海上戰(zhàn)鷹系列之知識(shí)篇

馬世強(qiáng)

艦載機(jī)起飛時(shí)總是會(huì)讓發(fā)動(dòng)機(jī)處于最大功率或?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)有極大傷害的“超強(qiáng)功率”狀態(tài)，幾乎沒有例外。就是有彈射器的幫忙也是如此?；S起飛的蘇-27甚至采用了專門設(shè)置的“起飛應(yīng)急功率”，在整個(gè)起飛過程中功率一直處于最大，一直持續(xù)到爬升到一定高度。

著艦時(shí)則通常是不斷地降低功率，一直到停下來，但與起飛不同的是這個(gè)過程有時(shí)會(huì)很復(fù)雜。發(fā)動(dòng)機(jī)功率會(huì)在一定功率范圍內(nèi)不斷地增大或降低，當(dāng)艦載機(jī)機(jī)輪觸及甲板后，發(fā)動(dòng)機(jī)功率不能降至最小反而要加大。艦載觸艦后增大發(fā)動(dòng)機(jī)功率，這實(shí)際上是一種保證飛機(jī)降落安全的措施。一旦著艦鉤沒有掛上阻攔索時(shí)，艦載機(jī)可以有足夠的動(dòng)力復(fù)飛而避免墜落到海中。

從飛機(jī)上艦后的發(fā)展歷史看，讓艦載機(jī)觸艦后就加大功率的做法并不適用于螺旋槳飛機(jī)時(shí)代。在不同時(shí)期也是有差別的，隨著技術(shù)的發(fā)展還會(huì)出現(xiàn)一些細(xì)微的變化。下面，就讓我們從艦載機(jī)著艦過程中發(fā)動(dòng)機(jī)功率的“變化”，來體驗(yàn)一下艦載機(jī)降落技術(shù)的歷史和未來發(fā)展吧。

早期的飛機(jī)起飛降落速度低，像著名的“駱駝”雙翼戰(zhàn)斗機(jī)最低飛行速度約為50千米/時(shí)，甚至比母艦迎風(fēng)航行時(shí)所形成的風(fēng)速還低。因此，該機(jī)在艦上降落時(shí)可以做到在與母艦相對(duì)零速的情況下實(shí)施降落，用“垂直降落”一詞形容決不為過。

正是因?yàn)檫@一時(shí)期的飛機(jī)降落速度很低，在觸艦時(shí)不需要增大發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，而是要飛行員根據(jù)飛機(jī)與母艦的相對(duì)速度來調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。世界上第一次飛機(jī)在行駛的艦上降落試驗(yàn)是由英國(guó)海軍飛行員歐內(nèi)斯特·鄧寧完成的。他首先是操縱飛機(jī)在甲板上方三四米的高度上“懸?！保€(wěn)住飛機(jī)后降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率，然后由艦員用手將飛機(jī)拉到了甲板上。

隨著飛機(jī)飛行速度的提高，艦載機(jī)的降落速度也相應(yīng)增加。為了提高著艦時(shí)下滑軌跡的準(zhǔn)確性，飛行員在降落的過程中會(huì)利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率的增加或減少來配合空氣舵面，調(diào)整下滑的軌跡。當(dāng)機(jī)輪觸及甲板后，飛行員有時(shí)會(huì)根據(jù)需要增加發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，以使飛機(jī)能自行滑行到合適的停機(jī)點(diǎn)處。更多的情況則是不失時(shí)機(jī)地關(guān)掉發(fā)動(dòng)機(jī)，以使飛機(jī)能盡快停下來。

