海上霸主的兵器谱

海上霸主的兵器谱 一个世纪以前的1910年11月14日，美国特技飞行员尤金?埃利驾机从“伯明翰”号巡洋舰的临时起飞平台上晃晃悠悠地飞了起来;两个月后，还是这位埃利，又驾机颤颤巍巍地降落在了“宾夕法尼亚”号装甲巡洋舰的木质飞行甲板上。在当时，很少有人知道，埃利的这两次冒险尝试，对未来的海上作战模式带来了什么样的影响。 飞机诞生之初，有识之士已经认识到了其潜在的军事用途，但大多数人认为飞机仅适用于陆上作战。而说到将飞机用于海战，就不能不提法国人克莱芒?阿代尔于1909年完成的《军事飞行》一书。尽管书中的许多观点在后来被证实并不正确，但他列出了军舰为满足飞机在舰上起降所必需的几个条件，却恰好地指出了未来航空母舰的发展方向。这些条件包括平坦宽阔的起降甲板、甲板升降机、岛式上层建筑、机库，以及舰艇自身的高航速。必须承认，克莱芒?阿代尔的《军事飞行》还是相当具有前瞻性的。 1 差不多在同一时期，美国海军也有让飞机从战舰上起飞的设想，但一直未能付诸行动。让美国人最终下决心开始飞机上舰试验的原因，也很富于戏剧性。1910年，《世界报》上刊登了一篇报道，内容是德国人准备在一艘航行于汉堡至纽约航线的德国邮船上进行一项试验，让一架装载邮件的飞机从邮船前甲板起飞，先于邮船到达纽约，以此缩短邮件投递时间。这下敏感的美国人坐不住了，他们怀疑德国人是借着运送邮件的幌子，在试验一项突袭美国本土的新技术。美国海军立刻开始了行动，海军物资局局长助理欧文?钱伯斯上校很快被任命为飞机舰上起飞试验的总负责人。钱伯斯设法募集到了一笔经费，并获得了飞机设计师格伦?寇蒂斯和其公司的飞行员埃利的帮助。试验小组开始在锚泊于汉普顿的巡洋舰“伯明翰”号前甲板上搭建木质起飞平台，准备着手试验。这时戏剧性的场面又出现了:还是那家《世界报》，宣布将支持寇蒂斯公司的另一位名叫麦迪克的飞行员进行飞机船上起飞试验，时间是当年11月12日，抢在了海军试验的前面。可惜12日当天试验飞机发生了事故使试验流产。受到意外竞争的刺激，海军试验小组与诺福克船厂加班加点完成了起飞平台的搭建，终于让埃利在14日拔得了头筹。考虑到试验中使用的都是寇蒂斯公司的飞机，这些戏剧性故事的背后，总有着一丝丝阴谋的味道。 总之，飞机终于上舰了，并由此演变成航空母舰与舰 2 载机，人类战争史上的一件超级兵器诞生了。“天下英雄出我辈，一入江湖岁月催。”历经百年的风雨征程，包括第一次、第二次世界大战血与火的考验，航空母舰/舰载机从舰队的飞行侦察兵、战列舰的小跟班，逐步成长为舰队的带头大哥、让战列舰乖乖做贴身保镖的海战霸主。其曲折的过程，活像一部少年侠客闯江湖、终成武林一代宗师的长篇励志(或狗血)武侠小说;航母与舰载机组合在实战中形成的迥异于其他舰艇、战机的那些技术特色，则类似于大侠行走江湖时修炼成功的各项独门绝技。 在古龙的武侠小说里，有位名叫百晓生的武林前辈写了一本《兵器谱》，对江湖上各门各派功夫与武器做了点评和排序，堪称行走江湖的必备参考书。本刊也仿效百晓生前辈，斗胆对航母/舰载机的独特技术妄加点评，因水平有限，故谦称“十晓生”。希望各位江湖高手，多多指教。 舰载机起飞的抉择——蒸汽弹射器与电磁弹射器 舰载机的起飞，是一个复杂的问题，也是建造航空母舰的关键技术之一，尤其是在速度快、重量大的喷气式舰载机出现之后。对致力于发展航母力量的国家来说，究竟要选择一种什么样的起飞方式，显然是需要反复斟酌权衡的大事。 从目前部分航母的使用经验看，采用滑跃起飞模式似乎存在着诸多优点，但同时也存在一些无法避免的缺陷。更 3 重要的是，重型战机难以满载起飞，对舰载固定翼预警机的性能要求非常高，而大型预警机的缺失将严重影响航母编队的战斗效能。正因为如此，滑跃起飞模式在某种程度上只能是一种替代的解决，大功率弹射器成为发展大型航母的必由之路。 事实上，舰用起飞弹射器的发展可以一直追溯到一次世界大战之前。1912年，美国海军采用压缩空气做功原理设计了第一台试验用弹射器，1919年设计制造了AMK1型气动盘式弹射器， 1922年在“马里兰”号战列舰上成功弹射了第一架飞机。1918年，纽约的一名机械师采用电动机拖动飞轮进行储能的形式，设计出了F系列的MK1、MK2型飞轮弹射器。1928年3月将T3M2型双浮筒水上飞机成功弹射起飞，美国海军据此试验开始了平甲板型航母使用弹射器弹射陆基飞机的计划。 1928年前，弹射器主要在战列舰和巡洋舰上安装使用，而在航母上却显得不那么重要，活塞螺旋桨战斗机凭借甲板风就可以实现自主滑跑满载起飞。但随着飞机的进步和作战经验的积累，弹射器在航母上应用的优越性日益明显:能使小型航母起飞重型飞机，使其具有更大的作战能力;提高航母飞行甲板的载机数量;可以节省燃油、增加飞机的续航能力;能使飞机在横甲板风和零风速时顺利起飞;为设计高性能飞机创造了条件，等等。这些优点引起了美国军方的 4 重视，促使其加快了航母弹射器的发展步伐。