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综述:舰载机着舰技术的发展(图文)

http://www.sina.com.cn 2003年06月16日 13:39 人民网

蓝色海军之翼舰载战斗机

美国X-31A试验机

  铭瑞整理

  航空母舰是当今世界上拥有最强大综合战斗力的海上“钢铁堡垒”,拥有全面的作战打击能力。目前,美国的第9艘尼米兹级核动力航空母舰“里根”号航母是世界上最先进的,吃水线以上就有20层楼高,从舰首到舰尾长约277米,飞行甲板面积约有4.5英亩,可以搭载80架军机和6000名士兵。现在海军强国,航空母舰是海军的核心,而舰载战斗机是蓝色海军
之翼,依靠舰载战斗机的强大作战能力,航空母舰编队才能在广袤的海洋上纵横驰骋,将超级战力延伸到全球。舰载战斗机一直伴随航空母舰产生、发展、日新月异,是航空母舰超级战斗力的最重要体现。也许超级大国的强大的海上舰队在当今海洋上近期不会水面作战,但每次战争航空母舰仍然是不可缺少的主角之一。当然,具体作战任务落在海军之翼舰载战斗机身上。舰载机伴随航空母舰的发展而不断改进。

  航空母舰被称为世界上最危险的工作场所,而舰载战斗机飞行员可以称为从事世界上最危险的工作。舰载机执行完作战、训练、侦察等任务后,安全顺利着舰是件惊心动魄的工作,因为从空中看航空母舰就象漂浮在汪洋大海上的一片树叶,据舰载机飞行员透露,每一次降落都在面临生与死的考验,在夜间降落尤其困难。就像落叶归根一样,舰载机的降落着舰技术是每个飞行员必须掌握的,同时人类科学技术的发展,使飞行员安全着舰方面变得更先进、更可靠、更快捷,并有望全面实现自动着舰。

  1917年3月,英国正在建造的大型巡洋舰“暴怒”号的开始改建,拆除了前主炮,前半部加装了69.5米长的飞行甲板,并在上面铺设了木制的飞行跑道。世界上第一艘简易飞机母舰诞生了。但存在严重的缺陷,由于舰上高耸的塔式桅杆和烟囱的阻碍,只能从上面起飞而无法降落。英国海军少校邓宁试图打破飞机着舰的难关而进行勇敢的尝试。1917年8月2日,邓宁驾驶“幼犬”战斗机开始冒险,凭借高超的驾驶技术用侧滑着陆的方式艰难地降落到航行中的“暴怒”号前甲板上,这是世界上是第一次将飞机降落在在航行的军舰上。但几天之后重复降落时不幸遇难。

  随后世界海军强国不断改进航空母舰的构造,先后出现了全通飞行甲板、岛状上层建筑、三层甲板设计、全封闭式舰首和一体化的岛式上层建筑。进入五十年代,舰载机逐渐发展成喷气式飞机,英国人又发明了斜角甲板,这种由英国海军上校卡梅尔提出了斜角甲板设想,经试验后证明它有许多优点,遂成为现代航母的标准甲板样式。

  舰载机要降落在航空母舰的甲板上,必须依靠一系列的辅助设备,而拦阻索、防冲网是必备的。在初期舰载机全是螺旋桨飞机,航空母舰的构造为直式甲板。甲板上设有10-15道拦阻索和3-5道防冲网,使飞机着舰在飞行甲板三分之二处停住,因为前方是停机区。舰载机进入喷气时代后,因降落速度太快而把航空母舰作了相应改进,采用了一些新式构造。喷气式舰载机降落时并不关闭发动机,情况不好可以马上复飞。美国海军备有4道拦阻索,第一道设在距斜甲板尾端55米处,然后每隔14cm设一道,由弓形弹簧张起,高出飞行甲板30-50cm。当舰载机降落时,尾钩放下,其位置比起落架还低,着舰点在1、2道拦阻索之间为好,这就要求飞行员有很高的操纵技术。据美国海军统计,白天着舰的舰载机尾钩挂住2、3道拦阻索的合计约占62-64%,尾钩挂住第4道索的约为18%,尾钩挂到第1道索的约为16%。在夜间尾钩多挂住第3、4道索。如尾钩未挂住拦阻索,着舰机必须拉起复飞,这在白天约为5%,夜间则高达12-15%。美国航母的MK-73型拦阻索缓冲器可使30吨重的舰载机以140节的速度着舰后滑跑91.5米停止。舰载机停下后,拦阻索自动复位,迎接下一架着舰机的到来。

  航空母舰上除了必备拦阻索、防冲网外,还需要信号和指挥系统及相应操作人员,最初航空母舰设有着舰引导官,当飞机降落时站在飞行甲板左端,双手持旗板打信号来指挥。随着重量大、速度快的喷气式舰载机出现后,如何使舰载机安全降落成为难题。1952年,英国设计出了早期的光学助降装置--助降镜。它是一面大曲率反射镜,设在舰尾的灯光射向镜面再反射到空中,给飞行员提供一个光的下降坡面(与海平面夹角为3.5-4度),飞行员沿着这个坡面并以飞机在镜中的位置修正误差,直到安全降落。而这项重要的发明有一段趣闻:这是英国海军中校格特哈特从女秘书对着镜子搽口红的动作中得到的灵感。