二戰(zhàn)中的螺旋槳戰(zhàn)斗機(jī)在降落時(shí)速度只有120～140千米/時(shí)，在下滑過程中和上面提到的一樣，也是要利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率的變化來配合氣動(dòng)舵面調(diào)整下滑軌跡。只是活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)功率增加相對(duì)較慢，更多的是動(dòng)用氣動(dòng)舵面。而在飛臨甲板上空時(shí)，對(duì)于飛行員來說有個(gè)“臨界點(diǎn)”。這個(gè)“臨界點(diǎn)”是一種約定俗成的說法，是否繼續(xù)降落或是復(fù)飛都在這一瞬間決定。當(dāng)飛行員確定下滑軌跡正確并且是“鐵了心”要進(jìn)入著艦過程后，通常都是將發(fā)動(dòng)機(jī)功率減小，以后的過程就基本上和發(fā)動(dòng)機(jī)功率變化沒有關(guān)系了；如果到達(dá)“臨界點(diǎn)”時(shí)因某種原因決定要拉起復(fù)飛，則飛行員會(huì)馬上加大發(fā)動(dòng)機(jī)功率，同時(shí)拉桿將飛機(jī)脫離下滑降落航線。

之所以要這樣做，也是和當(dāng)時(shí)的航母采用直通甲板設(shè)計(jì)有關(guān)。直通甲板的前段上往往停滿了飛機(jī)。降落的飛機(jī)只要是過了下滑臨界點(diǎn)，是不容許、也沒有足夠的距離再拉起復(fù)飛了。即便著艦鉤沒有掛上阻攔索，也只好一頭撞進(jìn)降落區(qū)盡頭的阻攔網(wǎng)。盡管這樣做會(huì)使飛機(jī)受到一些損傷，但要比拉不起來強(qiáng)得多，后者會(huì)導(dǎo)致未勾住阻攔索的艦載機(jī)沖向飛行甲板前部撞上停在那里的飛機(jī)。

噴氣式飛機(jī)剛上艦時(shí)，仍然采用的是活塞螺旋槳式飛機(jī)的降落方式，也是一過“臨界點(diǎn)”就減小發(fā)動(dòng)機(jī)功率，但此時(shí)又出現(xiàn)了新的情況。因?yàn)閲姎馐桨l(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)速度比活塞式慢，噴氣機(jī)在機(jī)體上增加了減速板。在降落時(shí)只要打開減速板，就可以在保持低速的同時(shí)讓發(fā)動(dòng)機(jī)工作在更大推力上（減速板阻力與發(fā)動(dòng)機(jī)增加的推力相互抵消），需要加速時(shí)收減速板即可。這樣加速比推油門桿快得多，等于變相“提高了噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的響應(yīng)速度”。只是這樣會(huì)導(dǎo)致在進(jìn)入“臨界點(diǎn)”之前噴氣機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)推力運(yùn)行在較大功率狀態(tài)中。

噴氣機(jī)上艦還給航母飛行甲板帶來新問題。早期的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率高，要保證飛機(jī)有足夠的航程和續(xù)航時(shí)間，必須增加載油量。這就導(dǎo)致噴氣式艦載機(jī)的體積和重量比螺旋槳式飛機(jī)大幅度增加，推重比多低于0.4，著艦速度也提高到160千米/時(shí)以上，再加上噴氣式飛機(jī)機(jī)頭沒有了螺旋槳做“防撞架”，這樣機(jī)頭的抗撞強(qiáng)度也比較低，可以想象在著艦鉤沒有掛上阻攔索沖進(jìn)阻攔網(wǎng)會(huì)是一種什么樣的情形。輕則使飛機(jī)機(jī)頭和機(jī)翼前緣受損，重則飛機(jī)報(bào)廢，也就是說不出事故則罷，一出就相當(dāng)嚴(yán)重。直到斜角飛行甲板的出現(xiàn)，同時(shí)也改變了飛行員只要“鐵心降落”就要降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率的習(xí)慣。

