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關於航母海上試航工作的進行與服役之間的關係,我們廣大讀者其實並不十分了解,但有一項最能反映航母建造進程,並且直接反映出航母是否滿足交付的參考依據的,就是大家極為關注的艦載機起降試驗。被比作「在刀尖上跳舞」的艦載機起降,具有很大的危險性。
有數據顯示,航母艦載戰鬥機飛行員的風險係數是航天員的5倍,普通飛行員的20倍,目前全球艦載戰鬥機飛行員不超過2000人。這一危險的最根本原因就在於起降環境的限制,相對於數千米的地面機場跑道來說,航母的甲板更是重中之重。
舉例來說,現階段世界上最長的航空母艦是美國的福特級航空母艦,大約330米長,100米長的飛行甲板。所以現在艦載機的要求就被嚴格控制,受飛行甲板長度的限制,如果艦載機重量超過30噸,就不能起飛和降落。所以現階段的一些艦載機已經擁有了垂直起降的能力,普及率正飛速提升,試圖擺脫航母甲板長短對艦載機的苛刻要求。
而對普通艦載機而言,只有有足夠長的跑道才能實現航母安全起飛和降落。但是已經有了可以垂直起降的艦載機了,是不是可以不造那麼長的跑道了呢?回答是否定的。對於這一點,此前央視專題節目中,受邀工程師專家做出系統說明,大概內容就是如下。
首先,我們要明白一個道理:戰鬥機不是只要滿足能夠飛起來就行的,重要的是能載荷、能飛多遠,這才是實戰意義。儘管 STOVL模式可以幫助戰機在特殊情況下垂直起飛,但它的帶彈量和航程都受到很大的限制,所以跑道就能極大的增加戰鬥機的載荷,並且即使只有一條跑道,也可以讓戰機多攜帶一枚飛彈,否則沒有載彈量飛起來又有什麼用呢?
對此,我們也有必要要弄明白戰鬥機為什麼會飛起來,飛機飛行的基本原理是「升力」,從字面上理解,升力就是上升的力量。普通固定翼飛機的升力是由引擎推動飛機與空氣形成一定的速度,機翼上下表面產生流速和壓力差,利用機翼與空氣的相對速度所產生的壓力差來支撐飛機上升。
但是對於垂直起降狀態的戰鬥機,由於飛機在這個時刻是垂直運動的,與水平方向的空氣的相對速度幾乎為0,所以機翼帶來的升力在這個時刻是很小的,升力完全由垂直向下噴氣的發動機提供,就是在單純克服重力做功。在這個時候,發動機的推力參數非常重要,戰機的起飛重量不能超過發動機的推力,否則無法克服重力自然也飛不起來。
以F-35B艦載機為例,F-35前機身配有升力風扇,通過讓氣流通過後部和機腹的開口處產生冷空氣推力,佔艦載機總推力的47%,而F-35尾部的噴管和機翼根部出水的噴管也能產生推力,在這三種推力的共同作用下,F-35B艦載機就可以實現空中「懸停」,也就實現了垂直起降。加上了升力風扇,對比鷂式戰機,F-35B實現超音速飛行便更加容易。
但考慮到實際起飛的效率問題,F-35B垂直起飛只能攜帶1噸燃油+2枚AIM9X,此時的AIM9X作戰半徑小於100公裡,實戰意義不大。在某些情況下,對方已經突破了你的防禦範圍,接近100公裡,所以這種情況幾乎可以用危險來描述。但在航母跑道上就不同了。
有了跑道之後,戰機可以利用機翼產生升力,這種額外的「託舉」使飛機能夠攜帶更多的燃料和彈藥。再舉F-35B的例子:如果F-35B在180米跑道上起飛(美國兩棲攻擊艦標準起飛跑道),攜帶1000磅(453公斤) JDAM彈丸和355磅(161公斤)AIM-120彈丸的距離達到870公裡,那麼AIM-120就會達到戰鬥半徑。這是什麼概念?不單增加了1噸的載重,作戰半徑也增加到垂直起飛的8倍之多。可見航母甲板是多麼重要。
此外,不知道大家曾是否有所聽聞這麼一句話:「只要動力足,板磚也能飛上天」。這個說法是有一定道理的,但如果我們合理地利用飛機機翼的升力,那麼載荷和航程就會大大增加,何樂而不為呢?
因此,無論是美國的F-35B,英國的「鷂」,還是蘇聯的雅克-38,這些 STOVL模式的戰機,其最大的意義並不在於起飛,而在於著陸,這使得航母的起步門檻大大降低,也使得一些兩棲攻擊艦可以得到固定翼戰機的空中火力支援,甚至暫時充當制空型航母的角色。
此外,垂直起降戰鬥機通常不會被部署在大型艦隊級航母上,因為這種垂直起降能力花費了太多的錢。垂直起降功能的關鍵在於升力風扇的存在,但該升力風扇嚴重地佔用了機艙空間,F-35B的載油量僅為6噸,比海軍F-35C型低30%以上,這意味著F-35B的作戰半徑減小。假如有彈射器,即使是滑躍起飛,所以藉助航母本身的起飛資源不是恰好嗎?何必還要對飛機本身施加外力呢?
但話說回來,以上的觀點都是在於戰鬥機的性能方面的影響,其實甲板長度最主要原因是「安全」。機夾的長度越長,艦載機在反艦過程中的控制距離就越大,因此艦載機的阻攔索就非常重要,如果在反艦過程中沒有鉤住阻攔索,飛機就可以打開所有的發動機,沿飛行甲板再次起飛,在空中低空再飛回艦船。當艦載飛機因為尾鉤無法放下或尾鉤損壞,或艦載機受到傷害,燃料不多,無法復飛等原因時,必須採用迫降方式使飛機著陸。甲板的重要性就體現出來了。
事實上!阻攔網平時並不設置,而放在跑道左舷邊。在跑道兩邊各有一個可懸阻攔網的支柱,放入槽中,在攔阻網的幫助下與飛行甲板齊平,使戰鬥機安全著艦,甲板上的工作人員在兩分鐘內就可以按要求完成攔截。
總體來說,最初的航母實際上是從艦尾起飛的,但是因為這種設計對著陸的戰機有很大的影響,特別是如果艦載機著艦後,敵機來襲,那麼己方戰機就根本沒有跑道,第一時間進行攔截,這將使整個艦隊處於危險之中,所以二戰時有航母的國家就開始考慮改進方法。
英國和美國就在航母機庫的側面開闢了兩條彈射跑道來彈射艦載機起飛,日本則設計了雙甲板起飛,但是效果並不太明顯。一直到英國研究了傾斜甲板之後,才將飛機的起飛區和降落區分開,即艦艏飛行甲板的艦載機在起飛時,前飛的艦載機可以在後著陸而不受幹擾。這也就是目前廣泛使用的設計方式。
而且艦載機如果著艦失事也能復飛,加上航母的甲板邊角區也可用於停泊艦載機,在提高安全性的同時,也使航母打擊的效率更高,於是逐漸造就了現代航母的典範。