冷戰時英國腦洞大開,設計天鉤系統把戰鬥機裝進驅逐艦

2021-02-18 講武堂

在1979-1989年《艦船知識》精華本上,曾經有一篇小文對未來航母的發展進行了展望,並介紹了在現在看來仍然非常科幻的一種設計——英國航宇公司「鷂」式垂直起降戰鬥機「天鉤」吊放、回收系統(Skyhook )。這是冷戰時期英國著名的一個「腦洞設計」,也是工程學的一項了不起的設計,更是對航母使用方式上的一種革命性探索!

應該說,「85前」的軍迷對這個科幻設計一定記憶猶新,而「85後」的軍迷卻少有人知曉這種設備。毫不誇張的說,這是一個能夠暴露軍迷年齡的設計。

今天,筆者就在這裡回顧一下這種在現在看來仍然令人不可思議的「天鉤」系統。

圖片:「天鉤」系統的宗旨是將「鷂」式戰鬥機裝進驅逐艦級別的中型戰艦上,以實現艦隊的全面航空化。

說到「天鉤」系統,就不得不先說下「鷂」式戰鬥機。可以說,「鷂」式垂直起降戰鬥機是冷戰時期航空領域最具革新性和實用性的一項發明!對!是發明,而非僅僅是航空設計。

正是有了「鷂」式垂直起降戰鬥機的實用化,才有了將航母小型化,並將固定翼戰鬥機裝入驅逐艦級別的戰鬥艦艇,以實現艦隊的航空化。這對於在美蘇爭霸夾縫中生存的中小國家來說是具有很強吸引力的。

要說戰艦的航空化設計,其實早已有之。最具代表性的是日本二戰中的「伊勢」號航空戰艦(戦艦空母 いせ),這種在戰列艦尾部安裝甲板以加大航空作業能力的設計,雖然實現了在戰艦上攜帶大量飛機,但由於其仍然是水上飛機,並不能實現真正的防空作戰。因此,這種航空戰艦所能夠發揮的作用是有限的!

圖片:二戰時日本著名的航空戰列艦「伊勢」號在艦尾增加了飛行甲板,但僅僅作為停放飛機之用,仍然採用彈射器起飛,且不能使用常規起降戰鬥機,只能攜帶水上飛機。

冷戰時期,西方設計師們的一切出發點都是為了能夠抵擋蜂擁而來的蘇聯紅軍。因此,垂直起降的「鷂」式戰鬥機應運而生。在蘇聯強大的火力突擊面前,西方國家的固定機場很難在第一輪突襲中倖存,所以在失去跑道的情況下,發展垂直起降戰鬥機就成為當年的潮流,美國、英國、德國、法國等都進行過這方面的研究,而真正成功的實用化垂直起降戰鬥機就是英國的「鷂」式戰鬥機。

圖片:「鷂」式戰鬥機的原型機P.1127在航母上起降試飛。

有了「鷂」式戰鬥機,英國人又希望能夠進一步擴大「鷂」式的使用範圍,催生了航母艦載型的「海鷂」戰鬥機。而此時這些早期的「鷂」式戰鬥機還暴露出了一個非常嚴重的問題,由於垂直起降太耗費燃料,導致早期的「鷂」GR.MK3型攻擊機在純垂直起降方式作戰時,作戰半徑竟然只有80幾公裡,實在是短的可以。同時,由於垂直起降戰鬥機自身的問題,在與傳統超音速戰鬥機對抗中往往機動性要遜於對方。

因此,英國人絞盡腦汁。一方面將航母的躍升甲板搬到地面上,根據「鷂」式戰鬥機獨特的小車式主輪設計,參照航母躍升甲板焊接了躍升鋼軌,下面安裝輪胎使這些鋼軌可以移動到沒有被破壞的公路上面,滿足「鷂」式戰鬥機短距滑跑起飛,這樣就能夠極大增加戰機的航程和作戰半徑。

圖片:一架「海鷂」FRS MK1戰鬥機在陸上躍升滑軌上進行試驗,可見根據「鷂」獨特的起落架形式焊接了3根滑軌。

另外一批設計師想到的是幫助「鷂」式戰機減肥,去除戰機的死重,讓更加輕的戰鬥機能夠在垂直起降模式下也能夠擁有較大的航程和較好的空中機動性。

這些設計師們首先看到的就是「鷂」式的4組起落架。這些起落架是飛機附屬機構部件中最重的,總計達到860公斤,既然「鷂」要垂直起降了,那麼要不要起落架來滑跑也就無所謂了。但是沒有了起落架,怎麼落地呢?