1935年，美军研制成功的第一部H 系列MK21型液压弹射器，能将2500 千克重的飞机在11.3米距离内加速到39 节(约72千米/小时);改进后的MK22 型弹射器则能将5000千克的飞机在24米的距离内加速到61节(113千米/小时)，成为二战初期性能最好的弹射器。1945年底诞生的MK28型弹射器达到了液压弹射技术的巅峰，能在53.1 米的冲程内将6800 千克的飞机加速到104节(192千米/小时)。即便如此，这些弹射器也难以满足二战末期刚刚出现的喷气式飞机的上舰使用需要。在这种情况下，功率更为强大的蒸汽弹射器登上了航母的甲板。 蒸汽弹射器的问世缘于喷气式飞机的出现。由于喷气式飞机起飞距离的增大和飞机重量的增加，要求弹射器的功率随之加大，可是当时使用的液压弹射器已经达到技术极限。且弹射器的液压油在高速流动推进时有沸然现象， 安全性和可靠性存在极大问题。当时，弹射器已成为延误航母使用喷气机的主要原因。鉴于高能弹射的急迫需要，美、英等国决定着手开发一项新的弹射技术。不久，英国皇家海军预备役中校科林?米切尔建议尝试使用舰上主锅炉产生的蒸汽，直接驱动弹射器。既基于往复蒸汽机原理，锅炉内的蒸汽借助于储气筒蓄压，弹射时高压蒸汽进入汽缸，推动活塞做功并带动飞机迅速加速至起飞速度。 短短几个月 5 的时间，英国便完成了从提出方案到制造出演示装置的整个过程;随后，皇家海军又展开了初步试验，证实了蒸汽弹射器的功率远高于液压弹射器，而且其弹射所造成的蒸汽消耗对整体推进功率影响不大;可靠性和安全性也比液压弹射器更高。1950 年，英国海军开始在“英仙座”号航母上正式对蒸汽弹射器进行系列试验。试验中，研究人员成功地解决了影响开缝式汽缸工作的两大问题:汽缸缝受缸内压力扩张和弹射汽缸本身受热后变形。1952 年，蒸汽弹射器试验最终取得成功， 很快开始装备部队。美国直接参与了“英仙座”号航母的蒸汽弹射器试验;此后，又将研制成功的C 11 型蒸汽弹射器装备在”汉考克”号航母上，并于1954 年6 月1日成功完成弹射操作。从此，航母使用蒸汽弹射器日渐普遍，整个过程只花了10年时间。 与滑跃式起飞相比，使用功率强大的蒸汽弹射器有着诸多的优势。弹射起飞作业相对比较安全。舰载机在弹射过程中始终被固定于弹射滑块之上，其运动轨迹是沿着弹射轨道进行的直线运动，舰载机在侧风有害气流场等不利因素的干扰下，不会发生滑出跑道的安全事故，使得舰载机能够保证较高的起飞成功率;弹射起飞方式可以借助蒸汽锅炉提供的动力，实现较大重量舰载机的起飞作业，相同型号舰载机若使用弹射起飞方式，可以比滑跃起飞节省大量燃油;增大作战半径，同时可以携带更多更重的武器增强自身战斗力， 6 使整个航母编队的威慑力与作战能力得到大幅提升;由于没有滑跃起飞甲板，弹射起飞方式为整个航母甲板作业提供了较大空间，有效提高飞行甲板面积的利用率;蒸汽弹射器可以根据不同海洋环境对弹射滑块拉力等相关参数进行调节，可以克服不良气候、不良海况对起飞作业过程的影响，实现舰载机的全天候安全起飞。 蒸汽弹射器原理简单，但研制难度很大。经过多年的实践，美国海军的蒸汽弹射器已经形成了系列化和化，其中C 13系列是现有的可靠性较高、性能十分稳定、弹射输出功率大的一型蒸汽式弹射器。目前，作为第一航母大国，美国现役航母装备了清一色的C 13-2型蒸汽弹射器。历经在半个多世界的使用过程，其高可靠性早已得到各种飞行实践的验证。时至今日，在近千万次的舰载机弹射起飞中，尚没有一架因装置本身故障而出现事故。不过，世界上并没有真正十全十美的事情，蒸汽弹射器同样如此。现有的蒸汽弹射器最主要的不足在于操作过程没有闭环控制，会使机身受到不必要的过应力，用于无人舰载机的弹射将面临一系列问题，而且其体积庞大、效率低、维护困难的问题俞发突出，特别是随着现代战机性能、质量、速度的提高，蒸汽弹射器的改进手段已经到了瓶颈，已难以再有提高。这样，世界主要航母国家开始面临着新一轮的抉择:在发展新一代大中型航母的问题上，是继续延用可靠但笨重的蒸汽弹射器，还是 7 将目光转向新兴的电磁弹射装置。 电磁弹射器主要包括储能系统、电力电子系统、直线电机、控制系统，另外还要有冷却系统、预加动力装置、减速缓冲与刹车装置等。整个系统的工作过程是:系统操作战位根据下达的指令输入相关数据与参数，控制系统进行信息处理后向电力调节系统传递相应控制信号;电力调节系统把储能系统输入的电能量转换成精确的脉冲电压和频率，并把该动力输入驱动装置的弹射电动机，直线电动机的次级便产生等加速运动并带动飞机移动;加速一定距离飞机达到预期速度后，瞬时对电动机次级进行制动，而飞机在惯性作用下继续向前运动，使飞机在短距离内获得一定的前进能量，同时依靠飞机发动机的动力，一同推动飞机前行，实现飞机在航母上的起飞。 电磁弹射器实质是能量型直线电机。直线电机的动子滑块在电磁力作用下，通过拖钩拖动飞机，使其达到起飞速度。而从控制系统的原理分析，飞机电磁弹射系统属于电气控制系统。由于系统的主回路结构可以设计成一个闭环速度调节装置，使系统具有自动调节特性，工作时速度可控性好，因此与蒸汽弹射器相比电磁弹射器具有一些无法比拟的明显优势: 1. 