话出击·海上战鹰踏征程

舰载机是航空母舰战斗力的重要组成部分，作为航空母舰来讲，能够高效率的放飞自己的舰载机，是赢得战场主动权、左右战斗成败的关键。因此，海军将领们不断的提出新的要求，以提高航母放飞舰载机的效率。早期的舰载机阻力大，飞行速度小，但升力也相应较大且重量轻、翼载荷低，尽管当时的航母大都由巡洋舰或者商船改装而成，飞行甲板有的仅有几十米长，但是这一时期的舰载机仍可以不用借助任何辅助设备，仅依靠飞机自身的动力系统就能够在甲板上起飞。其飞行过程与在普通机场别无两样。因此，可以把这样的起飞方式叫做常规起飞。随着战争的需要和技术的发展，舰载机进入到了喷气时代，飞机速度不断加大、滑跑距离也相应延长。尽管目前大型航母的排水量已经达到了10万吨，甲板长度也超过300米，可是用于起飞几十吨重的喷气飞机还是捉襟见肘，远远不能满足常规起飞的要求。目前，设计师们主要在航母和舰载机本身上做文章，谋求最佳的舰载机起飞方式。

狠推一把·弹射起飞

如同小孩子玩弹弓一样，用弹射的方法给舰载机加速以帮助它起飞是人们最容易想到的方法。上世纪初，美国海军上校欧文·钱伯斯指导研制了依靠压缩空气为动力的弹射装置，飞行员埃利斯上尉利用压缩空气弹射器成功的进行了弹射起飞。但是，压缩空气弹射器功率较低，无法弹射较重的飞机。最后，英国人用高压蒸汽代替了压缩空气发明了蒸汽弹射器，才解决了这个问题。

蒸汽弹射器实际上是一个活塞行程较长的往复式蒸汽机，其工作原理和压缩空气弹射器类似，不过蒸汽锅炉提供高压水蒸气的过程要远远快于压气机蓄气的过程。除此之外蒸汽弹射器可以提供更大的弹射能量，加速特性好，所需飞行甲板短。它能够在几十米的距离内，把舰载机的速度由0加速到离舰速度(约200～300千米／小时)。如果同时使用4套大功率的蒸汽弹射器，每分钟可以弹射两架起飞重量在25吨左右的舰载机(最短只需15～20秒钟，就可弹射一架飞机)。良好的性能是蒸汽弹射器成为目前技术发展最为成熟，应用最为广泛的弹射器。

蒸汽弹射器一般设置在航母的直通甲板区，该区长约七八十米，是专门用于舰载机起飞的，因而，又称为起飞区。在起飞区内可安装两部以上的蒸汽弹射器。为了提高舰载机的起飞密度，大型航母往往还要在斜角飞行甲板区(亦称降落区)配置弹射器。

蒸汽弹射器设在飞行甲板的下面，它主要由两部分组成：动力源以及动力传递装置。动力源是由舰内专门的锅炉或舰上的发动机提供给蒸汽室的高温高压蒸汽。动力传递装置包括汽缸筒、活塞、弹射车(滑块)、滑轨、排气管等。在起飞区只能看到弹射车和滑轨，它们与甲板表面平齐，而带动弹射车一起运动的活塞则位于弹射车的下方。蒸汽弹射器由专设的操纵员控制，弹射操纵员位于弹射区附近(舰舷外侧)的一个低于飞行甲板的工位内，也有的航母(如“尼米兹”级)将操纵员的工位设在两条弹射滑轨之间的凸出于飞行甲板的一个便于观察的弹射控制舱内。

弹射舰载机之前，先用系机索(又称牵引索、拖索)将飞机的前部与弹射车相连，并把机身后部的着舰钩固定在牵制装置上，通过爪卡装置调节弹射车的前后位置，使系机索和着舰钩牵制装置都处于张力状态。在准备弹射的舰载机的尾后有一块巨大的钢板，弹射前，要将这块钢板支起，以保护停放在甲板上的飞机和舰面人员免受发动机高温喷流的吹袭。　　

舰面的准备工作就绪后，飞行员便将舰载机的重量报告给弹射操纵员，并开始启动舰载机的发动机。操作人员先根据飞机的重量确定蒸汽的压力和消耗量，然后打开阀门，蒸汽便由贮汽罐进入汽缸筒内。此时，由于飞机的尾钩被牵制装置拖住，活塞和弹射车都不能向前移动。这样，汽缸筒内的压力就越来越大。

