微觀航母之艦載機攔阻鉤

希弦

與一般印象不同，和攔阻索對應配套的攔阻鉤（亦稱“尾鉤”）并不是艦載機的專屬。事實上，不只艦載機有短距離著艦的需求，陸基飛機尤其是前線機場部署的戰(zhàn)斗機有時候也有著較短距離著陸的硬性需求。所以在西方空軍的部分戰(zhàn)斗機上我們也可以看到攔阻鉤。攔阻鉤與地面的應急攔阻裝置配合使用，就可在數百米距離內攔停飛機。這是飛機上的任何一種剎車裝置都無法達到的制動效果。

不過陸基飛機上的攔阻鉤與航母艦載機的使用要求是不可同日而語的。這主要是源于海軍艦載機與陸基空軍的戰(zhàn)機在降落方式及結構強度上的差異。應急攔阻裝置為了適應空軍戰(zhàn)機結構強度較弱的特點，采用了長達數百米的攔阻索，其減小的加速度較小，一般不大于2個重力加速度，這對空軍戰(zhàn)機是非常理想的使用情況。陸基飛機的攔阻鉤使用概率較低，而且降落時也不需航母艦載機在未能鉤住攔阻索時的拉起復飛，因此一般鉤索時的速度相對較低，對攔阻鉤的設計要求也不如對艦載機的那般苛刻，設計上不需那般堅固。也因此，像F/A-18系列的陸基版的攔阻鉤的質量為34千克，而作為艦載機的F/A-18E/F的攔阻鉤質量為70千克。

陸基飛機降落時可以有幾百米甚至上千米的滑跑距離，但這樣的條件在大海中的航母上是完全不存在的。像“尼米茲”級這最大的航空母艦，甲板的長度是300多米，在精打細算地分割為彈射起飛區(qū)、停機區(qū)和攔阻降落區(qū)后，能真正用于艦載機降落的甲板長度實際上僅有200米左右。為了能夠在如此短的航母甲板上順利降落并迅速停穩(wěn)，具有一定航速且并不關閉發(fā)動機（準備攔阻失敗時拉起復飛）的艦載機必須借助于著艦輔助設備及系統。其中的攔阻系統就是必備之一，對航母而言主要是攔阻裝置，對于艦載機就是攔阻鉤。

攔阻鉤主要用于捕捉并鉤住艦上攔阻裝置的攔阻索，保證飛機在短距離內制動。攔阻鉤作為艦載機必備的著艦攔阻系統，是艦載機的特殊關鍵部件之一，其性能的優(yōu)劣對飛機的著艦安全性、可靠性和出勤率都有很大的影響。特別是隨著艦載機的著艦質量和著艦速度的提高，對攔阻鉤設計提出了更高要求。因此艦載機攔阻鉤的設計和使用需要考慮諸多方面的因素，不僅涉及艦載機本身的結構強度、操作特性、飛行品質，及攔阻鉤相對飛機機輪位置、與甲板初始接觸的常見姿態(tài)等“內在”因素，而且還有航母平臺方面的斜角甲板著艦區(qū)的設計、細節(jié)和突出物等，攔阻索的布置數量、跨度和高度以及在著艦引導中所推薦的理想下滑角、下滑道設置、基準迎角、鉤眼距、進場著艦速度、航母的運動速度等“外因”。

攔阻鉤的特點是縱向過載大，其承受著2～3個重力加速度的飛機著艦沖擊載荷及動能，將沖擊載荷通過攔阻鉤傳遞到飛機機體，并且保證在攔阻減速的過程中不能引起飛機過大的偏航和俯仰姿態(tài)改變。早期的攔阻鉤多位于后起落架的前方縱梁上或直接設在后起落架上，這種設計結構可以讓飛機強度較高的中部部分來承受攔阻鉤帶來的負荷。但由于攔阻鉤過于靠近主起落架，在著艦飛機掛索后往往會產生較大的低頭力矩，造成機頭下沉、機頭的螺旋槳觸地受損。

