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如今我国的国产航母已经呼之欲出。早期，我国曾被嘲笑“造不好航母的阻拦索”，最终却令外国专家拜服。 航母的阻拦索有多大意义？就让老巴为您聊聊关于航母阻拦索的那些事儿。 舰载机降落：玩命的刹车 自从人类发明航空母舰，这种“大海上的移动机场”就成为战略级的强力武器，能够让战机获得大得多的作战空间。然而，要在茫茫大海上，让战斗机顺利起落，相对陆地上要面临更大的挑战。除了风浪导致的飞机驾驶难度和航母被浪头打得起伏颠簸外，航母甲板本身的尺寸限制也是一个让人头疼的问题。 固定翼飞机的原理，是依靠高速的行驶，使得迎面气流对倾斜机翼产生空气升力，从而抵消重力，才能翱翔长空。但飞机停在地面或航母上时近乎零速度。要把静止的飞机加速到起飞，或把飞行的飞机减速到降落，在高速和静止之间实现加速和减速，是一大难题。 螺旋桨时代的一战、二战，亦即20世纪上半叶，当时的飞机个头较小，分量较轻，飞行需要的速度也较慢，起落需要的距离也较短。无论是加速到起飞速度，还是滑行到停止，只需要不太长的跑道距离即可。那时候的飞机，往往随便找段公路、原野就能起飞降落。航母100多米长的甲板也完全足够。飞机在航母上的起降，也就是个驾驶精准、经验丰富的问题。 而在二战后，喷气式战斗机加载的各式先进装备越来越多，重量也就节节攀升。要把这么大块头的玩意飞上天，除了优化气动力布局之外，一个最根本的手段就是增加速度。只有飞得更快，才能飞得起来。 而更快的飞行速度，意味着飞机每次起落，加速、减速的任务更重。需要在地面行驶更多的时间，更长的距离。在地面上还好说，无非把机场跑道延长，三百米不够就来五百米，五百米不够就一千米。 然而在海上，这麻烦就大了。航空母舰的甲板当然不能无限延长，甲板太长，既增加舰体负担，又容易损坏，目标还大。当活靶子的滋味可不好受。 二战时期日本的“零式”战斗机，其全重不到2.7吨，速度不过500多公里，在顶风起飞时只需要70米的跑道距离。而美军在1983年服役的四代机F-18，要求的最大起飞重量为20多吨，最高时速达1800公里。另一方面，美国现役航母的主力“尼米兹”级航母，与二战日本航母“赤城号”的甲板长度差不多，都是200多米。 这就意味着，海军航空兵们必须用差不多长度的甲板，去对付快得多的速度。怎样让如此快的飞机，在如此短的甲板上顺利起飞、降落，成为无数军方科学家绞尽脑汁的大难题。 这其中，起飞的问题，主要通过大功率的发动机，再配合弹射器或滑跃起飞甲板，使得飞机的顺势加速度得到提升。 而降落的风险则更高。飞行员不仅需要在短时间内将原本高速飞行的战机慢下来，还必须保证慢下来的时刻，能准确停在小小的航母甲板上。否则，降速太猛了，还没到甲板就得直接坠入大海，或者更惨撞上航母。降速太缓了，在航母区区百余米长的跑道上没来得及停下，那又是一头冲出甲板，栽进大海。从这个角度上说，航母舰载机的降落，确实是“玩命的刹车”。 阻拦索：生命的羁绊 解决战机在航母起飞、降落问题的一种思路，是把舰载机改为“垂直起落”战斗机，只需要很短的甲板距离就可以起飞、降落。最典型的当然是直升飞机，别说航母甲板，就算是巡洋舰、驱逐舰的甲板也能轻而易举地起降。然而直升机的速度、航程和战斗力都远不如固定翼飞机。 更先进的方案是在固定翼飞机上加装垂直起降发动机，起飞与降落时能产生直接向下的推力。这样，无须以太高的水平速度产生升力，即能实现在短距离的起飞降落。垂直起降战斗机的技术从20世纪50年即开始研发，目前各大强国都有涉及。