  助降镜的出现为舰载机降落解决了重大的难题,使飞行员除了借助自己的目测和经验外有了更可靠的参照指示装置,英国在60年代又发明了更先进的“菲涅尔”透镜光学助降系统,现在成为航空母舰必备的降落辅助装置。它在原理上与助降镜相似,也是在空中提供一个光的下滑坡面,但比助降镜复杂多,透镜式光学助降镜的装置可发出5层光束。这5层光束与飞行跑道平行,和海平面保持一定角度,形成5层波面。这5层光束中间为橙色光束,向上向下分别为黄色和红色,两边为绿色基准光束。这些信号有利于飞行员判断着舰时的方位、角度,及时纠正偏差,保证正确的完成着舰动作。

  当飞行员进入着舰空域时,开始观察助降镜提供的信号,当正准备降落舰载机的航空母舰一切正常允许舰载机降落时,打开一组绿灯,叫做切断灯,表示允许进入下滑的信号。飞行员开始进入着舰操作并继续观测信号,看见橙色光时表示方位正确能够安全的着舰降落;看到黄光表示方位过高而看到红光则表示方位过低,需要飞行员及时调整方位来避免失误或发生事故;看到绿光时表示偏左或偏右,需调整水平位置;当正准备降落舰载机而航空母舰上因特殊原因不能让其降落时,就需要打开在中央灯箱左右各竖排着一组红色闪光的“复飞灯”,同时关闭绿色基准灯和中央灯箱,舰载机飞行员这时迅速将发动机加力并拉升中止着舰动作并开始盘旋等待进一步指令。控制这些灯光的被称作着舰引导员,他们在舰后部左舷LSO平台上,分工观察着舰机的位置、起落架、襟翼、尾钩等的情况,一面与飞行员通话,一面操纵灯光信号。在舰岛上部左侧后部设有主飞行控制室,一名飞控官监视着飞行甲板和空中的情况,对着舰机的安全进行最后把关。在美国航母上,飞控官由老资格的中校级飞行员担任,并配有一名少校做为助手。

  美国人在70年代雄心勃勃的实施了“阿波罗”登月计划,这是人类航天历史上的奇迹。美国人从“阿波罗”登月计划的实施中,发明研究了一系列尖端科技,高精度雷达技术、电子计算机技术、遥测导航技术、微波通讯技术和微电子技术等得到飞跃发展。美国人应用到航空母舰上研制了“全天候电子助降系统”。在航空母舰上装上精确跟踪雷达,测得飞机在降落过程中的实际位置和运动情况,将这些测得的参数输入计算机中心,得出舰载机正确的着舰位置,并将舰载机的实际位置和正确位置在计算机中心进行比较,然后发射到舰载飞机的终端设备内,指令舰载飞机的自动驾驶仪自动修正误差从而准确着舰。“全天候电子助降系统”真正全天候使舰载飞机都能以几十秒的间隔不断地降落到狭窄的航空母舰甲板上。

  美国在战斗机及相关技术方面的进展非常迅速,正在逐步实现战斗机自动降落。2003年4月22日美国X-31A试验机在帕塔克森特河海军航空站成功完成世界上首次完全由计算机控制的短距起飞和着陆(ESTOL)机动。实现全自动降落主要采用和改进了一些新技术:1、X-31A试验机上装有高性能机载计算机组成的自动操控系统,在机头部位安装了大气数据系统(FADS)的试验平台,能提供AOA状态的速度、高度、温度和飞行姿态信息。2、推力矢量控制,使X-31A试验机能完成高难度机动动作。在离跑道2英尺高度完成了高精度、计算机控制的反旋机动(derotation maneuver),然后安全着陆。3、先进的高精度完全信标着陆系统(IBLS)。该系统将GPS信号与地面新标合成提供达到1.5厘米的定位精确度。美国海军估计ESTOL技术将降低着陆能量消耗38%,从而减少飞机和航母拦阻减速装置的磨损。

  现代世界海军除了常规可折叠固定翼飞机外,又出现了一些设计先进的其他种类舰载战斗机,如美国的联合攻击战斗机F-35、V-22鱼鹰。F35将来可能是世界使用最多的战斗机,其中F35B是美海军陆战队和英国海军用的短距起飞垂直着陆型(STOVL)。F-35B、V-22鱼鹰现在都已经完成在航空母舰上垂直降落的实验,从飞机设计上降低着舰时的危险性、难度、条件限制。

  舰载机着舰从单纯依靠飞行员的个人高超驾驶技术到完全由计算机自动控制、非常准确、高精度完成,这是技术上的飞跃,也是技术积累的结果。科技使过去复杂必须长期严格训练的着舰技术变得轻松简单,使蓝色海军之翼舰载战斗机能够更自由的飞翔。


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