艦載機(jī)新型起飛方式

海強(qiáng)

一年多前，曾有專家設(shè)想中國(guó)未來(lái)航母有可能采用彈射和滑躍兩種起飛方式之外的第3種方式——滑彈結(jié)合，并說(shuō)這是中國(guó)創(chuàng)新。其實(shí)，這種起飛方式早已有之，談不上是創(chuàng)新。因此筆者在幾個(gè)網(wǎng)站上發(fā)了一個(gè)名為“滑躍彈射是創(chuàng)新？第4種起飛方式才是最佳方式！”的貼子，點(diǎn)擊率還不錯(cuò)，只是當(dāng)時(shí)并未寫出第4種起飛方式具體為何。該方式是在彈射與滑躍結(jié)合方式的基礎(chǔ)上改進(jìn)的一種起飛方式，個(gè)人認(rèn)為某種程度上可算是創(chuàng)新，具有相當(dāng)強(qiáng)實(shí)用性，也有相似的技術(shù)案例來(lái)支持。

到目前為止，艦載機(jī)從航母上的起飛方式有兩種，一種是彈射起飛，一種是滑躍起飛，兩種方式各有優(yōu)勢(shì)及缺點(diǎn)。有人提出噴氣助推或火箭助推，其實(shí)這應(yīng)該是屬于彈射起飛一類，還有人說(shuō)垂直起降也是一種起飛方式。實(shí)際上，判斷起飛方式的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該與航母有關(guān)，而垂直起飛基本上與航母無(wú)關(guān)，不能算作是艦載機(jī)的起飛方式。因此，嚴(yán)格地說(shuō)到目前為止只有兩種起飛方式。那么，還有沒(méi)有其他的起飛方式？

彈射起飛和滑躍起飛各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此早就有人設(shè)想將兩者結(jié)合取長(zhǎng)補(bǔ)短，形成滑躍+彈射的起飛方式。這種“混合起飛”方式也得到部分軍事專家的認(rèn)可，并被認(rèn)為是解決艦載機(jī)起飛面臨的彈射器沉重、滑躍起飛重量受限問(wèn)題的最好解決辦法。不過(guò)，將兩種起飛方式結(jié)合在一起也會(huì)產(chǎn)生新的問(wèn)題，例如，彈射器使用費(fèi)用高的情況仍然存在，運(yùn)行費(fèi)用并不因?yàn)閺椛涔β实慕档途湍鼙苊?，這在講究全壽命周期費(fèi)用的今天是一個(gè)不得不考慮的大問(wèn)題。

筆者在這里提出了一種新的艦載機(jī)起飛方式，名為“滑跑彈跳起飛”。顧名思義，就是艦載機(jī)先滑跑，然后借助可彈起的跳板向上彈跳起飛離艦。與現(xiàn)有的單純滑躍起飛相比，艦載機(jī)可以從彈跳板的騰空升起中獲得更多額外的動(dòng)能，具有了目前人們所設(shè)想的滑彈結(jié)合起飛方式的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)又能避開彈射器的結(jié)構(gòu)沉重及增加維護(hù)的缺點(diǎn)，因此是取代滑彈結(jié)合起飛方式的最好選擇。

一臺(tái)C-12-1蒸汽彈射器的安裝重量就達(dá)到520噸，即便是滑躍結(jié)合彈射，彈射器的重量預(yù)計(jì)將超過(guò)350噸。另外，滑躍起飛甲板本身的重量也不輕。英國(guó)“竟技神”號(hào)航母加裝滑躍起飛甲板用了230噸鋼材，俄羅斯“庫(kù)茲涅佐夫”號(hào)的滑躍起飛甲板尺寸大，重量應(yīng)在300噸以上?；軓椞痫w與彈射和滑躍這兩種起飛方式相比，完成彈射跳的氣缸由于行程短，不需要開口，在結(jié)構(gòu)及功率轉(zhuǎn)換上要比彈射器優(yōu)越得多，結(jié)構(gòu)重量也可以控制在理想的狀態(tài)下。在滿足實(shí)現(xiàn)艦載機(jī)的重載安全起飛的要求后，彈跳部分甲板的結(jié)構(gòu)重量只要用40噸鋼材就足夠了，而且此處的甲板在收起時(shí)還與彈射甲板一樣，不會(huì)影響停機(jī)。