可控性好。电磁弹射系统采用了先进的检测技术和闭环矢量控制技术，弹射适应能力强，不但能弹射重达30 8 多吨的重型飞机，也能弹射数百千克的无人机，提高了航母的作业适应能力。同时，恒定的加速性(加速度峰均比 20世纪90年代，美国海军在设计下一代航母时提出了全电军舰的概念，要求舰上不再采用蒸汽、液压等机械手段，其中最重要的技术革新就是电磁弹射器(EMALS)取代蒸汽弹射器。通常海军舰船，尤其是航空母舰上的蒸汽和液压装置维修是很麻烦的事情。这些系统维修劳动强度大，运行成本高。此后有关“电磁”还是“蒸汽”的争论一直不断，电磁弹射器的研制也远非一帆风顺。但到2009年5月5日，美国海军有关项目负责人宣布，虽然在新建造的“福特”级航母上安装电磁弹射系统会使工期推迟15,18个月，还要花费数亿美元，但与蒸汽弹射器对比评估后，最终决定，仍要采用电磁弹射器。 “十晓生”点评 蒸汽弹射器是现代航母的三大绝技之首，打开了喷气式战机上舰的大门。从苏联/俄罗斯发展航母多年最终无奈采用了滑跃式起飞，到法国“戴高乐”号航母采购美国的弹射器，可见其研制难度非同一般。它就像“易筋经”和“九阳神功”一样，一旦练成，则终生受益无穷。电磁弹射器的出现，似乎为尚无法攻克蒸汽弹射器技术难关的国家提供了一条捷径。但它毕竟不像蒸汽弹射器那样久经考验、坚实可靠，最后能否成为“九阴真经”而力压前辈，还需经历更多的风 9 雨。 修炼难度: ?????(蒸汽弹射器)?????(电磁弹射器)功力指数:?????(蒸汽弹射器)?????(电磁弹射器) “一心”也能二用——斜角飞行甲板 自诞生之日起，宽阔的飞行甲板一直是航空母舰区别于其他舰船的显著特征。二战结束后，经过战火洗礼的航母普遍采用了直通式飞行甲板、右舷岛式上层建筑的构型。进行起飞作业时，飞行甲板前部为起飞区，后部为停机区;进行舰载机回收作业时，前部为停机区，后部为着舰区。 实战中，航母强大的威力有目共睹，但也暴露出了其存在的一些问题。首先，舰载机的起飞和着舰不能同时进行，严重影响航母作战效能的发挥。其次，回收作业时，停机区阻碍了着舰飞机的复飞，一旦着舰失败，而作为最后手段的拦阻网也没能发挥作用，飞机将直接冲进停机区导致机毁人亡，甚至进一步引发爆炸、大火等更严重的事故。 在螺旋桨飞机时期，这些问题尚不明显。喷气式舰载机的出现后，由于其与螺旋桨飞机迥异的飞行特性，这些问题变得非常突出。最开始，英国皇家海军采用增加拦阻索与拦阻网的方法，但也仅适用于早期的平直喷气式舰载机。随着速度更快的后掠翼喷气式舰载机的出现，要彻底解决上述 10 问题，必须对航母飞行甲板的构型和相关的飞行辅助设备做出重大变革。 链接:螺旋桨飞机与喷气式飞机的着舰 螺旋桨式飞机在触舰前，LSO会向发出“切断”信号(Cut，这也是光学助降系统中切断灯的由来)，提示飞行员关闭发动机(将油门/阻风门关至最小)。发动机关车后，飞行员会适时将飞机拉平，再利用螺旋桨的刹车效应，飞机能很柔和地接地(飞行甲板)、钩住拦阻索、停在适当的位置。因为螺旋桨发动机响应很快，如果关车后位置不合适，LSO会发出“复飞”信号(Wave Off，即光学助降系统中的复飞灯)。飞行员可以及时加大油门，中断着舰复飞。 喷气式飞机着舰速度快，发动机操纵响应慢，又没有螺旋桨的刹车效应，很难利用接地前拉平的方法轻柔着舰。而且关闭发动机后，一旦需要复飞，将无法及时加速拉起，会使飞机处于危险的境地。因此，喷气式飞机着舰时，飞行员会始终保持发动机的推力，以均匀的下降速度“撞向”甲板，当尾钩确实钩住拦阻索后，才关闭发动机。 最初，皇家海军设想采用带充气缓冲垫的“柔性甲板”，让无起落架的舰载机在短距离内减速停止。尽管柔性甲板试验的结果还算成功，但该方案仍面临着无起落架飞机的陆基适用性和甲板移动不便等很难克服的难题。1951年8月，皇家海军资深飞行员、当时在军需部任职的丹尼斯?坎贝尔上校 11 在考虑替代柔性甲板的方案时，发现只要将甲板向左舷的方向偏转约10度，很多问题都可以迎刃而解。于是他在一次讨论柔性甲板的会议上提出了斜角甲板的设想，并获得了主持柔性甲板研究工作的刘易斯?波丁顿的支持，将斜角甲板的原理进行了完善。1952年，皇家海军先后在“凯旋”号和“光辉”号航母上进行了斜角甲板测试，结果非常成功。这样，航母发展史又一项重大的技术突破——斜角飞行甲板问世了。 在1951年9月的范保罗航展上，美国海军代表团与英国海军部的会谈中，坎贝尔上校提起了斜角甲板的概念，马上得到了美国同行的重视。几乎与皇家海军同时，美国海军也在“中途岛”号航母(CVA-41)上进行了斜角甲板试验，并与1952年底将“埃塞克斯”级航母“安提坦”号(CV-36)改装成了世界上第一艘配备斜角甲板(10.5度斜角)的航母。 坎贝尔将斜角甲板的角度定在10度左右，也是有其理由的。过小的斜角会使得斜角甲板的作用不能充分发挥;过大斜角会加大舰载机进场降落方向与航母行进方向的角度差，增加着舰难度。