斜角飛行甲板的出現(xiàn)絕對(duì)是飛行甲板設(shè)計(jì)的一次革命。這種設(shè)計(jì)可以讓沒有掛上阻攔索的噴氣機(jī)再次進(jìn)入復(fù)飛，不用再擔(dān)心與飛行甲板前部停放的機(jī)群相撞的問題。這樣，在機(jī)輪觸及甲板后著艦鉤如沒掛上索，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力就再次派上了用場(chǎng)。此時(shí)著艦不再是一進(jìn)入臨界點(diǎn)就收小油門，而是要繼續(xù)保持一定的推力；在機(jī)輪觸及甲板后，也不是關(guān)掉發(fā)動(dòng)機(jī)，而是將發(fā)動(dòng)機(jī)推力增到最大（打開加力），以便能在著艦鉤掛不上索時(shí)能及時(shí)進(jìn)入復(fù)飛。如果掛上了阻攔索，則飛行員手動(dòng)或由自動(dòng)控制裝置減小發(fā)動(dòng)機(jī)的推力。通常這個(gè)時(shí)候不一定就要關(guān)掉發(fā)動(dòng)機(jī)，可以仍保持一定推力。這是為了不讓回抽的阻攔索把飛機(jī)拉著后退，另一方面也是為了在著艦鉤脫掉阻攔索后能依靠自身動(dòng)力離開降落區(qū)。

可以說自從噴氣機(jī)上艦和出現(xiàn)斜角甲板后，讓艦載機(jī)觸艦后增加發(fā)動(dòng)機(jī)推力巳成為一種很自然的做法。從美國(guó)海軍的早期經(jīng)驗(yàn)看，著艦時(shí)尾鉤未掛住阻攔索需要拉起復(fù)飛的情況還是經(jīng)常發(fā)生的，在白天約為5%，夜間則高達(dá)12%～15%。早期艦載機(jī)采用的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)推力響應(yīng)遠(yuǎn)低于活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，受性能限制推重比也比較低。如不及時(shí)增大功率，一旦掛不上阻攔索，就會(huì)出現(xiàn)飛機(jī)因推力不足來不及加速而墜入大海。當(dāng)時(shí)美國(guó)海軍使用的航母有不少是在二戰(zhàn)時(shí)的埃塞克斯級(jí)基礎(chǔ)上改裝的，斜角甲板長(zhǎng)度只有153米，因此在機(jī)輪剛一觸及甲板時(shí)飛行員就應(yīng)該馬上加大發(fā)動(dòng)機(jī)推力至加力狀態(tài)，以便能在著艦鉤沒有掛上阻攔索后能及時(shí)地加速，再次從甲板上拉起來。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在情況已經(jīng)有了變化。現(xiàn)代艦載機(jī)低速性能都比較好，推重比也較大，使用的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)推力增加的速度也要比早期的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)高?，F(xiàn)代大型航母排水量增大，降落區(qū)長(zhǎng)度也增加到250米，再考慮到降落時(shí)著艦速度在230千米/時(shí)上下，100米的加速段為飛機(jī)加大推力提供了充裕的時(shí)間，即便沒有在機(jī)輪剛觸及甲板時(shí)就開加力，也基本上不存在拉不起來的情況了。比如像F/A-18這類艦載機(jī)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)推力大，在機(jī)輪觸及甲板時(shí)即便不開加力，也可以再次拉起而沒有太大的危險(xiǎn)。

另外，由于降落引導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，美國(guó)海軍艦載機(jī)的著艦成功率得到了大幅度的提高，艦載機(jī)需要要復(fù)飛的概率已經(jīng)不是很大。現(xiàn)代艦載機(jī)著艦時(shí)機(jī)輪一觸及甲板就要增大油門的要求更多的是習(xí)慣所致，也可以看成是一種提高安全性的作法。

綜上所述，現(xiàn)在的美國(guó)海軍艦載機(jī)在降落時(shí)，已經(jīng)開始使用“戰(zhàn)斗推力”而不是極限推力。在實(shí)際操作時(shí)，飛行員根據(jù)降落時(shí)的飛機(jī)重量和速度確定發(fā)動(dòng)機(jī)的推力大小，而不是像以前那樣機(jī)輪一觸及甲板就要開加力，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的加力壽命也是有限的，得節(jié)省著使用。

