要多少才算多

馬世強(qiáng)

現(xiàn)在，不少讀者就產(chǎn)生了這樣的問(wèn)題：“福特”號(hào)航母為什么會(huì)減少一根攔阻索？一種說(shuō)法是因?yàn)椴捎秒姶艛r阻裝置的緣故；還有人則認(rèn)為這是著艦精度提高了，不需要太多的攔阻索也能保持艦載機(jī)著艦時(shí)的掛索概率。前者顯然是錯(cuò)誤的，因?yàn)閿r阻裝置不管是電磁還是液壓，都對(duì)提高掛索概率沒有任何關(guān)系，安裝幾臺(tái)攔阻裝置就有幾根攔阻索。那么后者的說(shuō)法是否有道理？

在媒體上有這樣的說(shuō)法：攔阻索的根數(shù)與艦載機(jī)著艦后的掛索概率有關(guān)系，索多了會(huì)提高掛索的概率?？杉热皇沁@樣，“福特”級(jí)為什么要從“尼米茲”級(jí)的4根攔阻索減少到現(xiàn)在的3根？一臺(tái)MK-47液壓攔阻裝置其重量也就是64噸，與十萬(wàn)噸排水量相比完全可以忽略不計(jì)。以犧牲掛索概率的代價(jià)來(lái)節(jié)省這點(diǎn)重量，是很不明智的。可以說(shuō)攔阻索多、掛索概率就高的說(shuō)法是一種直線思維，有一定的誤區(qū)。

稍做分析，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)攔阻索的根數(shù)與提高掛索概率并沒有直接的關(guān)系，倒是與攔阻索對(duì)應(yīng)的降落區(qū)面積有關(guān)。另外，航母采用幾根攔阻索還有更深層次的原因。因此，筆者就為大家梳理一下這些原因以及航母歷史上攔阻索根數(shù)的變化情況。

為什么大家普遍認(rèn)為掛索的概率與索的數(shù)量有關(guān)系？表面上看是這樣，假設(shè)艦載機(jī)落在3號(hào)索的后面，如果沒有4號(hào)索，則這架飛機(jī)只能是拉起復(fù)飛、重新嘗試降落。從道理上講是這樣，但從理論及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的角度進(jìn)行解釋，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)事情遠(yuǎn)沒有這么簡(jiǎn)單。通過(guò)觀察美國(guó)航母上艦載機(jī)降落的視頻，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)現(xiàn)象：不管是什么型號(hào)的艦載機(jī)，只要機(jī)輪落在某根攔阻索的前面，著艦鉤必定能掛上這根索，幾乎沒有例外！這說(shuō)明什么？這說(shuō)明艦載機(jī)只要降落點(diǎn)在攔阻索前面，掛上攔阻索是一個(gè)重復(fù)性非常高的過(guò)程。因此，我們完全可以做這樣的假設(shè)：取消前面的3根攔阻索，只保留最后面的一根索，艦載機(jī)也能保持基本上一樣的掛索概率。

不要說(shuō)這是臆測(cè)，美國(guó)陸基戰(zhàn)斗機(jī)通常也裝與艦載機(jī)一樣的著陸鉤，而機(jī)場(chǎng)上通常是設(shè)置一根攔阻索。不管降落點(diǎn)離這根攔阻索多遠(yuǎn)，都能掛上索，幾乎是“百發(fā)百中”。據(jù)此，我們可以得出這樣的結(jié)論：航空母艦上裝備4根索或3根索與掛索概率沒有直接關(guān)系；艦載機(jī)只要降落在最后一根索的前面任何地方，都可以滑行到這根索處再掛索。由此，我們可以認(rèn)為“增加攔阻索可以提高掛索概率”的說(shuō)法欠妥。

其實(shí)，要想提高艦載機(jī)的掛索概率，增加攔阻索根數(shù)不如增加阻攔區(qū)的面積，即最大限度地把最后一根攔阻索向后推。反正最后一根索能掛住幾乎所有的落在它前面的著艦鉤，則盡量將這一根索的位置后移就能達(dá)到目的！正因?yàn)檫@個(gè)原因，美國(guó)海軍的陸地機(jī)場(chǎng)都是布置一根索就基本夠用。