也因此，皇家海军陆续将“胜利”号、“鹰”号等航母的斜角甲板从最初的5.5度改为了8.5度。美国海军新建的“福莱斯特”级、“小鹰”级和“企业”级航母都采用了10.5度斜角甲板，直到“尼米兹”级航母才改为9.5度。 斜角甲板的出现，使得航母的降落区与起飞区得以分 12 离;甲板设计符合喷气式飞机的着舰方式;降落的飞机着舰失败时可以再次复飞;舰艏与右舷区域可以同时进行舰载机的起飞作业。由此，不仅能适应高速喷气式飞机在航母的上舰操作，还同时提高了舰载机降落的安全性和甲板作业的效率。 “十晓生”点评 甲板偏转的一个小角度，让航母战力前进了一大步。斜角甲板是现代航母的三大绝技之二，典型的付出小，收益大。另外，斜角甲板不仅解决了喷气式舰载机着舰的一大难题，在作战时，还可以利用斜角甲板与舰艏同时放飞舰载机，增大了战机的出动速度，增强了航母的打击力量。从这个角度上讲，它有些像周伯通的“左右互搏之术”。只是“左右互博”要像郭靖这样的“一根筋”才能炼成，而斜角甲板的修炼难度就低多了，只要不是“一根筋”，都能练成。修炼难度:?? 功力指数:????? 带你回家的光明之路——光学助降系统与LSO 在人们眼中，航空母舰无疑是个庞然大物，但在舰载机飞行员看来，航母的飞行甲板却是又短又窄，要在上面安全降落，可是非常不容易的。 早期的双翼机失速速度低，可以用较慢的速度进近、降落，因而在航母飞行甲板着舰相对比较简单。但飞行员视野容易受机翼、支柱等遮挡，后三点式飞机在降落时机头上 13 仰，也不便于前向观察，这些因素使得飞行员不容易判断飞机与飞行甲板的正确位置。为保证降落安全，需要有专人在甲板上引导飞行员着舰。随着飞机性能的提高，尤其是全金属单翼机的出现，着舰的操纵越发复杂，对舰上引导人员也越发依赖。由此，逐步发展出了航母上一个非常重要的职位——着舰指挥官(Landing Signal Officer，LSO，又称降落信号官)，也形成了一套标准化的指挥信号旗语。 LSO一般为经验丰富的飞行员，二战中美国海军的LSO还需进入专门的学校接受。LSO的要求非常高，为了帮助飞行员安全降落，他们必须能够正确判断出舰载机进近与着舰的姿态是否正确，并及时给出相应的操作指示，优秀的LSO甚至能熟悉舰上每位飞行员的操纵习惯与优缺点，并有针对性地进行指挥。发出信号的方式，也从手势挥舞过渡到彩色信号旗，最终发展为球拍状彩色信号板(夜间用发光棒或闪光灯)。LSO的出现，为提高舰载机降落准确性、减少着舰事故，做出了很大的贡献。 链接:史上最牛LSO迪克?特里普 迪克?特里普中尉是美国海军“约克城”号航母(CV-10)上的LSO，曾在1943,1945年间，累计引导超过1万架次的舰载机安全着舰。其中最为人们津津乐道是下面这两次。 1943年11月，塔拉瓦岛战役期间，“约克城”号航母舰载机联队克罗姆林中校驾驶的F6F座舱中弹，破裂的风挡 14 遮住了前向视野，中校的左眼也负伤。在好不容易由僚机引导飞回航母后，能否安全降落就成了大问题。此时特里普不负众望，引导只能用右眼从侧方观察引导信号的克罗姆林准确进场，第一次降落就成功钩住拦阻索～ 1944年6月的马里亚纳大海战中，美第58特遣舰队于20日下午出动舰载机群攻击日本海军主力舰队。获胜的美军攻击机群返航时已是晚上8点多，燃料不足的近200架飞机只能在昏暗的夜色中降落。尽管特遣舰队冒险打开了舰上照明灯和探照灯协助降落着舰，但混乱与意外仍造成了80架战机在降落过程中损失，而这次出击的作战损失仅为40架。不过，有特里普坐镇的“约克城”号航母安全接回了降落该舰的全部飞机，没有任何损失～特里普高超的着舰引导技巧可见一斑。 二战以后，追求高速性能的喷气式飞机逐步开始上舰，也为航母上的进场降落带来了新的难题。虽然斜角甲板的出现，解决了喷气式舰载机着舰-复飞的问题，但喷气式飞机进场速度高，大大缩短了飞行员与LSO做出判断和传递信号的反应时间，以致事故率不断上升。此时，需要一种能适应喷气式舰载机着舰模式(降落过程中维持发动机推力、保持固定下降率)的新型航母着舰引导技术，以取代完全依靠LSO目视判断的人工引导进场/降落方式。 1951年，当时在英国皇家海军军需部任职的尼古拉 15 斯?古德哈特中校，受办公室女秘书对着镜子抹口红启发，发明了一种引导战机按预定下滑角降落着舰的新技术，这就是第一代光学助降系统——“反射镜式着舰辅助系统”(Mirror Landing Aid System)。 反射镜式着舰辅助系统的基本原理，是以多盏探照灯作为光源，以大型柱状凹面镜作为反射镜，反射镜两旁各有一排绿色灯作为基准线。反射镜与铅垂线成3度角安装在航母斜角甲板左舷的稳定平台上，几十米外的光源投射在反射镜上形成光球(美国海军昵称“肉球”，英国皇家海军昵称“光点”)，反射的光线在空中形成一条约为3度的下滑道。飞行员进近时，通过观察反射镜上的光球位置，便可大致判断出下滑角是否正确:光球在基准线之上，说明下滑角过大;光球与基准线重合，说明下滑角正合适;光球低于基准线，说明下滑角过小。