舰载机飞行设备
舰载机是以航空母舰或其他军舰为基地的海军飞机。用于攻击空中、水面、水下和地面目标,并进行预警、侦察、巡逻、护航、布雷、扫雷、补给、救护和垂直登陆等任务。它是海军航空兵的主要作战手段之一,是在海洋战场上夺取和保持制空权、制海权的重要力量。
一、舰载机
舰载机按使命分为战斗机、攻击机、预警机、反潜机、侦察机和电子对抗飞机等。按起落原理分为普通舰载机,舰载垂直/短距起落飞机和舰载直升机。舰载机能适应海洋环境。普通舰载机一般在 6级风、4~5级浪的海况下,仍能在航空母舰上起落。舰载机能远在舰炮和战术导弹射程以外进行活动,借助母舰的续航力,可远离本国领土,进入各海洋活动。
舰载战斗机多兼有攻击水面、地面目标的能力,舰载攻击机多兼有空战能力,以充分发挥数量有限的舰载机的最大作战效能。
初期的舰载飞机与陆基飞机的差别并不大,随着航空技术的不断发展和作战使用环境的不同,现代的舰载机与陆基飞机已经有了较大的区别。首先,航空母舰甲板长度有限,舰载飞机必须借助母舰上的弹射器起飞。起飞时,飞机上的挂钩与弹射器相连,飞机在自身发动机推力和弹射力的联合作用下,只需滑跑几十米就能脱钩飞离甲板。降落时,飞机尾部的着舰钩与起落架同时放下,着舰钩钩住横置于甲板上的拦阻索,在拦阻索的制动作用下滑跑很短的距离就要停止。着舰钩是陆基飞机所没有的,是舰载机的专用设备。另外,舰载机在着舰时受到的冲击远远大于陆基飞机,因此,其起落架强度要大于陆基飞机,舰载机在弹射起飞和拦阻降落时,机体结构受力也要远远大于陆基飞机,所以舰载机的机体结构强度也要大于陆基飞机。
与陆基飞机相比,舰载机应有良好的起飞性能、较低的着陆速度、良好的低速操纵性。在母舰和飞机上还装有特殊的导航设备,便于驾驶员对准甲板跑道。为了少占甲板面积和便于在舰上机库内存放,多数舰载飞机的机翼在停放时可以折叠,有的垂尾和机头也可以折转。此外,海水和潮湿的环境容易使飞机机体、发动机和机载设备严重腐蚀,飞机要有较好的防腐蚀措施。
二、飞行甲板
飞行甲板是航空母舰面上供舰载机起降和停放的上层甲板,又称为舰面场。早期飞机由于起降速度不大,可以从军舰首部或主炮塔上部铺设的小型甲板上起飞,从舰尾的短小甲板上着舰。但现代航母都是贯通全舰的大面积的上层甲板。需要指出的是,航母的飞行甲板要比舰体宽得多,从正面看,飞行甲板从舰体上面向两舷扩张,形状很怪异。图107
飞行甲板要承受飞机着舰时的强烈冲击载荷,所以用高强度钢板制成。“二战”时航母飞行甲板表面只铺设一层木质甲板,而现代航母的飞行甲板表面都是金属。
飞行甲板按时间先后又可分为直式和斜角式。从航母出现直到20世纪50年代初,航母的飞行甲板都是直式的。其形状为矩形,防冲网把甲板分成前后两部分。前部供飞机起飞、停放用,后部则是飞机降落区。当防冲网放下时,前后两区合二为一,舰载机就能从舰尾向前做不用弹射器的自由测距滑跑起飞了。
随着喷气式飞机的上舰,直式甲板的局限性就显露出来。20世纪50年代初,英国海军上校卡梅尔提出了斜角甲板的设想,经试验后证明它有许多优点,于是斜角甲板成为现代航母的标准甲板样式。斜角甲板分为两部分,舰前部直甲板为起飞区,后半部斜角甲板为着舰区,斜直相交处形成三角形停机区。斜式甲板的斜度以斜角甲板中线与航母首尾中线夹角来表示。斜角甲板的优点是着舰飞机未能钩住拦阻索时,可马上拉起复飞而不至于与前甲板停放的飞机相撞。另外,舰载机起飞和降落可同时进行。
三、弹射器
众所周知,航空母舰上飞行甲板的长度比陆地机场的跑道短得多,因而飞机如果没有达到一定的滑行速度,机翼就难以产生足够的升力,这样,还没等飞机加速到离地速度就已经滑出了甲板,掉进海里去了。那么在舰载机尚处于螺旋桨推进时代,为什么低速滑行的舰载机能从飞行甲板上腾空而起呢?正如在偷袭珍珠港的日本海军航空母舰上所见的那样,航空母舰逆风全速航行,舰载机整齐排列于后甲板并依次朝前甲板的方向滑行起飞。然而随着舰载机逐渐大型化、重量化,这种起飞方式就显露出了它的局限性,故此要借助一种专门的装置——弹射器。弹射器好像一张大弓一样,能将飞机像箭一样弹射出去。飞机利用弹射器就能在70米左右的距离内加速到起飞的速度。