类似的思路，美军还采用了倾转旋翼机（如鱼鹰），在直升机和固定翼飞机之间切换。 不过，垂直起降战斗机尽管对甲板要求大幅度缩小，却也存在明显的弊端。 首先是太费油，大大减小了飞机的航程和作战半径。其次是垂直起降能够承受的重量有限，必须大幅度削减飞机的载弹量，从而影响战斗力。而垂直起降的操作难度也很大，容易发生事故。英国在马岛战争时有5架垂直起降战斗机因为操作失误坠毁。因此，垂直起降战斗机只是权宜之计。 因此，航母上应用更广泛的思路，飞机降落是依靠阻拦索、防冲网技术。这项技术的原理非常简单，就是在甲板上设置一些带阻力的“绳索”，当高速行驶的飞机即将降落时，这些绳索可以“拖拽”住飞机，使得其速度迅速降低，直到停止在飞行甲板上。而在绳索的尽头，还设置一些网，如果飞机没能被绳索拉住，还可以用网将其拦下来。 就阻拦索和防冲网而言，很显然，阻拦索是更加“王道”的辅助降落设施。首先阻拦索占用的空间较少，更便于多重部署，互不干扰。更重要的是阻拦索可以仅仅钩住飞机上的某个专门器件，对阻拦索本身和对飞机，都几乎不存在损害。在成功降落之后，飞机与阻拦索可以迅速脱离，飞机可以进行下一流程任务，阻拦索则可迎接下一架飞机。 相反，防冲网不但占用空间较大，而且阻拦方式不是“拉住”而是正面“挡住”，整架飞机一头“撞入”网中，对防冲网本身和飞机，都可能造成一定损害。而在阻拦之后，要让飞机脱离防冲网，也更加麻烦。因此，在阻拦索-防冲网的体系中，素来都是把阻拦索作为主要降落手段，而防冲网仅仅作为阻拦索万一失败后的紧急预案。 早期阻拦索：如蛛网密布甲板 阻拦索作为简单有效的一种着舰手段，几乎和航空母舰的问世同时，因为没有阻拦装置，根本就不可能让普通飞机在舰船上降落。不过其原理虽然简单，但实现其实蛮复杂的。现代阻拦索两头连接的是复杂的阻力产生装置，在被飞机“绊住”后逐渐产生阻力，最终把飞机拉住。为此，很重要的一点，就是当飞机没有钩住阻拦索中点的时候，依然能保持阻拦索两段拉拽的合力方向，应与飞机行驶方向相反，换言之两段阻拦索的力量应该不同。 实现阻拦索的阻力有多种不同方式。将阻拦索完全固定死在甲板上，则这个阻力完全来自阻拦索本身的弹性。一旦超出弹性范围，双方的作用力变成“硬拽”，结果不是阻拦索被拉断，就是飞机被拉坏。 早期螺旋桨飞机速度慢，质量小，因此最初的阻拦索也很简单，就是一根钢索，在两头悬挂着沙袋。把这种阻拦索放在甲板上，当降落的飞机滑过阻拦索，就会被阻拦索绊住，或被卡住螺旋桨。1911年1月18日，美国飞行员尤金·伊利驾驶454公斤重的飞机，创造历史地首次在在“宾夕法尼亚”号巡洋舰上进行着舰试验时，飞机的挂钩就抓住了平台上的五根钢索。 有的阻拦索采用在两端加挂重物，这样飞机产生的冲力，被消耗于拉拽重物的运动中，称为重力阻拦。首先安装有重力型阻拦装置的是美国的“兰利”号航空母舰。该舰是美国第一艘专门的航空母舰，由“木星”号运煤船改装而成，1922年建成。在航母的两舷各竖立起一个支撑塔，阻拦索通过滑轮组绕过支撑塔，两端连上重物。当飞机钩住阻拦索后，把阻拦索往前拖拉，带动重物沿支撑塔上升，以重力势能来消耗飞机动能，达到降速目的。 目前使用最广泛的是液压阻拦索。这类阻拦索在1924年由英国人诺登和巴思设计成功，并于1927年引进到了美国，至今已经使用了近百年，基本原理没有太多变化。不过，早期的液压阻拦索阻力有限。如美国航空局航空部在诺福克海军船厂设计建造的液压阻拦索，其设计阻拦力为35.3千牛（相当于3吨多的重力），应对着舰速度为97公里/小时的飞机。