為解決艦載機鉤索時的“機頭下沉”問題，格魯曼公司設計的艦載機上采用了機尾攔阻鉤的設計，將攔阻鉤安裝在機尾內部，使用時向后伸出。這種設計延長了攔阻鉤與主起落架機輪間的距離，大大降低了低頭力矩。這種攔阻鉤布置在機體尾部的設計最終在多型早期噴氣式艦載機上應用。只不過機尾攔阻鉤無論是伸縮式設計還是兩節(jié)鉸接的折疊式設計，都有著結構復雜、對機體結構強度要求更高、增加重量的問題，因此只是曇花一現。最終艦載機攔阻鉤多布置在后機身腹部中央。

讓我們先粗略看一下艦載機的攔阻著艦過程。當艦載機著艦時，飛行員按下釋放攔阻鉤按鈕，攔阻鉤在很短時間內放下，并由縱向阻尼器壓緊在艦面甲板上，使攔阻鉤能很好地鉤住攔阻索。鉤住攔阻索的艦載機帶著巨大的能量繼續(xù)向前滑跑，攔阻索兩端連著的滑輪緩沖器帶動主液壓缸的柱塞，將油液擠壓進入蓄能器，使蓄能器內的空氣被急劇壓縮從而產生阻尼力。攔阻索被拉得越長，蓄能器內的空氣壓力就越大，產生的阻尼力也就越大，在規(guī)定的距離或是時間內耗散掉飛機的動能，從而使艦載機很快地在額定的距離內停下來。

可見，艦載機在甲板上的順利著艦主要取決于攔阻鉤能否成功鉤住橫跨甲板的攔阻索。雖說理論上，艦載機在著艦過程中，攔阻鉤更多的應是鉤住甲板上弓形彈簧支起的第一道攔阻索，或者是攔阻鉤接觸到甲板時不會受到跑道的撞擊而彈跳起，但這兩種情況在實際中都是不可能這般理想存在的。對于前者，據美國海軍統計，白天著艦的艦載機鉤住第2、3道攔阻索的合計約占62%～64%，鉤住第4道攔阻索的約為18%，鉤到第1道攔阻索的約為16%。在夜間攔阻鉤多掛住第3、4道攔阻索。當艦載機著艦時，從攔阻鉤第一次接觸艦面甲板到機輪觸艦這段時間內，攔阻鉤會因與甲板的劇烈撞擊而反彈。所以為保證順利著艦，這就要求攔阻鉤的反彈跳起高度應該控制在很小的范圍內，且在反彈后能迅速轉向甲板回復原位，否則就將無法成功鉤住攔阻索。

另外，艦載機的攔阻著艦過程，又不單單是攔阻鉤鉤上攔阻索這么簡單。如果艦載機未能良好的對中，就會造成著艦點不在阻攔索的中線上，使得艦載機的掛索位置偏差，造成兩端阻攔索拉出速度和長度不一致。雖然阻攔系統具有一定的糾偏能力，但當偏差較大時，仍有可能造成攔阻鉤和攔阻索的相對滑動，艦載機著艦軌跡出現偏差，嚴重的后果就是艦載機沖出斜角甲板著艦區(qū)，在擁擠的航母甲板上造成大麻煩。

理想情況下，艦載機著陸時航母不動，則攔阻鉤碰撞后的反彈僅在艦載機的中軸面內運動。但在實際中航母因風浪的緣故，甲板的橫搖可達30°、縱搖和升沉也有4°的空間位移，這使得攔阻鉤在與艦面甲板碰撞后的反彈趨勢更加劇烈、相對艦面甲板的運動更為復雜，也往往使攔阻鉤只在自身重力下不能順利鉤上攔阻索。所以艦載機攔阻鉤的主要組成部分除了鉤頭、鉤臂這兩個基本的機械部件外，還要有縱向阻尼器（減震器），其作用就是限制攔阻鉤的反彈。攔阻鉤縱向阻尼器多采用液壓、氣壓或液氣式的，具有保持攔阻鉤壓下及防止上擺，將攔阻鉤與甲板撞擊后所引起的反彈降至最低高度的功能。