1952年，皇家海军“光辉”号航母安装了一套反射镜式着舰辅助系统进行测试，证明该系统效果非常好，并根据实际使用经验对光源、反射镜、基准灯进行了改进，还增加了禁止降落的复飞(Wave Off)警示灯与切断(Cut)指示灯。 反射镜式着舰辅助系统的出现，极大地提高了舰载机的着舰准确性，大幅度减少了人为失误带来的降落事故，尤其适合引导喷气式飞机着舰。该系统为美国海军引进后，资深飞行员担任的LSO配合反射镜式着舰辅助系统的运作模 16 式也获得了很大成功，使得航母的着舰事故率从35次/万架次，很快降到了7次/万架次。 链接:非凡的古德哈特 发明反射镜式着舰辅助系统的尼古拉斯?古德哈特中校，有着丰富的经历。他曾在英国皇家海军任水面舰艇军官、战斗机飞行员、试飞员。有意思的是，古德哈特中校为军需部的同事们首次演示反射镜式着舰辅助系统原理时，用的就是女秘书的口红和镜子。他先用口红在镜子上画了一条水平的基准线，然后将镜子稍向后倾斜放在桌子上，口红立于镜子前方一段距离处。通过观察口红顶端在镜子中的影像是否与基准线重合，就能判断观察者是否处于正确的观测角(相当于降落时的下滑角)。反射镜式着舰辅助系统的发明意义深远，美国海军为此向古德哈特中校颁发了军团功绩勋章。此外，古德哈特本人还是位滑翔运动的高手，他是滑翔世锦赛的英国代表队成员，并曾获得过世界冠军，还创造过英国滑翔机的爬升与距离纪录。 在反射镜式着舰辅助系统的基础上，针对其不足，美国海军研制了第二代光学助降系统——“菲涅尔透镜光学着舰系统”(FLOLS，Fresnel Lens Optical Landing System)。FLOLS与反射镜式着舰辅助系统的原理基本相同，只是以5盏垂直排列的方格形菲涅尔透镜灯(上面4盏为橘黄色，最下面1盏为红色)组成的中央光学单元代替了后者的反射镜与光源，保留了绿色基准灯，并 17 增加更多的复飞指示灯与切断指示灯。 使用中FLOLS与反射镜式着舰辅助系统也基本一致，只是以菲涅尔透镜灯代替了光球。飞行员降落时，通过观察菲涅尔透镜灯与基准灯的相当位置，可以准确地判断出自身的下滑角:橘黄色菲涅尔透镜灯高于基准灯，表示下滑角过高;菲涅尔透镜灯稍高于基准灯，表示下滑角稍高;菲涅尔透镜灯位于基准灯中间;表示下滑角合适;菲涅尔透镜灯稍低于基准灯，表示下滑角稍低;看到低于基准灯的红色菲涅尔透镜灯时，表示下滑角过低已危及安全，必须马上拉起。复飞灯与切断灯标示禁降复飞或可以进场降落，由LSO手中的皮克勒控制。 菲涅尔透镜灯的指向性非常高，可在航母后方形成5层光束(4橘黄1红)组成的下滑坡道，配合复飞灯与切断灯，借助LSO的丰富经验，在引导舰载机降落时，比反射镜式着舰辅助系统更精确、作用距离更远。因此，从20世纪60年代开始，FLOLS便逐步取代反射镜式着舰辅助系统装上了美国海军航母。 此后，美国海军在使用中对FLOLS做了进一步的改进，并最终在80年代末研制出了第三代光学助降系统——改进型菲涅尔透镜光学着舰系统(IFLOLS)。与FLOLS相比，IFLOLS的设计改进主要有:增强了菲涅尔透镜灯的可视距离;原来的5盏方格形菲涅尔透镜灯增加为12盏圆形 18 垂直指示灯，并改用新型光源;基准灯与警示灯也做了调整;配用新型数字控制系统与稳定系统。因此，IFLOLS的有效作用距离更远，光束下滑坡道从5层增加到了12层，下滑角指示更精确、更灵敏，可引导速度更快的F/A-18E/F“超级大黄蜂”精确着舰，全系统的稳定性、可靠性与可维修性都有提高。 另外，美国海军航母上还备有一套“人工操作视觉着舰辅助系统”(MOVAS， Manually Operated Visual Aid System)用于训练和FLOLS及IFLOLS的备份。该系统的光源灯箱，用两列垂直安装的23盏指示灯来代替菲涅尔透镜灯，其他配置都大致相同。使用时，由LSO手动控制光源灯箱，以3盏或4盏为一组亮起，模拟菲涅尔透镜的光球位置。 随着X-47B无人机成功完成自主着舰试验，全天候自动着舰系统有望在未来装备航母。但是，光学助降系统依然有着直观、可靠、抗电磁干扰性强等优点。美国海军最新型的“福特”号航母，依然装备了IFLOLS。 “十晓生”点评 光学助降系统的出现，摆脱了单纯依靠飞行员/LSO的目视观察与个人经验引导飞机着舰，让飞行员有了可靠的降落参照指示系统，是航母舰载机降落引导技术的革命性进步。光学助降系统，为喷气式战机上舰铺平了最后的光明大 19 道。在现代航母的三大绝技之中，它位列蒸汽弹射器、斜角甲板之后，排在第三位。正是这被称现代航母最重大发明的三项绝技，让航空母舰最终坐稳了海上霸主的宝座。光学助降系统之于航母，好像武林高手打通了任督二脉，多年苦练修炼的内功心法终于可以运转自如，已然是一派宗师的风范了。修炼难度:??? 功力指数:????? 上翘的舰艏——滑跃式起飞甲板 提起滑跃式起飞甲板，最早开始使用这项技术的是著名的英国“无敌”级轻型航空母舰。但最早提出“滑跃起飞”概念并付诸行动的却是美国。