滑跑彈跳的起飛方式大致如下。艦載機(jī)先在起飛甲板上滑跑，當(dāng)主起落架機(jī)輪全部壓上位于甲板頂端的彈跳板時(shí)已經(jīng)具有60米/秒滑跑速度，此時(shí)彈跳板在氣動(dòng)活塞的作用下“跳起”，對(duì)艦載機(jī)賦予垂直方向的向上加速，艦載機(jī)滑離/彈離這塊甲板后就可獲得7米/秒甚至更大的上拋速度。獲得向上速度的艦載機(jī)，也就相當(dāng)于是從滑躍甲板上起飛，讓“平甲板”獲得滑躍起飛效果。

也許有人會(huì)認(rèn)為這樣做是多此一舉：獲得與滑躍一樣的效果，卻要采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的彈跳板是得不償失。其實(shí)不然，滑躍起飛的艦載機(jī)在滑離躍飛甲時(shí)確實(shí)能獲得向上的速度，但這也意味著，近30米的滑躍甲板對(duì)水平速度的提高幫助小了或幾乎沒(méi)有。根據(jù)能量守恒原則，艦載機(jī)在滑躍甲板上起飛，有相當(dāng)大部分的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成勢(shì)能，而這些能量如果用來(lái)使機(jī)體加速，預(yù)計(jì)將增加約10米/秒的速度。不要小看這多出的10米/秒速度，氣動(dòng)力與速度的平方成正比?；S起飛的艦載機(jī)離艦速度少了這10米/秒，就意味著重載起飛能力的大幅度下降。如果采用滑跑彈跳起飛方式，則艦載機(jī)的離艦水平速度不受影響，向上的能量全部可以從彈跳板上獲得，其效果相當(dāng)于彈射加滑躍組合起飛方式，能夠進(jìn)一步提高艦載機(jī)的起飛重量。另外彈跳板的重量遠(yuǎn)要比滑躍甲板輕，而且不用時(shí)可以與整個(gè)飛行甲板保持水平，不會(huì)影響此處停放飛機(jī)。

由本頁(yè)的示意圖可以看出：彈跳板安裝在6根搖臂上，由2個(gè)或4個(gè)氣缸作動(dòng)筒作動(dòng)；完成彈跳過(guò)程后，由一根減速鋼絲繩通過(guò)液壓阻尼裝置完成彈跳板的制動(dòng)及恢復(fù)原位?？梢?jiàn)這種起飛裝置的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，但能起到彈射滑躍結(jié)合起飛方式的功能——在“彈射起飛距離”內(nèi)讓重載飛機(jī)安全地“滑躍起飛”，同時(shí)還能避開彈射器的維修及運(yùn)行費(fèi)用，可以說(shuō)是個(gè)不錯(cuò)的選擇。彈跳板可用輕質(zhì)鋁合金制造，根據(jù)英國(guó)“伊麗莎白女王”號(hào)航母的滑躍甲板尺寸，其寬度可保持在12米的程度上，長(zhǎng)度有15米就足夠了，這么大面積的甲板加上保持剛性的梁結(jié)構(gòu)后，重量也不會(huì)超過(guò)25噸（參照美國(guó)航母上的升降機(jī)）。

對(duì)于初次看到這種起飛方式的人來(lái)說(shuō)，可能擔(dān)心彈跳板會(huì)不會(huì)過(guò)早起動(dòng)，這樣就會(huì)導(dǎo)致在彈跳板彈起時(shí)飛機(jī)還未滑跑到位，結(jié)果發(fā)生機(jī)體撞在跳板上的悲劇?？梢哉f(shuō)這種擔(dān)心是非常自然的，但從經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)的角度看，可以采取多重保險(xiǎn)措施，盡可能杜絕這類事故的發(fā)生。

彈跳板的升起時(shí)機(jī)取決于機(jī)輪是否完全壓上甲板，可以采取重量、距離、光信號(hào)阻隔等多種手段防止甲板提前彈起，從而讓彈跳板的彈起只能在艦載機(jī)機(jī)輪壓上甲板后才發(fā)生?？梢哉f(shuō)這方面的自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)到了“爐火純青”非常保險(xiǎn)的地步，應(yīng)對(duì)“艦載機(jī)滑上彈跳板再?gòu)椘稹钡膯?wèn)題幾乎沒(méi)有技術(shù)上的障礙。