在二战时期的航母甲板上，可以看到直式甲板航母上设有10－15道阻拦索和3－5道防冲网，密密麻麻，简直就像捕捉钢铁飞虫的蜘蛛网一样。 当代阻拦索：海军强国的必修课 现代航母普遍使用的液压式阻拦系统，一般由制动器械、液压缓冲系统以及冷却系统组成。其中，制动器械包括：产生制动力的阻拦机构、保持制动缸压力的控制阀、保证阻拦飞机后能够迅速回位的蓄压器。比较典型的阻拦系统是美国航母普遍采用的MK7液压阻拦系统。当舰载机尾钩挂上阻拦索后，拉动滑轮索，带动主液压缸的活塞，将主液压缸里的油液经过定长冲跑控制系统，挤压进蓄能器。这个过程中产生压力损失，从而使飞机逐渐减速。在冲跑的末端，控制阀开口完全封闭，活塞及其相连的运动滑轮组停止，控制飞机完全停止。当飞机被拦停且阻拦索与飞机尾钩脱离后，复位阀打开，蓄能器中高压油液经冷却器回流到主液压缸，实现阻拦索复位。 MK7使用的滑轮缓冲装置可充分消减飞机挂索的钢索张力峰值，并消除阻拦过程中因滑轮转速不同而引起的钢索振颤。它适用范围广，重量变化较大的飞机可以在该系统作用下实现相同距离内着舰降落。由于对于飞机着舰的控制更加精准，阻拦索的数量比起螺旋桨时代有所下降，一般是3-6道阻拦索。 拦阻索本身的材料结构也非常重用。仍以MK7型阻拦装置为例，其使用的阻拦索有两种规格，即6x30平钢绞大麻纤维芯阻拦索和6x30平钢绞聚醋芯阻拦索。每根阻拦索是由6股钢丝绳组成的，每股钢丝绳又是由12根主钢丝、12根中间尺度的钢丝和6根呈三角状布置的细钢丝扭结成的。每股钢丝绳之间还有交接钢丝，每根钢丝绳芯部还设有油浸大麻纤维。这种阻拦索能够承受最大85万牛（相当于80多吨重力）的拉拽力。 但MK7依然存在诸多不足。其结构复杂，体积较大，日常维护保养困难，需耗费大量人力、物力，与未来新型航母控制人员规模、加强自动化水平和模块化操控的趋向背离。其次，这套系统的拦阻力量较生硬，不能精确控制，容易导致舰载机的尾钩及与尾钩相连的机体部件疲劳老化，缩短舰载机的服役寿命。而且，这套系统能承受的着舰战机重量和速度都有限，甚至舰载机必须放掉多余的燃油减重后才能安全降落。 当代阻拦系统的发展，主要是在提高系统性能，加强通用性、机动性、使得对飞机的阻拦过程更加平稳，拦阻力振幅减小，使系统能适应大范围的飞机（主要是重量更大、速度更快）降落。在此基础上，还寻求缩短停机距离，减少设备使用的客观条件限制，以及提高整机灵活性、机动性，便于快速部署、转移、安装等。 美国未来的航母将采用现代化的全电力推进系统，原本的液压阻拦也将改造为电磁式阻拦装置。其中美国在“福特”级航母上就使用了AAG电磁阻拦系统。在该系统中，滑轮阻尼器中增加了测量拉力的传感器，能够直接把不同的拉力信号传送给中央集中控制器，然后由中央控制器根据拉力的不同大小，启动相应的控制流程。液压设备中的压缩气缸，则换成了钢丝绳卷，通过控制电流大小实现均匀过载，由此实现“数字化、软件化”的拦阻。美国通用原子公司还提出了一种“涡轮电力系统”，在水涡轮机系统的基础上改进而来，采用更轻的合成电缆系统和电机，使得美军舰载机在162至313公里的时速下，都能被阻拦索拉回安全着舰。 由于阻拦索是航母上最基础的设备，没有阻拦索，舰载机就不能着舰，那么航母也就形同虚设。因此，阻拦索可以说对航母编队必不可少。世界各大海军强国都投入大量人力物力，研究属于自己的阻拦索技术。目前，全球能够自行研发阻拦索的国家，包括美国、俄罗斯、英国和中国。同为五常的法国就不具备此技术。 |
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