早在第二次世界大战之前,英美海军就开始使用弹射器,但那只是一种辅助手段。第二次世界大战之后,舰载机由于种种原因重量逐渐加大,起飞时必然要使用弹射器。此后喷气式舰载机出现,航空母舰就更加离不开弹射器了。后来,弹射器的功能又成了问题。英美海军曾经使用过的弹射器是油压式,这种弹射器存在最大弹射重量和弹射速度等方面的技术局限。为此,喷气式舰载机相应的弹射方式必须要有划时代的新变革。20世纪50年代后期,英国海军设想出了蒸汽弹射方式,但将这种方式在航空母舰上进行试验并加以实用的却是美国海军。蒸汽弹射器的结构极其简单,其构造及原理大致是:在甲板上有一个牵引飞机的滑行梭,与之相连的是甲板下的一个汽缸和活塞。利用蒸汽的推动力量使活塞在汽缸中滑动以拉动并弹射出甲板上的飞机。飞行甲板上有个可以开合的纵向沟槽,当飞机被弹射出去的时候,沟槽被打开并迅速合上,就在这开合的一瞬间,蒸汽便从这里喷出,这样就出现人们经常看见的甲板上烟雾弥漫的景象。蒸汽弹射器的弹射力量十分惊人。美国航空母舰的飞行甲板距海面高度约达14米,如果将一辆重为两吨的轿车弹射出去,轿车在入海之前能够飞行4公里之远。
蒸汽弹射器、斜角甲板和助降装置被称为现代航空母舰的“三大革新”。“尼米兹”级航空母舰装有4部C-13型弹射器,每部长94.5米。
四、导流板
在弹射前,舰载机的喷气发动机已经全速运转。此时,它向后喷射出的高温高速燃气流,对它后面的飞机和人员危害很大。而这时弹射器后方张起的挡板可使燃气流向上偏转,不会喷向后面的甲板了,这些挡板就叫做“偏流板”或“燃气导流板”。
一般情况下,每个弹射器后面有一组共3块燃气导流板。当单发飞机起降时只张开正中一块,当双发飞机起降时便3块都张开。为了降低燃气流的灼热温度,燃气导流板后面都装有供冷却水循环流动的格状水管。
五、拦阻索
在螺旋桨飞机和直式甲板航母时代,飞机着舰后必须在飞行甲板2/3处停住,否则就会冲入前方停机区。在直式甲板航母上设有10~15道拦阻索和 3~5道防冲网。而现代航母上的喷气式舰载机降落时并不关闭发动机,情况不好便可以马上复飞,所以拦阻索大大减少。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 14厘米设一道,由弓形弹簧张起,高出飞行甲板30~50厘米。
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。根据美国海军统计,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%,尾钩挂到第一道索的约为16%。在夜间,尾钩多挂住第3~4道索。如果尾钩未挂住拦阻索,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,拦阻索便会自动复位,迎接下一架着舰机的到来。
航母飞机辅助设备
航母升降机是在航母上实现货物上下垂直运输的设备,这里的货物很多,可以是飞机、弹药、物品、人员等。一般航母上会配备几部较大的飞机升降机,和几部较小的弹药升降机。航母的机库是用来安全停放舰载机和对舰载机进行护维修以及飞行准备作业的重要航空舱室,对舰载机保持良好的技术状态和高的出勤率具有重要的保障作用。
一、飞机升降机
航空母舰装载有近百架飞机,当然不能都存放在甲板上,绝大部分飞机只能装在飞行甲板下面的机库里。飞机装在机库中,就会出现搬进和搬出的问题,这就需要给飞机装个电梯,这个电梯的专业名称叫做“飞机升降机”。图113 114