說(shuō)到這里，有人也許認(rèn)為艦載機(jī)降落時(shí)會(huì)發(fā)生彈跳現(xiàn)象，或者著艦鉤撞至甲板會(huì)彈起，這樣就會(huì)出現(xiàn)著艦鉤“閃過(guò)”攔阻索的情況。這種說(shuō)法猛一看確實(shí)有道理，但實(shí)際情況是，機(jī)身有可能彈跳，著艦鉤卻不一定會(huì)跳起。這是因?yàn)橹炪^上的阻尼作動(dòng)筒有很大壓力，總是壓著它迫使其不能離開甲板，因此想跳過(guò)攔阻索的概率很小。

二戰(zhàn)中的螺旋槳艦載機(jī)降落時(shí)就會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)彈跳，其原因也是多方面的。這種飛機(jī)采用的是后三點(diǎn)式起落架，在著艦時(shí)由于主機(jī)輪在前，降落時(shí)主機(jī)輪撞擊甲板形成的反沖力往往通過(guò)機(jī)體重心或離得很近，再加上主起架沖擊導(dǎo)致的機(jī)尾下沉?xí)箼C(jī)翼的迎角瞬間增加，進(jìn)而產(chǎn)生較大升力“加劇”了彈跳。另外，較小的翼截荷也會(huì)讓機(jī)體在著艦時(shí)產(chǎn)生漂浮效應(yīng)。所有這一切都為發(fā)生彈跳創(chuàng)造了條件。正是彈跳及飄落現(xiàn)象出現(xiàn)的情況比較多，為了提高掛索效率，二戰(zhàn)時(shí)期的航母不得不采用較多的攔阻索來(lái)提高掛索概率。比如，“埃塞克斯”級(jí)航母就采用了多達(dá)9根的攔阻索。

噴氣式飛機(jī)上艦初期，由于設(shè)計(jì)與使用經(jīng)驗(yàn)的不足，也存在著彈跳起的現(xiàn)象。但由于是采用了前三點(diǎn)起落架，彈跳的概率顯著降低。比如，進(jìn)場(chǎng)高度過(guò)低時(shí)，飛行員拉桿過(guò)猛，導(dǎo)致機(jī)翼迎角過(guò)大而發(fā)生彈跳，這是與著艦時(shí)的飛行員操縱有關(guān)；有些是起落架液壓裝置設(shè)計(jì)得不是很“到位”，也會(huì)引發(fā)跳起現(xiàn)象，這與當(dāng)時(shí)艦載機(jī)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足有關(guān)，但相比螺旋槳式艦載機(jī)是大幅度降低了。美國(guó)20世紀(jì)60年代研制的F-8艦載機(jī)由于采用可變迎角機(jī)翼，在機(jī)輪觸及甲板時(shí)仍然因?yàn)闄C(jī)翼的迎角過(guò)大而產(chǎn)生相當(dāng)大的升力，再加上掛索時(shí)制動(dòng)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的慣性作用，非常容易產(chǎn)生彈跳現(xiàn)象，但這絕不會(huì)影響該機(jī)的掛索概率。正是由于艦載機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，著艦的精度越來(lái)越高，這就導(dǎo)致攔阻索開始不斷地減少?！鞍Ｈ怂埂奔?jí)改裝成斜角甲板后，只保留了6根索，通過(guò)大量的實(shí)踐后又減少到4根，有時(shí)則為了調(diào)節(jié)各個(gè)攔阻裝置的使用頻率，在天氣良好的情況下甚至取消1～2根索。