20世纪50年代，美国国家航空航天局曾经为航母设计过一种前部稍稍斜向上翘的起飞甲板。不要小看飞行甲板前端这简单的一翘，理论计算表明，它能在舰载机离舰的瞬间对其产生一个向上的推力分量，等于在达到平飞速度前为飞机提供了额外的升力。随后的飞行试验也证明，这项技术能显著缩短舰载机的起飞滑跑距离。不仅是航母上的舰载机，在地面跑道起飞的陆基飞机也可采用滑跃式起飞技术。只是当初美国研究该技术的初衷，是为了弥补舰载机重量增加而造成的弹射器功率不足。但由于蒸汽弹射器技术的进步，其功率满足了重型舰载机的起飞要求，美国海军最终未能使用滑跃式起飞这项技术。 20世纪70年代末，英国皇家海军装备了改进自“鹞” 20 式GR.MK3型的“海鹞”垂直/短距起降战机。由于采用短距起飞比垂直起飞能节省更多的燃料，海军中校道格拉斯?泰勒提出进一步研究滑跃式起飞技术。英国军方利用“鹞”式进行的试验显示，借助滑跃式起飞跑道、飞机的4个喷口向后下方偏转一定角度时，可使战机在较短的距离内起飞升空或增大航程、提高有效载荷。1980年，皇家海军“无敌”号(HMS Invincible)航母的独特形象展现在了公众面前:舰艏的飞行甲板前端约27米长的一段向上翘起，与平直段的连接采用了上升角均匀过渡的弧线曲面，以减轻上翘的滑跃段对机体和起落架产生的附加载荷。“无敌”号的使用经验表明，采用滑跃式起飞的“海鹞”战机在滑跑距离不变的条件下可增加20%的有效载荷，或者起飞重量不变的情况下缩短60%的滑跑距离。滑跃式起飞技术可以显著地节省燃油、增加武器携载量、增大作战半径，因此为多种搭载“鹞/海鹞”战机的轻型航母所采用，“海鹞”也变成了短距起飞/垂直降落(STOVL)舰载机。 通过大量的研究和试验人们发现，不同的航母和舰载机，其滑跃式起飞甲板的最佳上升角也不同。航母滑跃式甲板的上升角度为10?,15?时，舰载机的起飞滑跑距离最短，滑跃式起飞的效率最高。最初“无敌”号航母的滑跃式起飞甲板的上升角为7?，1989年该舰进行现代化改装时，将上升角增加到12?。除了STOVL这类特殊舰载机外，常规的喷气式战机也可采用滑跃式起飞技术。“无敌”号航母 21 服役后，前苏联也开始研究和试验滑跃式起飞技术，以满足战时机场跑道遭破坏后的陆基飞机应急起飞和舰载机短距舰上起飞的需求。由于对试验结果比较满意，又恰逢蒸汽弹射器研究遭遇技术瓶颈，前苏联/俄罗斯第一艘真正意义上的航母“库兹涅佐夫”号，就成为了世界上第一艘不装弹射器、仅采用滑跃式起飞的大型航空母舰。受益于“库兹涅佐夫”号宽阔的飞行甲板，该舰不仅能起飞10多吨的米格-29K和苏-25K，甚至最大起飞重量33吨的苏-33也能在舰上顺利实现滑跃起飞。 滑跃式起飞与弹射起飞相比，各有优劣。其缺点是:滑跑距离较长，对天气、海况要求较高;最大起飞重量受到限制且起飞时燃料消耗较大，使得舰载机的有效载荷受影响，削弱了战斗力;舰载机本身必须具备较好的短距起飞性能。优点是:飞机出动频率不受弹射器功率和故障的影响，操作简单，安全性好;取消了弹射器，可以简化航母设计、降低造价、节省训练和维修费用。一般来讲，中小型较为适宜采用滑跃式起飞。“十晓生”点评 滑跃式起飞技术简便易行，也能较好地发挥舰载机的战力，是弹射起飞技术的一项不错的替代技术。有些类似于“九阴真经”里的速成功夫，虽不够博大精深，亦是具有足够威力。 修炼难度:? 22 功力指数:???? 相聚是为了分离——尾钩简史 菲涅尔透镜与斜角飞行甲板的出现，解决了指引舰载机着舰航路和着舰失败后安全复飞的问题。最终保证战机平安降落的，是机上尾钩和舰上的拦阻索。尾钩看似简单，其实也暗藏玄机。 尾钩是舰载飞机的一个非常重要的部件。就是这个部件，加上机身内非常复杂的可收放机构，可以使非短距起降飞机在极短的距离内降落在甲板上。短距起降技术固有的缺陷使飞机的载重和续航能力有限，也无法利用航母的弹射装置，所以不适合在大甲板航母上使用。 尾钩看似简单，但在着舰时却要承受飞机重量2,3倍的拉力，而且在减速过程中还不能引起飞机过大的偏航和俯仰姿态改变。尾钩还要耐受住与甲板的剧烈冲击，这可能会导致尾钩反弹越过拦阻索而着舰失败，尾钩遭受撞击后要尽可能快地回复原位。尾钩长度既不能太长，太长的话飞机在空中就有可能钩住拦阻索，提高了着舰危险性;也不能太短，太短的话根本就钩不住拦阻索。 1911年1月18日平民飞行员埃利驾驶飞机在“宾夕法尼亚”号巡洋舰上进行了美国海军的首次航母降落，所以到2011年时美国海军航母兵种诞生了100周年。当时，巡洋舰主桅后的船身上搭建了一个40米长、10米宽的木质甲板， 23 越过后炮塔顶部往后延伸。甲板后缘4米长的部分下偏30度，形成一个坡道，以此来帮助飞机减速。甲板上纵列布置这间距4米的木制轨道以引导飞机。 飞机的着舰拦阻设备是22对22.7千克沙袋，每对沙袋间有绳索捆绑在一起，然后沿导轨一字排开，导轨将绳索托离甲板，每对沙袋间隔1米。埃吉纳驾驶的寇蒂斯“推进者”起落架纵衍下方安装了3个钢制挂钩，着舰时用来钩住沙袋绳索减速。