這些設計師們開動腦筋,想出了「天鉤」系統。

圖片:英國設計師最早期設計的「天鉤」系統就是裝在卡車上的一個大吊車。

「天鉤」由英國宇航公司開發,其原理就是一個安裝在載重卡車上的大吊車,這臺起重機前端不是普通的吊鉤,而是具有捕捉、鎖緊、釋放等多功能。「鷂」式飛機的背上也加裝一個供吊鉤捕獲的探頭,「天鉤」通過液壓系統來調整吊臂。

圖片:「天鉤」系統抓起一架「鷂」式戰鬥機的全尺寸模型。

在起飛時,「天鉤」將停放的「鷂」式抓起,並吊舉到一定高度,此時「鷂」式飛機發動機開機,逐漸增大動力,直到將自己託起在空中。此時「天鉤」系統吊鉤上的重力感應系統對已經起飛的「鷂」式失去重力感應,於是鬆開鎖扣,移開弔臂。已經垂直位於空中的「鷂」式戰機調整噴管方向,向前飛去。返回的話就反向操作。

圖片:一架鷂T MK2雙座教練機正在進行「天鉤」系統的測試,此時戰機懸停在空中等待「天鉤」的吊臂來抓取。

這個設想除了用於陸地機場外,更是讓皇家海軍們眼睛一亮。此時已經是冷戰高峰了,但由於英國當時內閣的原因,皇家海軍傳統大型攻擊航母一艘艘被迫退役,甚至到了無航母可用的地步。雖然後來保留了輕型航母以搭載「海鷂」戰鬥機,但總體實力銳減。

因此,在看到「天鉤」系統的操作方式後,皇家海軍謀生了運用「天鉤」系統新建或改造大型航空驅逐艦的設想。這樣一艘可以搭載多架「海鷂」戰鬥機的水面艦艇只需要五、六千噸,造價當然也就遠遠小於動輒好幾萬噸的航母,也容易被勒緊褲腰帶過窮日子的英國內閣審核通過。

圖片:皇家海軍看中了「天鉤」系統的價值,打算建造可以搭載多架戰鬥機的驅逐艦,「天鉤」系統也專門進行了改進,可通過液壓系統控制吊臂姿態,始終於戰機姿態保持一致。

而「天鉤」上艦也進行了充分的改進,使這套系統更加智能化,能夠自動感應艦艇在海上的搖擺度,並與「鷂」式戰鬥機上的控制面板溝通,根據飛機的姿態調整搖臂的液壓機構,以補償艦艇縱搖、橫搖、升沉造成的左右上下位移,使吊鉤端部始終與戰鬥機背部穩定在一個位置上。

圖片:舷號「18」的一種雙「天鉤」航空驅逐艦設計,可以注意其下層機庫中戰機和升降機布置。

為此,英國推出了多個「天鉤」航空驅逐艦設計。

比如上面幾幅圖中這艘舷號「18」的航空驅逐艦設計。我們可以看到,在該艦的尾部設計了一個巨大的機庫,而機庫下方一直延伸到起降平臺下部,是空間更加大的機庫。在上層建築機庫中可以停放1架「鷂」式戰鬥機,機庫內還有一個升降機與下層機庫相連,下層機庫可以停放4架戰鬥機,這樣全艦就擁有5架戰鬥機。此外,該艦還能夠攜帶1架「海王」搜救直升機,以滿足航空作業需要。

圖片:同上面一樣的雙「天鉤」航空驅逐艦設計,注意綠色的是託舉「鷂」式的滑動平臺。

在使用時,下層機庫的「鷂」式戰鬥機安放在一個可以滑動的平臺上,在機庫內裝滿燃油和彈藥後滑至升降機處提升到上甲板。再從後部艙門推出,由「天鉤」系統抓舉到空中,再旋轉移動到艦體兩側,戰鬥機發動機啟動將自身託舉起來,「天鉤」系統解鎖後戰鬥機自行飛走。

由艦艇兩側起飛的好處是「鷂」式戰機巨大的向下發動機噴流就噴射到海中,不需要為起降平臺專門設置厚重的防焰隔層,減輕戰艦重量。

圖片:另外一種雙「天鉤」設計航空驅逐艦,其上層機庫兩側打開形成支撐平臺,可供「鷂」式戰鬥機加油備彈之用。

還有一個英國沃森公司的設計方案也非常出名。

該公司設計的航空驅逐艦滿載排水量5800噸(還不如我們現在的飛彈驅逐艦大),航速26節,航速15節時續航力4500海裡,兩舷各裝一套「天鉤」系統,可載5架「鷂」式垂直起降戰鬥機和1架直升機,並擁有1門主炮和若干防空飛彈、反艦飛彈和近防炮等。