除了上述攔阻鉤的觸艦反彈問題外，攔阻鉤的長度、攔阻鉤與機輪的間距也是決定攔阻鉤能否順利鉤上攔阻索的關鍵性因素。攔阻鉤的長度增加后相應地就增加了攔阻鉤的拖曳角，攔阻鉤觸艦時的振動隨之減小，但隨之而來的就是布置上的收放和結構增重問題。特別是過長的攔阻鉤會有艦載機仍在空中尚未觸艦時就鉤住了攔阻索的可能，增加了著艦危險性。而攔阻鉤的長度過短以及與機輪的間距過小帶來的問題就是：艦載機在著艦時主起落架先從攔阻索上碾過后，使攔阻索產生很大的變形，過短的攔阻鉤還未等攔阻索完全復位就已從上面經過，從而未能成功鉤住這道攔阻索。這樣的問題就曾在F-35C上出現過。

F-35作為空軍、海軍陸戰(zhàn)隊、海軍的三軍“通用型”四代機，在三軍需求下細分成的A、B、C三個子型的同時，又要做到總體布局設計上盡可能的統一。自然，這就會使有些設計限于總體設計不得不有所妥協，其中F-35C的尾鉤設計就是。為了兼顧短距，垂直起降型的F-35B，F-35系列的發(fā)動機安裝位置盡量前移靠近了重心位置，從而降低垂直起降的控制難度。在這一總體設計下，發(fā)動機前移，尾噴口也前移，那么F-35C的攔阻鉤的安裝位置也不得不前移，隨之帶來的問題就是攔阻鉤與主起落架之間的距離太近了。加之，F-35C為了兼顧隱身性能，攔阻鉤必須能收納到機尾的尾鉤艙內，其長度上就受到了限制。這樣，當著艦時的F-35C的主起落架機輪碾壓過攔阻索后，攔阻鉤隨即就在極短時間內尾隨而過，而此時攔阻索未能及時回復到繃緊狀態(tài)，從而無法掛上攔阻鉤。

F-35C在2011年進行的8次攔阻試驗全部失敗無一成功，隨后的初步調查結果顯示的原因，除了有上述的攔阻鉤與主起落架之間的距離過近，攔阻鉤碰撞甲板后的反彈阻尼特性不佳外，另一因素就是攔阻鉤的外形設計不易于“拾取”甲板上支起的攔阻索。

攔阻鉤的外形設計特別是鉤頭的設計，同樣也要考慮諸多方面的因素。攔阻鉤的設計首先是保證攔阻鉤在鉤住一道攔阻索后盡可能不再鉤住第二道攔阻索，或者不會再受到第二道攔阻索的干擾。其次，是著艦時攔阻鉤成功鉤住攔阻索的不脫落與著艦成功滑行結束后的順利脫卸這兩方面性能的平衡兼顧。第三就是鉤尖半徑的選擇這一細節(jié)。小的鉤尖自然更容易鉤起攔阻索，特別是主機輪碾壓過的，但過小的鉤尖就會劃傷繩索。在鉤頭鉤尖處又應盡可能大地加大圓角、去掉尖角來減小甲板的磨損。鉤頭的纜索槽一般要比攔阻索的直徑大些，否則攔阻索比纜索槽大時，在5～8次攔阻后就將損壞攔阻鉤的鉤頭。最后就是繞不開的重量控制。鉤頭和鉤臂的重量都應盡可能小些，可使攔阻鉤裝置整體的重量減小，將減弱攔阻鉤的觸艦反彈現象，相應降低攔阻鉤的阻尼減震器的工作載荷。

還有，就是鉤頭與鉤臂之間連接上的設計。由于鉤頭在使用中會嚴重磨損，需做不定期更換，因此要求攔阻鉤的鉤頭是可拆卸的。鉤頭與鉤臂之間雖是通過便于其更換卸掉的螺栓或銷子來連接，但螺栓或銷子只起到連接的作用，其目的只是在鉤頭磨損壞掉時應能很容易的卸掉。所以，鉤頭與鉤臂的連接必須要有結構上的設計，才能承受攔阻鉤工作時的大強度載荷。這也再次說明艦載機攔阻鉤設計上的復雜性。

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