当飞机发动机的推力达到最大，蒸汽压力提高到满足弹射起飞的要求时，飞行员与弹射操作人员互致可以起飞的手式，着舰钩牵制装置随即脱开，活塞推动弹射车，弹射车拖带着舰载机，在机上发动机的帮助下，迅速沿着导轨向前滑行，飞机在短短的几十米内便可加速到起飞离舰速度。快到弹射终点前，系机索自动从飞机上脱开，舰载机飞离甲板，升上天空。

整个弹射起飞过程只有2～3秒钟左右，舰载机在这样短的时间内，时速会从0增至205～240千米左右，飞行员背部承受的重力加速度可达4g以上。

在即将完成弹射工作前，活塞开始刹车。活塞的刹车，一靠截断蒸汽来路，二靠活塞行程末端的水制动来完成。然后，由返回装置将活塞和弹射车拖回初始弹射位置，准备再次弹射。

目前，一些大型航母和新型的舰载机淘汰了牵引索与弹射车相连的蒸汽弹射方式，改为将飞机的前起落架机轮与弹射车相连，由弹射车直接带动舰载机的前起落架，进而拖着整架飞机向前加速运动的方式，进行弹射。

经过几十年的使用考验，证明蒸汽弹射器是一种非常可靠，且适应范围很广的舰用弹射装置。一艘大型航母，往往配备4部弹射器。从理论上讲，在昼间，每相隔30秒(甚至15～20秒)就可弹射一架飞机；在夜间，相隔时间拉长至80秒。而实际上，由于种种原因，飞机的弹射间隔要比这些数据都大。

虽然蒸汽弹射装置的技术成熟、性能可靠、故障率低(平均使用一万次才出现0.4次部件故障)。不过，在多年的使用中，人们也发现了这种弹射器设计上的先天缺陷。

作为利用高压蒸汽产生动力的弹射器，其能源的消耗是惊人的。美国航母上普遍使用的MKC-13-1型蒸汽弹射器每次弹射都要“喝”掉近2吨气化的淡水。而淡化一吨淡水就需要一吨的柴油，这样的运营成本确实很高。除此之外,蒸汽弹射器重量大(4×560吨左右)；体积也大(占据空间超过3000立方米)；各部件工艺要求也高(要保证高温下的密封效果)；功率调节范围小(不能迎合各个级别的飞机使用)。 鉴于蒸汽弹射器存在的缺陷，国外有关单位正在研究新型的重量轻、效率高、能耗低的飞机弹射器，用以取代老式的蒸汽驱动的弹射器，满足21世纪的下一代航空母舰的需要。电磁弹射起飞便是现在很受推崇的方案之一。电磁弹射器是针对蒸汽弹射器的主要问题而新开发出的一种先进的弹射系统。其大小、长短、弹射功率等均可根据需要进行调整。它不仅适用于研制中的大型隐身航母，一些吨位较小的军舰(如驱逐舰、护卫舰等)也有可能配备此类高科技的弹射装置(主要用于弹射舰载无人机)。

以电磁动能综合技术(EMKIT)为基础的电磁弹射器，实际上是一个长100米左右的直线感应电机(ALIM)系统。其工作原理与磁悬浮列车有些相似。该系统主要由柴油发电机、大功率变频器、变压器、反馈盘、配电板、双极脉冲交流发电机储能器、ALIM定子组、轨道、弹射架、制动器等组成。

电磁弹射器的主要设备为线性直流电动

机，它能把电动机的能量转换成推力去弹射舰载机。舰载机在起飞前，将前起落架通过弹射车与线性直流电动机的电枢相连。弹射时，电枢在强大电流的作用下，带着飞机沿电磁力的方向加速运动，直至达到起飞速度。电磁弹射器的功率可根据所弹射的飞机的重量进行调整，以适应不同吨位的机型。

据报道，这种新型弹射装置的能源利用效率非常理想，其效率可达75％以上。相比之下，蒸汽弹射器的效率就太低了，只有6％左右。在结构重量上，蒸汽弹射器也不能与电磁驱动的弹射系统相比。电磁弹射装置的重量非常轻，约为蒸汽弹射器的50％左右，而体积也差不多缩小一半。一艘10万吨级的大型航母可因此而减轻重量1000吨。这样，航母就能造得小一些，而航母的尺寸和吨位又是与造价成正比的，因此，采用新型电磁弹射器后，不但生产成本可相对降低、维修使用费用相应减少，还能为航母节省大量宝贵的淡水，并取消专用于蒸汽弹射的贮水柜。