需要注意的是每侧沙袋的重量都要仔细称量，确保一致以防两侧阻力不一致将飞机拉偏。 在几年后美国海军决定发展真正的航母之前，飞机厂商围绕着尾钩进行了许多创新性设计。首批出现的着舰拦阻系统是纵缆系统和沙袋拦阻系统。纵缆系统中飞机的十字轴式起落架横衍下方安装一排锚式挂钩，着舰时挂钩钩住沿甲板纵向布置的缆绳减速，同时也起到防止飞机打转和弹跳的作用，但在实际使用中效果不佳而很快被抛弃。 成功的尾钩设计并不是看上去的那样简单。第一个要求是结构，尾钩与机身的连接处要承受2,3倍机身重量的拉力。在大多数尾钩设计中，尾钩的安装位置都在后机身底部尾轮前方的飞机纵梁上，向下展开。这种设计机械结构简单，强度较高，但是由于尾钩铰链位置过于靠近主起落架机轮，在着舰时会产生较大的低头力矩，可能导致螺旋桨触地。低头现象是尾轮前置尾钩的大问题，贝尔XFL-1在进行拦阻 24 测试时，螺旋桨几乎碰到了地面。 格鲁门公司为此研制了“尾刺”尾钩，将尾钩安装在机尾末端内部，使用时向后伸出。该设计在机械和结构设计上比较复杂，但延长了尾钩连接点到主起落架机轮的距离，大大降低了低头力矩。沃特公司一开始在XF4U-1“海盗”上也采用了“尾刺”尾钩，后来改用了一体式尾轮尾钩，低头力矩还是相对较高。 瑞安FR-1在机头安装一台活塞式发动机，在机尾安装一台喷气式发动机。需要拆卸整个后机身才能维护喷气式发动机。为了避免对后机身连接点产生过高的载荷，尾钩安装在连接点之前的机腹下方。由于该机是前三点式起落架布局，所以严重的低头力矩并不成为很大的问题，有前起落架可以保护螺旋桨。但是由于尾钩过长常常导致FR-1在空中就钩住拦阻索，并以机头向下的姿态着舰，导致前起落架承受过大的负荷。 格鲁门在F9F“黑豹”(Panther)系列舰载战斗机中继续沿用“尾刺”尾钩，该设计被证明很成功。只有一次在早期试飞中，一架“黑豹”在着舰时扯脱了后机身。着舰后，“黑豹”的尾钩并不收回，而是抬起使飞机滑离降落区，然后发动机关机后由地勤手动将尾钩塞回后机身。 格鲁门在F11F上简化了“尾刺”尾钩的设计。格鲁门的设计师将尾钩的铰链安排在飞机的最末端，平时尾钩向前收入后机身下 25 方。在展开时，尾钩先从前至后向下打开。着舰后飞行员将尾钩抬起释放拦阻索，发动机关机后，地勤再把尾钩水平右转向前塞回机尾。这种尾钩是个创新，但没有被继续沿用。因为有个缺点就是飞机在地面时尾钩无法展开，在岸基机场飞机起飞遭遇紧急情况终止滑跑时，飞机的尾钩无法放下以钩住跑道末端的紧急拦阻索。 为了解决低头力矩问题，沃特F7U-1也使用了“尾刺”尾钩。不过F7U-1的尾钩是折叠式的，尾钩收入后机身上方。尾钩甚至还具有当飞机停稳后自动释放缆绳的功能。该设计十分复杂和沉重，所以沃特在F7U-3上恢复了传统的机腹尾钩。沃特F8U的尾钩位置也很靠前，这造成了很大的低头力矩，为此不得不加强了前起落架。 除了要注意结构和力矩问题外，工程师还要微调尾钩的设计并要通过研发试飞和海军评估。在此过程中需要不断地调整尾钩的回弹阻尼，阻尼过小的话，尾钩撞击到甲板反弹幅度过大，会导致错过一条或所有拦阻索。阻尼过大又有可能损坏飞机的尾部结构。尾钩的长度也要反复衡量，并结合阻尼在试飞中不断调整。尾钩过短需要提高着舰迎角，有错过拦阻索的风险。尾钩过长又有在空中就钩住拦阻索导致摔降的危险。接下来还要考虑尾钩的角度，例如在F4H的研制过程中就遭遇了尾钩角度问题，拦阻成功率低，为此F4H在主起落架触地后尾钩自动减小下偏角以修正此问题。 26 再把视线转向麻烦不断的F-35C，2011年在模拟着舰测试中，8次尝试都未能钩住拦阻索，最近公布的联合打击战斗机项目简报中这样总结:“拦阻索-尾钩系统(AHS)失效的根本原因有3个:1、尾钩与主起落架之间的距离过近。2、尾钩的外形设计过分强调释放拦阻索而不是钩住拦阻索。3、尾钩碰撞地面/甲板后的反弹阻尼特性不佳。” F-35C着舰时的迎角姿态显示尾钩与主起落架基本平行，而大多数舰载机在这种姿态下尾钩都是低于主起落架的，并且F-35C的尾钩和主起落架之间的距离显然太近了。从F/A-18F的着舰姿态可以看出，尾钩明显低于主起落架机轮。 洛克希德?马丁公司在设计F-35C尾钩过程中，首先考虑的是不影响隐身性能且便于收放，所以较短。另外一方面也可以减少在空中钩住拦阻索的概率，后者会产生很大的低头力矩并导致摔机着舰。但是由于机轮-尾钩间距过小，造成了另一个无法预知的问题。 航母甲板的拦阻索是被甲板的托举弓托离甲板5,15厘米的。飞机着舰时正常情况下主起落架先接触到甲板，然后从拦阻索上碾过，拦阻索会产生很大的变形。F-35C的机轮-尾钩间距过小，在拦阻索还未完全复位的情况下，尾钩就不能成功钩住这根拦阻索。为了解决这一问题，F-35C需要修改尾钩的设计，使其能更好得“拾取”躺在甲板上的拦阻 27 索。 “十晓生”点评 古龙在其武侠系列“七种武器——离别钩”中写道:离别是为了相聚，只要能相聚，无论多痛苦的离别都可以忍受。而尾钩的相聚，则是为了分离。