為了提高掛索概率，著艦鉤的下垂高度遠(yuǎn)大于機(jī)輪高度，而且還設(shè)置有防止彈跳發(fā)生的液壓阻尼裝置。該裝置可以抵消著艦鉤撞在甲板上產(chǎn)生的反彈力，幾乎可以做到只要接觸到甲板表面就再也不會(huì)離開的程度。就是有彈跳發(fā)生，著艦鉤的鉤頭也低于機(jī)輪高度，因此用不著擔(dān)心鉤頭會(huì)錯(cuò)過(guò)攔阻索。而攔阻索張緊時(shí)，離甲板的高度也有足6厘米高。有人會(huì)以自己乘做飛機(jī)的親身體會(huì)來(lái)理解艦載機(jī)著艦時(shí)的彈跳，這里面就會(huì)有誤區(qū)存在：對(duì)于坐在汽車或飛機(jī)里的人來(lái)說(shuō)，機(jī)（車）彈跳時(shí)你可能會(huì)被拋離座位，但你不能就認(rèn)定機(jī)（機(jī)）輪也一定會(huì)離開了地面。實(shí)際上也是如此，在降落中機(jī)體發(fā)生彈跳時(shí)，產(chǎn)生彈跳力的起落架機(jī)輪并不一定就會(huì)離開地面?？磁炤d機(jī)著艦的視頻我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代艦載機(jī)機(jī)輪會(huì)始終與甲板接觸，就是有彈跳起來(lái)的情況，也是機(jī)身先彈起，而機(jī)輪由于液壓緩沖裝置的作用將始終與甲板保持接觸，即便離開甲板其高度也相當(dāng)有限，在時(shí)間上也有滯后。

從艦載機(jī)的著艦下沉率數(shù)值的增加也可以看出這一點(diǎn)。二戰(zhàn)時(shí)螺旋槳式戰(zhàn)機(jī)的著陸下沉速度很低，只有2.4米/秒左右；上艦的螺旋槳式艦載機(jī)增加得不多，大約為3.5米/秒；噴氣戰(zhàn)斗機(jī)上艦后，著艦速度顯著提高，更加強(qiáng)調(diào)不拉桿降落，因此起落架的設(shè)計(jì)下沉速度猛增到6.0米/秒。為適應(yīng)下沉速度的增加，必然要加大起落架裝置的緩沖行程，大的緩沖行程也意味緩沖時(shí)間增加，這樣將有更多的能量會(huì)在液壓吸能裝置的作用下變成熱量，其結(jié)果就是大行程液壓裝置更降低了機(jī)輪跳起的可能性。從某種意義上講，正是艦載機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，讓著艦時(shí)的真正彈跳現(xiàn)象在現(xiàn)代艦載機(jī)上幾乎絕跡。endprint

在航母上有4道攔阻索及降落氣象條件好的情況下，按照二十多年前美國(guó)海軍的統(tǒng)計(jì)，艦載機(jī)掛住第1道攔阻索的概率約18%，掛住第2道、第3道攔阻索的概率為62%～64%；掛住第4道攔阻索的概率約16%。把這4根索的掛索概率加在一起，還是有5%的概率掛不住攔阻索，為什么掛不上？這不是飛機(jī)降落到攔阻區(qū)而沒有掛上，而是因?yàn)橹炪^觸及甲板的位置超出了阻攔區(qū)！那么能不能想象再增加一道索就可以將這5%的失敗消滅掉？完全可以，如果從第4道索向后間隔14米的距離上再布置一道索（相當(dāng)于增加阻攔區(qū)長(zhǎng)度）就行。從實(shí)踐的角度看，5%全部消滅不現(xiàn)實(shí)，但將其降低到1%還是有可能的。但是，考慮降落區(qū)的甲板長(zhǎng)度及攔阻裝置的制動(dòng)距離的限制，才沒有增加。說(shuō)到這里不能不提到二戰(zhàn)航母是怎么應(yīng)對(duì)這種事情的：甲板上布置接近10根的攔阻索，到最后還要再設(shè)置1道或2道攔阻網(wǎng)。到了最后幾道時(shí)候已經(jīng)顧不上考慮阻攔裝置的制動(dòng)能力了，掛上索的飛機(jī)如果制動(dòng)距離不夠，還有攔阻網(wǎng)連接的攔阻裝置提供制動(dòng)力。兩臺(tái)攔阻裝置制動(dòng)一架飛機(jī)，說(shuō)什么也不會(huì)超出制動(dòng)能力了，只是這樣做制動(dòng)距離不夠，飛機(jī)想停下來(lái)有可能要以損壞機(jī)身為代價(jià)。（有關(guān)攔阻索與攔阻網(wǎng)，詳見本刊2013年第12期封面故事“海上霸主的兵器譜——航空母艦與艦載機(jī)的獨(dú)門絕技”中“戰(zhàn)鷹歸巢的最后保障”一文）