早期的升降机大多布置在飞行甲板的中线上。人们将这种升降机称为舷内升降机。舷内升降机在甲板中心线处开口,升降机四周用钢索吊起。它的防浪性和安全性较好,但却在飞行甲板上开了大窟窿,使甲板的安全性和防护性变差了,舰体的纵向强度也降低了,而且不能在使用升降机的同时弹射和回收飞机。另外一个缺点就是不能提升比升降机尺寸大的飞机和货物。为了克服舷内升降机的缺点,适应飞机同时弹射和回收的需要,保证舰体的纵向强度,设计师们对此进行了改良。很快,一种新的升降机布置方式在新造的航空母舰上出现,这就是布置在航空母舰甲板舷侧的舷侧升降机。
舷侧升降机使航空母舰飞行甲板不必开口,提高了舰体结构强度,且由于在舷侧,可起降比升降机尺寸大的舰载机和货物,并可增加机库的面积。但其缺点也是明显的,升降机必须在舷侧开口,基加工工艺难度较大,水密、气密及防化性能较差,而且,海浪也易于打上升降机平台。为此,第二次世界大战之后,英国海军在建造航空母舰时,这种升降机一度采用后又将其废弃。
相比较而言,舷侧升降机的优点还是占主要方面。因此,至今仍为大多数航空母舰所采用。目前,美国航空母舰上装有4部升降机,左舷斜角甲板处1部,右舷有3部,其布置方式基本已成为美国航空母舰的标准形式。
二、航母的机库
为能够容纳规定数量的舰载机,机库占用航母上庞大的空间,并按预定的舰载机停放架数设置相应的停机位置和保证舰载机在停机位置的可靠系留。为保障舰载机在机库甲板上的平面调运,机库内设置有牵引装置,为保障舰载机在机库与飞行甲板之间的升降调运,配设有飞机升降机。为同时开展对若干架舰载机的检测维护作业,机库内配设有一定数量的用于提供电源、液压源、压缩空气源、氮气源的供给部位,机库两侧还设置一定数量的各种维护维修舱室。为对舰载机进行维修作业,机库内设有飞机修理区,并具备更换大型备件(如备份发动机、直升机旋翼桨叶备件等)的能力。为保障舰载机以及整个航母的安全,机库内还设置有完善的安全保障设施。为对机库内舰载机停放和各项航空作业实施指挥和管理,还为机库配设了指挥部位。
航母上通常设置单层机库,但早期也曾出现过双层机库的航母,如英国二战前建造的“光荣”号,二战中建造的“怨仇”号、“不倦”号,以及日本在二战中建造的“飞龙”号等。
机库在航母上的垂向位置,视航母的吨位大小而有所不同。轻型航母由于型深较低,机库通常就设置在飞行甲板下面;而大中型航母由于空间高度允许,机库与飞行甲板之间通常隔着—层吊舱甲板,这样的布局对飞行甲板中弹受损时,机库内舰载机的安全有利。机库的大小根据对机库内停机架数的要求而定。通常,轻型航母由于干舷较低,抵御恶劣气象条件的能力也相对较弱,因而要求机库能容纳航母搭载的所有舰载机。而大、中型航母则要求能停放半数以上的舰载机,其中包括所有直升机。由于机库与飞行甲板相比,具有相对优越的环境条件和维护能力,因而停放在飞行甲板的舰载机将定期轮换机库内停放,并进行检测维护和维修。
机库的长度约占舰长的2/3,宽度与舰宽、航母吨位大小、舰的总体布局对机库宽度的限制性要求等因素有关。通常大型航母机库宽度都不延伸到两舷,在机库侧壁与舰舷之间留出一定宽度的空间,供布置舰船纵向通道、舰船动力装置的进排气道,以及服务于舰载机维护维修的舱室和航空备件库等。机库的高度根据舰载机的高度及机库应具备的维修能力的要求而定,在舰载机牵引过程中,其顶部与机库天花板下面的设施之间应留有必要的安全距离。机库的实际高度至少跨越两层甲板的层高,大中型航母通常跨越3层甲板层高。
机库的指挥部位—般设置在机库中部上层的侧壁外侧,朝向机库的一面设置有视野开阔的观察窗,借助观察窗以及分布于机库内的电视摄像装置提供的信息,机库指挥员随时掌握机库内舰载机的停放布列、调运和维护维修作业状况,以便进行指挥调度决策。