电磁弹射器不依赖舰上的主动力装置，而是利用先进的储能系统为飞机的弹射提供能量。它的自动化程度很高，使用和保障相对简单，省力、省时、省钱。这有助于减少操作和维修的人力。与配备蒸汽弹射器的航母相比，它所需的操作和维护人员可减少30％左右。

该装置的另一个优点是，其弹射推力、弹射加速度等参数可根据被弹射飞机的情况而随意进行调整和改变。它既能弹射重量较大、飞行速度较低的舰载预警机和运输机；又能弹射重量中等、飞行速度较高的超声速舰载战斗机；还能弹射重量很轻、飞行速度很慢的舰载无人驾驶飞机。

另外，新式的电磁弹射器和动力装置在减轻重量的同时，还会使航母的体积减小、行驶速度加快，而较小的体态也将会使其本身变得更加隐形。

如果未来的航母必须采用飞机弹射器的话，电磁弹射系统将是最佳选择之一。不过，该装置所采用的技术虽然相当先进，但也比较复杂，还有不少难题要解决，并需进行大量的实验。

猛抬一下·滑跳起飞

所谓滑跳起飞，就是利用飞行甲板终端的一块上翘的斜板，在飞机离舰前的一瞬间，为其提供一个向上的动量，以避免飞机在达到维持平飞的速度之前，出现过多的下沉。理论计算和飞行实验都表明，该项技术措施有助于大大缩短飞机起飞滑跑的距离。这一方法在地面和军舰上均可以采用。

美国是最早研究滑跳起飞的国家。上个世纪50年代，美国国家航空航天局的专家们就曾为航母设计过一种微翘斜板，并进行过试用，目的主要是弥补弹射器功率的不足。不过，美国海军后来因发展出了功率完全能够满足喷气式舰载机起飞需要的蒸汽弹射器而放弃了这种起飞方式。

“鹞”式飞机装备英国皇家海军后不久，海军军官道格拉斯·泰勒就建议对滑跳起飞进行深入研究，以扩展该机的活动空间，提高作战效能。英国军方采纳了这一建议，并与西班牙合作，在地面上对“鹞”式飞机利用斜板滑跳起飞进行了一系列的试验。结果显示，只要“鹞”式飞机的四个喷口向后下方偏转一定的角度，并借助上翘斜板，就可在较短的距离内离地升空。垂直起降战斗机采用滑跳起飞的好处是：可节省燃油、增大航程、提高载弹量。从20世纪70年代末期起，英国和西班牙海军便将这一技术移植到小型航空母舰“皇家方舟”号、“无敌”号、“阿斯图里亚斯亲王”号上。购买了“鹞”式飞机的意大利和印度也分别在其轻型航母“加里波第”号和“维兰特”号的舰艏增设了滑跳甲板。

20世纪80年代，美国和前苏联也在地面和航母上对这项技术进行了大量的试验和分析，证明作为一种在遭到破坏的机场紧急升空和在航母上短距离舰的手段，滑跳起飞确实有效。前苏联毅然放弃了已攻关多年的蒸汽弹射器的研究，在其新设计的“库兹涅佐夫”号大型航母的舰艏配置了向上翘起的滑跳式飞行甲板，从而构建出世界上第一种不装弹射器而采用滑跳方式解决常规喷气式战斗机在航母上起飞问题的航空母舰。目前，苏33、苏-25K、米格-29K等型舰载机均已成功地在该舰上进行了试飞和试用。

用常规固定翼喷气式飞机进行滑跳起飞试验的结果，令人欣喜：气动特性好、推重比较大的舰载机，如果采取滑跳的方式起飞，所需的离舰速度将大大降低，滑跑距离可比采用常规办法(水平增速滑跑)升空的方式缩短2／3。

滑跳起飞所用的航母甲板与普通飞行甲板的主要区别是，后者基本上是水平的，而前者的跑道分为平直段和上翘段两部分。为了减小在折点处因坡度突然加大，而引起机体和起落架承受的支反力的陡增，滑跳甲板平直段与上翘段之间并非折线连接，而是采用倾角均匀过渡、与直线段相切的弧形曲线。对于不同的航母和不同的舰载机来说，选定一种合适的舰艏斜坡角度是非常重要的。目前，采用滑跳飞行甲板的航空母舰，其上翘的倾角均不相同，如英国的轻型航母“无敌”号的斜板坡度为7度1分(后改为12度)；与其同级的“皇家方舟”号为15度：西班牙的“阿斯图里亚斯亲王”号的滑跳甲板有12度的升角；意大利的“加里波第”号的舰艏斜角仅6.5度；印度购自英国的“维兰特”号的飞行甲板末端的最大坡度为12度；俄罗斯的大型航母“库兹涅佐夫”号的滑跳甲板的上翘角约为15度。　　