飛機(jī)降落過(guò)程是一個(gè)減速過(guò)程，攔阻裝置在艦載機(jī)降落制動(dòng)過(guò)程中需要吸收的能量，取決于飛機(jī)的重量和開始制動(dòng)時(shí)飛機(jī)的滑行速度，它必須滿足所有飛機(jī)的制動(dòng)需要。例如飛機(jī)以130節(jié)（66.9米/秒）的速度讓著艦鉤掛上攔阻索，在100米的距離中被制動(dòng)停下來(lái)，需要3秒時(shí)間，這相當(dāng)于承受2.2倍的重力加速度；如果要求在50米的距離內(nèi)停下來(lái)，則承受的重力加速度增加了一倍，甚至還要多。因?yàn)橐簤簲r阻裝置的非線性緣故，美國(guó)艦載機(jī)的著艦鉤設(shè)計(jì)最大值是4.5倍重力加速度，俄羅斯的標(biāo)準(zhǔn)則是5.0倍。很顯然掛上第一根索后的制動(dòng)距離可以長(zhǎng)一些，掛上最后一根的制動(dòng)距離就要比第一根少了40米。因此，在布置攔阻索的時(shí)候不能不考慮這一點(diǎn)，必須要為制動(dòng)中的艦載機(jī)留下足夠的制動(dòng)距離。有觀點(diǎn)認(rèn)為，印度將改裝航母的攔阻索減少為3根是無(wú)奈之舉。因?yàn)榧纫疹櫟谝桓鬟h(yuǎn)離艦尾，又要兼顧最末一根索遠(yuǎn)離斜角甲板首邊，加之幾道攔阻索間距通常為12米，所以只能減少攔阻索的數(shù)量。這導(dǎo)致著艦難度大大提高，復(fù)飛的可能性大大增加?？紤]到前面得出的“只要著艦鉤落到攔阻索前面，掛索的概率百分之百”的結(jié)論，說(shuō)是無(wú)奈之舉有些不妥，至少只能擺3根索的理由不準(zhǔn)確?？s小攔阻索之間的距離就行照樣能擺放下4根。之所以擺3根，應(yīng)該說(shuō)是設(shè)置4根攔阻索的必要性不大，或受到降落區(qū)長(zhǎng)度的限制，二者必居其一。

第1根索離降落甲板頂端的距離，是根據(jù)艦載機(jī)著艦鉤的高度確定的。如果規(guī)定進(jìn)入甲板區(qū)的高度是5米，則可以根據(jù)下滑角3度計(jì)算出來(lái)這個(gè)距離。最后1根索的位置，則是根據(jù)攔阻裝置的最大攔阻重量、速度及制動(dòng)距離確定的，想提高掛索概率片面地往后移，就有可能超出攔阻裝置的能力。在實(shí)際使用時(shí)，4臺(tái)攔阻裝置的阻尼參數(shù)往往是不一樣的：第一臺(tái)可以盡量讓制動(dòng)力小一些、過(guò)載盡量平緩一些，最后一臺(tái)則要適當(dāng)大一些。在位置布置上則還要根據(jù)整個(gè)降落甲板的長(zhǎng)度統(tǒng)籌安排。準(zhǔn)確地說(shuō)，安裝4根索不是為了提高掛索概率，主要是為了提高冗余度；其次是盡可能早地完成攔阻制動(dòng)，減少機(jī)體的受損。從冗余度的角度看，萬(wàn)一哪臺(tái)攔阻裝置出了問(wèn)題，取掉該臺(tái)的攔阻索就行了。只有一臺(tái)攔阻裝置肯定不行，一旦損壞戰(zhàn)機(jī)將無(wú)法著艦；設(shè)置3臺(tái)，全損壞的概率很低；4臺(tái)更好，但必要性幾乎可以忽略。這才是最正確的解讀，但還不完全。至于說(shuō)掛到第幾根索上最好，則還應(yīng)該有點(diǎn)創(chuàng)新性的說(shuō)法：有時(shí)掛上第1根為好，有時(shí)掛上最后1根為好。掛上第1根索，則這架停下的戰(zhàn)機(jī)就離尾部停機(jī)點(diǎn)近；如掛上最后1根索，則離前端的甲板停機(jī)點(diǎn)近。美國(guó)海軍的評(píng)比標(biāo)準(zhǔn)要求飛行員掛上第2根索，掛上第1根索得分要低一些.其實(shí)，對(duì)于飛機(jī)機(jī)體壽命來(lái)說(shuō)，還是掛上第1根最好。

