艦載飛機(jī)的著艦

艦載機(jī)有固定翼飛機(jī)和旋翼飛機(jī)，這里要談到的艦載機(jī)著艦是指固定翼飛機(jī)。大家知道，艦載飛機(jī)的起降主要以航空母艦為基地，那么它就需要適應(yīng)航母這個海上“移動的陸地”。在此，擬通過對艦載飛機(jī)著艦過程與陸基飛機(jī)著陸過程的分析比較，一窺艦載機(jī)著艦的突出特點(diǎn)，以及整個著艦過程對各種主要相關(guān)結(jié)構(gòu)、裝置、設(shè)施的特殊要求。

“移動的陸地”

說到艦載機(jī)，我們不妨先簡單談淡航空母艦。航空母艦出勤時，是一個海上六自由度運(yùn)動的平臺，它不僅在海平面上作平面運(yùn)動，而且在海浪的作用下還會產(chǎn)生縱向和橫向的搖動以及升沉運(yùn)動。航母上的大氣紊流情況也比較復(fù)雜，除了陸地機(jī)場通常存在的大氣紊流以外，由于航母龐大的艦體以及自身的運(yùn)動還會在艦首產(chǎn)生上洗氣流，并在艦尾處形成較強(qiáng)的公雞尾狀的尾流。另外還需要特別指出的是，航母雖然龐大，但是可供艦載機(jī)起飛、著艦的跑道長度是很有限的。目前世界上大型的航母甲板總長度也不過300多米，而能夠提供艦載機(jī)起飛、著艦使用的只有其中的100米左右。如美國的“尼米茲”級航母首艦“尼米茲”號航母，該艦長332.1米，寬40.8米；飛行甲板長338，8米，寬76.8米。

危險性和復(fù)雜性

飛機(jī)的起飛著陸通常是事故多發(fā)狀況，而艦載機(jī)的著艦比陸基飛機(jī)著陸還具危險性和復(fù)雜性。首先，艦載機(jī)著艦進(jìn)場速度小，受艦上擾流因素影響相對較大，客觀上使得艦載機(jī)軌跡穩(wěn)定性變差。然而艦載機(jī)著艦條件要求反而相對苛刻(如前所述：著艦可用甲板長度有限，作為著艦平臺的航母自身是六自由度運(yùn)動體，以及出艦海上作戰(zhàn)的技戰(zhàn)術(shù)要求等)，恰恰又要求飛機(jī)進(jìn)艦下滑時的軌跡穩(wěn)定性比陸基飛機(jī)還要高，這個矛盾對艦載機(jī)初期的發(fā)展形成了較大的制約。60年代以前，艦載機(jī)著艦的事故率是很高的，以后隨著著艦下滑引導(dǎo)技術(shù)及其它輔助著艦技術(shù)的發(fā)展，事故率才有所下降，但相比陸基飛機(jī)著陸事故率仍然較高。艦載機(jī)在下滑著艦時，對垂直平面內(nèi)下滑航跡控制要求很高，而氣流、海面狀況等一些客觀不確定因素，航母著艦引導(dǎo)、飛行員駕駛等也存在主觀不確定因素，都可能導(dǎo)致航跡控制不當(dāng)而未能在預(yù)定著艦點(diǎn)著艦，這將可能直接導(dǎo)致著艦失敗，甚至引發(fā)嚴(yán)重事故。而陸基飛機(jī)的著陸，由于跑道是靜止的且跑道長度余量通常較大，因此對著陸點(diǎn)的控制要求不像艦載機(jī)著艦?zāi)敲磭?yán)格。

起落架以及機(jī)體結(jié)構(gòu)

由于航母著艦區(qū)長度的限制和艦載機(jī)著艦下滑過程中對下滑跟蹤角和下滑航跡的嚴(yán)格控制，它采用的是無平飄且同定下滑角的著艦方式。在這種著艦方式下，飛機(jī)著艦的下沉速度要比陸基飛機(jī)大得多，引發(fā)撞擊式著艦(也稱硬著艦)。接著，為了強(qiáng)制飛機(jī)在50～70米距離內(nèi)迅速減速制動，需要通過安裝在機(jī)體尾部下方經(jīng)過特殊設(shè)計的攔阻掛鉤，拉住橫置于航母跑道甲板上的攔阻索，利用攔阻力來強(qiáng)行制動。著艦瞬間的撞擊載荷、攔阻索強(qiáng)制制動載荷特點(diǎn)與陸基飛機(jī)著陸受載差異較大，使得艦載機(jī)的起落架以及機(jī)體結(jié)構(gòu)，特別是與起落架安裝密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)都需要根據(jù)這些客觀條件進(jìn)行重新設(shè)計。通過以上介紹，不難看出艦載機(jī)下滑著艦和艦上制動，與陸基飛機(jī)平飄下滑著陸以及靠阻力傘和剎車制動有很大區(qū)別。

進(jìn)艦過程

為了更好地說明問題，現(xiàn)將艦載機(jī)一般的進(jìn)舭過程描述如下：飛機(jī)從艦尾方向進(jìn)人，在距離艦尾3700米(2海里)左右，450米高度上，以550～650千米／小時的速度由航母右舷通過；在速度為220～280千米／小時時，放下起落架和襟翼，180度轉(zhuǎn)彎后，由航母左舷通過；在距離脫尾1850米(1海里)左右時，180度轉(zhuǎn)彎后對準(zhǔn)跑道，最后45度時距離艦尾900米左有(約0，5海里)，然后在助降系統(tǒng)導(dǎo)引下沿著標(biāo)定的下滑通道著艦。艦載機(jī)進(jìn)艦下滑不像陸基飛機(jī)那樣有固定參考點(diǎn)，而是只能以活動平臺上的助降標(biāo)志作為調(diào)節(jié)油門一迎角的參考。