在航母上采用滑跳方式起飞，除了可获得上述好处外，还具有操作简单、安全性好、飞机的出动频率不受弹射器功率和故障的影响等优点。取消了弹射器，将有助于简化航母设计、降低造价、节省训练和维修费用。可以说，采用滑跳起飞，是未来中小型航母发展的方向之一。

不过，其缺点也显而易见。缺少了弹射器强大的弹射力量，有很多起降性能不佳的飞机就很难上舰。即使是苏27这样机动能力数一数二的飞机，其“胞弟”海军的苏33也不能在满载的条件下起飞。同时，由于缺少了导轨的牵引，飞机在起飞时更容易受到侧风的影响，使飞机跑偏，甚至直接跳海。如此一来，滑跳起飞的航母不仅对天气的要求更苛刻一些，跑道旁边也不能停放待飞的飞机，以免被误撞。

自力更“升”·垂直，短距起飞

不借助外来的任何帮助，且比较安全的方法是自力更“升” ——垂直起飞。倾转旋翼飞机和带矢量发动机、矢量喷口的固定翼飞机都具有垂直起飞的能力。

对于喷气作战飞机而言，采用发动机喷口转向、升力发动机+矢量喷口转向、远距加力+矢量喷口转向等技术，均可以实现垂直起飞。其中，采用一台发动机和4个转向喷口的方案，结构比较紧凑，“死重”较小，可用空间较大。在垂直起降状态发动机的喷口向下偏转排气，可为飞机提供较大的推力升力。不过此类方案实施起来有相当的难度。为了保证飞机在垂直起降、悬停、过渡飞行等小速度状态下，其姿态能够得到有效控制，一般会在此类飞机的机头、机尾、翼尖等处，设置

反作用喷口(喷气舵)，用以提供所需的控制力和力矩。由喷气舵中排出的喷流，源自发动机的压气机或涡轮后部。通过相应改变各喷气舵的喷嘴截面以及工作气体的消耗量，可调整飞机在悬停、过渡飞行时的操纵力矩和稳定力矩。当然，从发动机内引出高压气体用于操纵(其引气量约占发动机空气总消耗量的(6％～13％)，将会使推力下降，耗油率增加。要想减少引气量，降低发动机的损失，除合理选择喷嘴的参数外，还需最大限度地增加喷气舵距飞机重心的力臂，并尽量将重物放在飞机重心附近。

属于第一代垂直起降固定翼飞机的“鹞”式战斗机在设计上就应用了上述方案。当然，技术上有其优点，但仍有许多需要完善的地方。例如，尽管该机的最大平飞速度远远高过直升机，但比起同代的常规固定翼战斗机，则还有不小的差距。这主要是因为它的4个换向喷口位于机身两侧，飞行阻力较大，使其不易在平飞状态下超过声速。另外，与其它的垂直起降飞行器相比，采用换向喷口方案的飞机，属于向下排气速度最高者之列，在空中悬停和垂直起降时的效益很差，耗油率极高，严重影响了飞机的航程。解决该问题的办法之一是，利用转向喷口技术实现短距起降。

实践证明，如果改为短距起飞，“鹞”式战斗机的航程、航时、载重量等性能就可大大改善。垂直起降时，在载弹1300千克的情况下，其作战半径仅92千米；如果水平滑跑180米，它的载弹量可增至2300千克，活动半径可提高到275千米；若延长滑跑距离至455米，则挂载能力将进一步增大到3650千克，作战半径将扩展Z400千米。俄罗斯最新型的雅克141超声速垂直起降战斗机，在垂直起飞时的航程为1400千米，而采用短距起飞，航程将加大到2100千米。

为了尽量地增大舰载型垂直起降飞行器的活动半径，提高其军事经济效益。尽管小型航母的飞行甲板较短(且大部分没有装弹射器)，但只要有可能，即使只有几十米的长度，它们也会力争采取短距离滑跑的办法离舰。不过，话又说回来，并不是所有的垂直起降飞行器都能自如地进行短距起飞的。像俄罗斯的雅克38一类的飞机，由于机身前部安装的是调节角度较小的升力发动机。水平起飞时难以使用，只能依靠主发动机推动滑跑。在几十米至100多米的距离内，如果不惜助弹射器，是根本飞不起来的。

责任编辑　新　浜

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