只有三根）。降落的飞行员必须让捕捉钩挂上其中一条。在最佳情况下他应该挂上第三条，假如他挂上前两条，那么他的下降角度太平，假如他挂上最后一条，那么他的下降角度太陡。在着陆时飞行员必须将飞机完全压低，这样他可以保证钩住一条拦截索。同时他必须将发动机开到最大，这样假如他没有挂上拦截索的话他可以在最短的时间之内加速离开甲板，重新回到降落航线。拦截索是由液压制动的，它可以在两秒钟和50米内使飞机停下来。飞行员会依照甲板上的地勤人员的指示将发动机的推力降低到慢车并且离开降落区。在紧急情况下，比如飞机的挂钩损坏了，飞机无法使用拦截索停下来，在甲板上可以拉起拦截网来协助飞机迫降。又或者飞机会再次拉起，重新降落。