與之前「18」號設計方案不同。該艦在上層機庫兩側各有一個下翻式支撐甲板,「天鉤」將「鷂」式戰鬥機回收後可以直接放在該支撐甲板上進行燃料和彈藥的補給,無需進入機庫。這樣加滿油和彈藥的「鷂」式能夠很快繼續起飛執行任務,這樣提升了戰機的使用效率。

圖片:第三種「50」方案,是「天鉤」系統與滑軌躍升系統的融合體。

第三種方案更加神奇,這是將「天鉤」系統與之前談到的滑軌躍升系統融合在一起的一個方案。該方案的機庫位於上層建築內,仍然可以攜帶5架戰鬥機和1架直升機。

飛機由兩側下翻的平臺處移出,由「天鉤」系統將「鷂」式戰鬥機提升到艦艇頂部的躍升滑軌上,採用滑躍起飛的方式進行短距起飛,這樣可以最大限度降低燃油消耗。而返回的時候採用「天鉤」系統進行抓取回收。而直升機有自己專門的尾部起降平臺。

除了水面艦艇外,「天鉤」系統為潛艇攜帶戰鬥機提供了便利,雖然載機潛艇歷史悠久,但真正的潛水航母卻一個也沒有成功過,即使是二戰中著名的伊-400型潛艇也只能攜帶水上飛機作戰。

「天鉤」系統為研製大型潛水航母提供了設計方向。

圖片:英國P.122 Vulture垂直起降戰鬥機與使用「天鉤」系統的大型潛水航母。

上世紀90年代,英國仍然沒有放棄「天鉤」系統,此時圍繞潛水航母的設計,進行新一代垂直起降戰鬥機的研製和改進。這就是P.122 Vulture垂直起降戰鬥機。

該機是英國霍克·西德利P.1216超音速垂直起降戰鬥機設計計劃的一部分。90年代時掀起了新一代垂直起降戰鬥機研究,其中使用升力風扇的方案可以代替「鷂」式的圍繞飛機重心的偏轉噴口,既可以避免高溫燃氣噴射到地面回彈後重新進入進氣道和燒熔地面的問題,也增加了懸停裝態下的姿態控制力矩。英國人推出了P.1226第三代垂直起降戰鬥機計劃,採用了雙尾撐布局,可配合潛艇上的「天鉤」系統。

圖片:「霍爾斯坦 卡爾施塔特」號(NH2 FF-131 Halland_ Karlstadt )航空護衛艦設計。

「天鉤」系統還能夠在小型化的護衛艦上使用。

比如「霍爾斯坦 卡爾施塔特」號護衛艦,載機可以裝入直升機機庫,如果再加長直升機機庫的話,一艘護衛艦也能夠攜帶3架鷂式戰鬥機,成為「迷你航母」(mini-carrier)。

圖片:在美國斯普魯恩斯級和阿利·伯克級飛彈驅逐艦基礎上改進的「天鉤」航空驅逐艦設計。

「天鉤」設備是如此的迷人,後人還在美國斯普魯恩斯級和阿利·伯克級飛彈驅逐艦基礎上提出了「天鉤」航空驅逐艦設計,當然這些更多的是對這種冷戰遺產的懷念。

甚至有人提出將F-35戰鬥機部署到安裝有「天鉤」系統的阿利·伯克級飛彈驅逐艦上。

圖片:想將F-35部署到安裝有「天鉤」系統的阿利·伯克級飛彈驅逐艦上。

要說「天鉤」項目的直接後裔,應該是艦載無人機的收放系統。畢竟「鷂」式戰鬥機也好,F-35也好都是有人駕駛的飛機,要裝上驅逐艦需要增加一大串後勤保障設備。而無人機就無此顧慮,加上無人機技術的蓬勃發展,以及其使用的便利性,都使這些驅護艦成為了能夠使用無人機的無人機載艦。類似於「天鉤」系統的簡化版艦載無人機收放系統已經發展成熟,算是為冷戰時期「天鉤」系統畫上了一個還算圓滿的句號。

圖片:美軍類似於「天鉤」系統的無人機收放裝置。

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