也許還有人擔(dān)心這樣的彈跳板會(huì)不會(huì)重量太大或能不能讓起飛的飛機(jī)在板上獲得7米/秒的向上速度。這個(gè)其實(shí)也用不著擔(dān)心。美國(guó)空軍在幾十年前為了解決戰(zhàn)斗機(jī)的短矩起飛問(wèn)題，曾經(jīng)研制過(guò)戰(zhàn)斗機(jī)的彈跳起落架。其具體做法是為起落架增加一個(gè)高壓氣瓶，并在起落架支柱液壓緩沖裝置中適當(dāng)加大氣室。最后的結(jié)論是“與滑躍起飛效果相近，可以顯著提高短矩起飛能力”。美國(guó)的這個(gè)措施是在飛機(jī)上做文章，而彈跳板是在航母上下功夫，因此受到的限制較小，可采用與彈射器一樣直徑的“彈跳”氣缸，輕松實(shí)現(xiàn)數(shù)百千牛的向上推力，想達(dá)到7米/秒甚至更大的向上彈跳速度可以說(shuō)是小菜一碟。

艦載機(jī)采用新型起飛方式后，艦載機(jī)起飛所需的甲板長(zhǎng)度就可以控制在彈射的標(biāo)準(zhǔn)上，這對(duì)克服滑躍起飛需要較長(zhǎng)滑跑距離的缺點(diǎn)是非常有利的。這種起飛方式即能保持彈射起飛海況適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，又可以控制因滿足滑躍起飛形成的增重，同時(shí)還能“削平”飛行甲板，可讓起飛處的甲板也能停機(jī)，其優(yōu)勢(shì)是很顯著的。滑跑彈跳起飛方式用的彈跳板相對(duì)來(lái)說(shuō)要比彈射器簡(jiǎn)單，因此在維修及制造費(fèi)用上也有很大優(yōu)勢(shì)。

這種起飛方式的另一個(gè)疑問(wèn)是起飛中的艦載機(jī)突然受到向上的加速度，起落架是否能夠承受得了？這一點(diǎn)也不是問(wèn)題。艦載機(jī)降落時(shí)要承受7米/秒的下降速度，起落架液壓緩沖裝置要在不到50厘米的行程中吸納這么高的下沉速度所具有的動(dòng)能，其強(qiáng)度是相當(dāng)高的。而彈跳板作用到起落架上的彈跳行程則要大得多，向上彈射的速度如果也在7米/秒，則由此帶來(lái)的彈跳載荷將遠(yuǎn)小于著艦載荷。因此，如果充分發(fā)揮起落架的承受能力，就是達(dá)到12米/秒的上拋速度其載荷也顯著小于降落載荷。為了能充分發(fā)揮彈跳助起飛作用，還可以考慮采用短行程的電磁助推裝置取代空氣作動(dòng)器推動(dòng)整個(gè)彈跳板。采用電磁助推裝置后，可以非常精確地控制彈跳板在滑跑中的艦載機(jī)機(jī)輪完全上板后立即作出“彈跳”的決定，還能在騰起過(guò)程中讓彈跳板以最佳升起軌跡運(yùn)動(dòng)，使得艦載機(jī)獲得最佳的加速特性。

由于滑跑加彈跳起飛可以讓艦載機(jī)及航母兩方面都能獲得利益，因此這第4種方式也許會(huì)是一種非常有前途的艦載機(jī)起飛方式。殲15順利完成在“遼寧” 號(hào)航母上的艦機(jī)融合訓(xùn)練讓國(guó)人興奮萬(wàn)分，但滑躍起飛方式又讓不少人在興奮之余感到遺憾。因此，有不少人認(rèn)為中國(guó)未來(lái)的國(guó)產(chǎn)航母最終會(huì)采用彈射起飛。但也有人認(rèn)為，滑彈結(jié)合的起飛方式是中國(guó)未來(lái)航母的最佳選擇。未來(lái)艦艇設(shè)計(jì)以突出全壽命周期費(fèi)用低為首要特點(diǎn)，英國(guó)“伊麗莎白女王”號(hào)航母在設(shè)計(jì)時(shí)提出了多種方案，起飛方式主要為彈射起飛與滑躍起飛。最終定型的混合方案還是選擇了滑躍起飛，其中就有安裝彈射器要增加4千噸排水并會(huì)嚴(yán)重影響全壽命周期費(fèi)用的因素。對(duì)于21世紀(jì)的中國(guó)海軍來(lái)說(shuō)，新型航母應(yīng)該既要保證有較高的戰(zhàn)斗力，也要求在全壽命周期費(fèi)用上有一定的優(yōu)勢(shì)。如果能不局限于滑躍、彈射或滑彈結(jié)合這3種起飛方式，也許滑跑彈跳起飛就是解決這類矛盾的一個(gè)不錯(cuò)的選擇。