實(shí)際上，就是對(duì)早期的噴氣式艦載機(jī)來說，在著艦鉤沒有掛上阻攔索后再加大發(fā)動(dòng)機(jī)推力也不是不行。飛機(jī)降落時(shí)是有一定存速，最低也在160千米/時(shí)左右，而且當(dāng)時(shí)規(guī)定艦載機(jī)在降落時(shí)要拋掉外掛，油料也消耗得差不多了，推重比也比正常時(shí)要高。當(dāng)時(shí)航母的降落甲板長(zhǎng)度都在150米以上，在沒有掛上阻攔索后再打開加力，仍然有七八十米的加速距離，不少機(jī)型完全可以在離開甲板時(shí)達(dá)到200千米/時(shí)以上的速度。只是為了保險(xiǎn)起見，再考慮到一些偶然因素，還是“養(yǎng)成”了加大推力的習(xí)慣。

根據(jù)情況確定著艦時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)推力大小，對(duì)延長(zhǎng)機(jī)體壽命有非常重要的意義。假設(shè)殲15在“遼寧”號(hào)航母著艦時(shí)下滑線較低，則機(jī)輪有可能在距離第一根阻攔索30米的位置上觸及甲板。如果此時(shí)立刻加大發(fā)動(dòng)機(jī)推力，則在掛上這根索時(shí)全機(jī)動(dòng)能會(huì)增加“30米×增加的推力值”，這意味此時(shí)機(jī)體的動(dòng)能會(huì)至少增加4%。不要小看這個(gè)4%，艦載機(jī)的阻攔過載強(qiáng)度設(shè)計(jì)值通常是5，這個(gè)4%就會(huì)在接近強(qiáng)度極限的范圍內(nèi)讓機(jī)體承受一次應(yīng)力沖擊，而機(jī)體的抗沖擊次數(shù)是有限的。

關(guān)于艦載機(jī)降落時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)推力變化的問題，早就有人考慮引入自動(dòng)控制機(jī)制，比如建議采用自動(dòng)反應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)推力控制程序。做來后來者，殲15也可以考慮采用自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)推力的措施。這種措施可以根據(jù)甲板上反饋來的信息自動(dòng)確定發(fā)動(dòng)機(jī)是否應(yīng)增大推力，并在錯(cuò)過最后一根阻攔索的一瞬間就做出反應(yīng)，讓發(fā)動(dòng)機(jī)推力迅速增加，并且是根據(jù)當(dāng)時(shí)的滑行速度、機(jī)體重量及甲板風(fēng)等信息綜合確定需要提高的發(fā)動(dòng)機(jī)推力值。

未來，艦載機(jī)將要采用矢量推力技術(shù)，這種技術(shù)可以有效提高艦載機(jī)的下滑精度，同時(shí)還能大幅度降低進(jìn)場(chǎng)的速度。利用矢量技術(shù)讓飛機(jī)以比較大的迎角下滑，這樣就可以讓發(fā)動(dòng)機(jī)的推力承擔(dān)一部分機(jī)身的重量，因此可以把艦載機(jī)著艦進(jìn)場(chǎng)的速度降低到150千米/時(shí)以下。發(fā)動(dòng)機(jī)推力有了向下的分量，功率大一些也不會(huì)增加著艦的速度。美國(guó)利用帶矢量推力裝置的X-31試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了大迎角著艦?zāi)M試驗(yàn)。該機(jī)在進(jìn)入甲板上方時(shí)，機(jī)尾比主機(jī)輪的高度還要低，但無須擔(dān)心飛機(jī)著艦時(shí)會(huì)發(fā)生機(jī)尾與甲板相撞。高精度的自動(dòng)操縱系統(tǒng)會(huì)利用矢量推力在機(jī)尾離甲板高度0.5英寸（12.7毫米）的位置上使飛機(jī)迅速低頭。等到機(jī)身與甲板平行后，矢量推力又反向調(diào)整，迅速消除機(jī)身低頭的俯仰角速度，讓飛機(jī)保持最好的狀態(tài)觸及甲板。據(jù)美方估算，采用新的矢量控制降落技術(shù)后，艦載機(jī)著艦時(shí)的動(dòng)能就可以減少到原來的38%。這就意味著未來采用矢量推力技術(shù)的艦載機(jī)有可能不再需要加強(qiáng)機(jī)身，從而可節(jié)省大量的結(jié)構(gòu)重量。從發(fā)動(dòng)機(jī)推力調(diào)節(jié)角度來說，X-31在降落時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)始終處于大推力狀態(tài)，而在機(jī)輪既將觸及甲板前，推力并不一定就要增大，反而會(huì)迅速減小。之后則與現(xiàn)有飛機(jī)一樣，視掛索與否來確定是繼續(xù)減小推力還是加力復(fù)飛。