助降系統(tǒng)

這里提到的助降系統(tǒng)是指“目視光學(xué)助降系統(tǒng)”，通常稱作“菲涅耳(Fresnel)透鏡系統(tǒng)”。該系統(tǒng)的突出特征就是能發(fā)出直線性極好的柱形光束，只有在空間的某一特定角度才能看見該光束，因此它能為艦載飛機(jī)指示正確的下滑航跡。“菲涅耳(Fresnel)透鏡系統(tǒng)”的具體工作原理可參考有關(guān)資料介紹，在這里就不再贅述了。實(shí)際上，從助降系統(tǒng)的發(fā)展歷史來看，“菲涅耳(Fresnel)透鏡系統(tǒng)”已經(jīng)是第二代的助降系統(tǒng)裝置了。20世紀(jì)50年代出現(xiàn)“反射式光學(xué)助降鏡”是第一代的助降系統(tǒng)，有趣的是它竟然是在生活中的一個偶然機(jī)會中激發(fā)靈感而發(fā)明的。20世紀(jì)60年代，艦載機(jī)的速度逐漸加快，反射式助降鏡越來越難以適應(yīng)飛機(jī)著艦的需要，迫使人們研制新的助降裝置，于是有了“菲涅耳(Flesne])透鏡系統(tǒng)”的問世。隨著科技的進(jìn)步和助降理論的成熟，20世紀(jì)70年代以后，第二代的助降系統(tǒng)已經(jīng)面世，并率先在美國海軍投入裝備使用，這就是“全天候電子助降系統(tǒng)”。這種助降系統(tǒng)通過裝設(shè)在航空母艦上的精確跟蹤雷達(dá)，測得飛機(jī)在降落過程中的實(shí)際位置和運(yùn)動情況，將這些測得的參數(shù)輸入艦載計算機(jī)中心，得出艦載機(jī)正確的著艦位置，并將艦載機(jī)的實(shí)際位置和正確位置在計算機(jī)中心進(jìn)行比較，然后發(fā)射到艦載飛機(jī)的終端設(shè)備內(nèi)，指令艦載飛機(jī)的自動駕駛儀自動修正誤差從而準(zhǔn)確著艦。這樣，不論晴天還是雨天霧天，艦載飛機(jī)都能以幾十秒的間隔不斷地降落到狹窄的航空母艦甲板上。然而到目前為止，在實(shí)際進(jìn)艦著艦過程中，目視著艦仍然不能完全被替代，艦載機(jī)飛行員同樣需要具有目視著艦的技術(shù)能力，以適應(yīng)各種未知情況。所以，有一些細(xì)節(jié)還是值得一提，比如說艦載機(jī)的對中。

對中

所謂對中，就是艦載飛機(jī)在進(jìn)艦下滑直至著艦的過程中，一定要盡量對準(zhǔn)甲板跑道的正中軸線，否則就可能在降落后撞上甲板上的其它建筑或停放在跑道旁的其它飛機(jī)。還由于通常航母的飛行甲板均設(shè)計成從艦尾到艦首靠航母左舷一側(cè)，與航母軸線形成一個向外的夾角，在艦載機(jī)下滑接近艦尾的過程中，由于航母不斷地向前行進(jìn)，造成待降的甲板跑道隨著航母運(yùn)動而不斷向右前方平移。所以，飛行員在初次對中成功后，還要在降落前的下滑過程中根據(jù)跑道的平移情況，將飛機(jī)航向不斷向右修正，保證航向始終盡量對準(zhǔn)跑道中線，直到艦載機(jī)安全降落在甲板上。

“逃逸復(fù)飛”

即使有了如此這般的各種措施和設(shè)備來輔助著艦，相比而言，艦載機(jī)著艦仍然較陸基飛機(jī)的著陸風(fēng)險系數(shù)要大。

而且即使正確著艦，還需要在飛行甲板上通過攔阻索在50～70米內(nèi)有效制動，整個著艦過程才算成功。于是，為了最大限度地保證著艦安全性，艦載機(jī)著艦程序中還設(shè)計有非常重要的一環(huán)，就是艦載機(jī)的“逃逸復(fù)飛”。比較陸基飛機(jī)的著陸復(fù)飛機(jī)動，“逃逸復(fù)飛”是指制動掛鉤掛攔阻索失敗后，飛機(jī)的復(fù)飛機(jī)動。從運(yùn)動學(xué)角度來看，逃逸復(fù)飛機(jī)動是一種初速度(該初始速度應(yīng)取著艦下滑過程末端，艦載機(jī)與航母的嚙合速度)不為零的加速直線運(yùn)動。如要艦載機(jī)安全復(fù)飛，要求艦載機(jī)能在規(guī)定的甲板長度內(nèi)加速到安全離艦速度，重新起飛后再謀求下一次的安全著艦。綜上所述，艦載機(jī)的著艦是一個建立在機(jī)艦適配性上的綜合過程，與陸基飛機(jī)的著艦有著顯著區(qū)別，是一個始終貫穿艦載機(jī)設(shè)計、使用甚至改進(jìn)的重要一環(huán)。