小小的尾钩，可以让昂然出击的战鹰安全归巢，并在休整、补充后再度出击。没有尾钩，战机的攻击能力再强，也只能是“砂锅捣蒜——一锤子买卖”。可以说，航母的持续作战能力，有尾钩的一半功劳。 修炼难度:???功力指数:???? 战鹰归巢的最后保障——拦阻索与拦阻网 舰载机着舰时，需要尾钩钩住带液压缓冲装置的拦阻索中部位置，而后在3,4秒钟的时间内停住，拦阻冲跑距离约为100米。紧急拦阻装置，则是当所有正常着舰方式都已失效、且无法继续飞行必须应急着舰时的终极保障手段。 拦阻装置是与飞机上舰同时发展起来的。1911年埃利降落 “宾夕法尼亚”号装甲巡洋舰上时用的是绳索加沙袋，1917年英国皇家海军邓宁中校驾驶“幼犬”飞机着舰时，靠的是舰员们的双手。此后，人们陆续研制发展过重力式拦阻装置、摩擦刹车式拦阻装置、液力式拦阻装置、液压缓冲式拦阻装置、电磁式拦阻装置。目前现役航母使用的均为液压缓冲式拦阻装置。 液压缓冲式拦阻装置组成部分包括拦阻索、滑轮缓冲 28 系统、拦阻机系统、钢索系统、末端缓冲系统、定长冲跑控制系统、复位系统、油液冷却系统、拦阻索支撑系统等。 拦阻索需支离于甲板上5,14厘米的区域内，尾钩钩到拦阻索后，两端的放索长度要一致;滑轮缓冲系统和末端缓冲系统可减少拦阻过程中的钢索的张力峰值，防止过高的拦阻力危害机体寿命与飞行员安全;定长冲跑控制系统可根据着舰飞机重量控制拦阻索张力与舰载机承受的拦阻力;复位系统在拦阻结束后使拦阻索尽快复位，为下一次着舰拦阻做准备。 先进拦阻装置是美国海军为替代现役的液压缓冲式拦阻装置而研制，采用了电磁拦阻原理，据称已安装于最新型的“福特”号航母上。该装置的实际使用效果如何，是否能完全取代现有的液压缓冲式拦阻装置，还需要我们拭目以待。 早期的航母都是采用直通甲板的形式，前部是起飞区，后部是降落区，这样在甲板中间就需要安装紧急拦阻装置，来防止着舰时错过所有拦阻索的舰载机冲入起飞区，造成灾难性事故。最初航母采用的紧急拦阻装置叫拦阻栅，甲板两侧各安装一个可收放支柱，顶端架起两道横跨甲板的缓冲钢索，支柱竖起后钢索离甲板高度0.9米。后来拦阻栅增加到前后两道，进一步增强了拦阻效果。 对于后三点式起落架的螺旋桨舰载机来说，拦阻栅效果很好。对于前三点式起落架的喷气式和双发螺旋桨舰载机 29 来说拦阻栅就非常危险了。第一道拦阻栅会直接折断喷气式舰载机的前起落架，然后飞机以机头擦地的姿态继续前进到第二道拦阻栅，钢索会扫掉整个座舱盖，甚至包括飞行员的头颅～ 戴维斯式拦阻栅的出现解决了前三点式舰载机的紧急拦阻问题。戴维斯式拦阻栅沿用了老式拦阻栅的可收放支柱，但把两道钢索改为柔软的水平帆布带，同时水平帆布带通过垂直帆布带与平放在甲板上的两道缓冲钢索连接。紧急拦阻时，飞机的前起落机轮压过钢索撞向水平帆布带，同时带动垂直帆布带把两道钢索拉离甲板绊住主起落架支柱，迫使飞机停住。戴维斯式拦阻栅出现后，有的航母同时安装了6道拦阻栅，其中一些专门用于后三点式起落架的舰载机，另一些则专门用于前三点式起落架的舰载机，当然这两种拦阻栅之间也可以快速转换。 戴维斯式拦阻栅经过改进后已日趋完善，但也暴露出一些缺点。如果飞机速度过大的话，钢索被拉起的高度不够无法绊住主起落架支柱，导致拦阻失败。另外钢索在拦阻过程中也易被机腹下的尖锐凸起割断。 为此人们在拦阻栅之后又架起了最终防线——拦阻网。拦阻网看起来就像放大的戴维斯式拦阻栅，网体由上、下水平主吊带和为数众多的垂直竖带构成，采用高强度尼龙带制造，下水平主吊带与后方横贯甲板的一根缓冲钢索连接。飞机冲入拦阻网后，垂直竖带缠绕主机翼上将冲击力传 30 递到水平主吊带以及钢索上，迫使飞机停下来。 在航母引入斜角甲板后，舰载机着舰有了复飞的机会，所以取消了拦阻栅装置，但拦阻网却一直保留了下来，以备起落架或尾钩出故障的舰载机紧急降落。 “十晓生”点评 几根并不粗大的拦阻索，能让高速降落的几吨甚至十几吨的战机稳稳地停在指定区域。这非常像武学里“以柔克刚”、“四两拨千斤”的技巧。而拦阻网会对战机造成一定的伤害，有点儿像“金针刺穴”，使用要慎重。 修炼难度:????功力指数:???? 结语 经历了一个世纪风雨的航母，当然不仅仅只有前述的几门绝技。比如，为了节省甲板和机库空间，舰载机的机翼被设计成可以折叠的，E-2预警机甚至连雷达罩都能降下以缩小尺寸。这好比是“锁骨神功”;飞机升降机可以让舰载机在甲板与机库间运作自如，方便战机维护保养、补充油弹与连续作战。这就是“乾坤大挪移”嘛。有意思的是，虽然现代航母的三大绝技都是由英国人发明的，但最终却是在美国人手中发扬光大。这真是“师傅领进门，修行在个人”。美国最新型航母“福特”号下水后，航空母舰依然保持着世界上最强大武器的头衔。而在“福特”级之后的未来航母又将会修炼成哪些新的绝学，很值得大家期待。 31 百度搜索“就爱阅读”,专业资料,生活学习,尽在就爱阅读网 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