要增加掛索概率，通過(guò)對(duì)著艦鉤的改進(jìn)效果更顯著。美國(guó)最新型艦載機(jī)F-35C由于隱身需要，其著艦鉤的長(zhǎng)度比較短、安裝位置也靠前，再加上鉤頭照搬以前的經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致著艦鉤的鉤頭在攔阻索被機(jī)輪壓過(guò)后還未恢復(fù)繃緊狀態(tài)、幾乎還是貼在甲板上時(shí)就從其上掠過(guò)，掛上索的概率非常低，甚至出現(xiàn)連續(xù)掠過(guò)3道索也未能掛上的情況。后來(lái)，F(xiàn)-35C通過(guò)增加著艦鉤向下的阻尼壓力及修改鉤頭形狀，基本上解決了這個(gè)問(wèn)題。增加著艦鉤上的向下阻尼壓力說(shuō)起來(lái)容易，想達(dá)到卻要因機(jī)而宜。著艦鉤比較長(zhǎng)，下垂的角度小，阻尼小一些不要緊；如果長(zhǎng)度短，則想實(shí)現(xiàn)著艦鉤撞擊在甲板面上時(shí)無(wú)彈跳就不容易了。F-35C為解決這個(gè)問(wèn)題費(fèi)了不少勁。著艦鉤阻尼力大會(huì)讓其成為一根剛性的棍，會(huì)對(duì)艦載機(jī)的著艦姿態(tài)產(chǎn)生強(qiáng)烈的低頭力矩，導(dǎo)致前輪沖擊加大。不過(guò)考慮F-35的著艦鉤非常短，每次都是機(jī)輪先觸到甲板，因此這一點(diǎn)完全可以忽略著艦鉤的內(nèi)容，可參考本刊2013年第12期“封面故事”中“尾鉤簡(jiǎn)史”一文 。無(wú)人機(jī)X-47B上艦試驗(yàn)中，曾經(jīng)出現(xiàn)著艦鉤阻尼力過(guò)大，取不掉攔阻索的情況，甚至是動(dòng)用幾個(gè)人也抬不起著艦鉤，結(jié)果是斷開攔阻索了事。這說(shuō)明著艦鉤上液壓阻尼裝置的向下壓力很大！因此可以想象，在阻尼壓力足夠的情況下，著艦鉤在“撞擊”甲板時(shí)發(fā)生彈跳的概率也會(huì)很低，甚至完全可以忽視。

說(shuō)了這么多關(guān)于攔阻索數(shù)量與掛索概率的細(xì)節(jié)問(wèn)題，是不是就是關(guān)于攔阻索數(shù)量的正確解讀？由于美國(guó)航母攔阻索經(jīng)歷了從最多9根到現(xiàn)在3根的發(fā)展歷史，很有可能他們已經(jīng)搞清楚了攔阻索數(shù)量與掛索概率之間并沒有關(guān)系。當(dāng)然，也可能連航母使用經(jīng)驗(yàn)最豐富的美國(guó)人自己在這方面也是一本胡涂賬。但不論如何，這次印度米格-29K的著艦事故也說(shuō)明了這一點(diǎn)：著艦鉤只要能夠接觸到甲板，掛索的概率就會(huì)很高。

編輯：石堅(jiān)endprint