通常人們的印象里，螺旋槳式艦載機(jī)因?yàn)椴捎昧似街币聿季?，因此相?duì)于噴氣式艦載機(jī)具有較低的起降速度。其實(shí)，現(xiàn)代渦槳艦載機(jī)為保證最大速度及航程的需要，翼載并不比噴氣機(jī)低多少，因此降落速度也在200千米/時(shí)以上，重載降落時(shí)甚至高于A-6攻擊機(jī)。這類艦載機(jī)的真正優(yōu)勢(shì)，在于起降時(shí)螺旋槳正好工作在最佳速度段，這意味著在此飛行階段中的推力/功率比很高，甚至?xí)^噴氣戰(zhàn)機(jī)。設(shè)計(jì)及配置合理的螺旋槳在低速時(shí)1馬力（0.735千瓦）能產(chǎn)生3千克力（29.4牛）以上推力（對(duì)于常見的拉進(jìn)式布局來說，實(shí)際應(yīng)為拉力或牽引力——編者注）。一般認(rèn)為螺旋槳戰(zhàn)斗機(jī)的推重比低，其實(shí)那是指空戰(zhàn)速度下的推力。二戰(zhàn)后期的螺旋槳式艦載機(jī)起飛推重比都能超過1.0，現(xiàn)代渦槳艦載機(jī)起飛推重比也大都超過1.0。

著艦時(shí)，低速下螺旋槳的大推力對(duì)提高艦載機(jī)的降落性能很有意義，可以提高復(fù)飛的加速性能。由于技術(shù)的限制，早期艦載機(jī)的螺旋槳槳距與油門“捆綁”。在降落時(shí)為控制推力，油門必須降低，這意味著不能充分發(fā)揮螺旋槳艦載機(jī)的加速性能優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)代渦槳艦載機(jī)采用電傳操縱，取消了這個(gè)“綁定”，因此在降落時(shí)油門可以提的高一點(diǎn)，而槳距可以小一些。這樣就可以根據(jù)需要通過改變槳距實(shí)現(xiàn)推力的變化，并且能做到快速反應(yīng)，收放自如。因此，現(xiàn)代渦槳艦載機(jī)的起降安全性大大高于噴氣機(jī)。

值得一提的是，2005年美國(guó)海軍工程試驗(yàn)中心試驗(yàn)過E-2C-2000的滑躍起飛，順便也進(jìn)行了借助螺旋槳反距減少滑跑距離的試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用反距可讓飛機(jī)在100米以內(nèi)的距離停下?？梢韵胂?，該機(jī)完全可能在長(zhǎng)度200米以上的斜角甲板不依靠攔阻索安全降落。在這樣一種情況下，該機(jī)著艦時(shí)的動(dòng)力變化就十分有趣了。有可能在降落著艦時(shí)功率不降低，而是提升功率，在機(jī)輪快要接觸甲板時(shí)迅速增加螺旋槳反槳距，轉(zhuǎn)瞬間就能產(chǎn)生相當(dāng)10千牛以上的反推力，進(jìn)而無須阻攔索就讓飛機(jī)停下來。

從安全的角度考慮，渦槳預(yù)警機(jī)不會(huì)輕易放棄阻攔降落。但如果要考慮由此帶來的收益，則“不依靠阻攔索”具有很大的吸引力。取消著艦鉤及減少相應(yīng)安裝部位的強(qiáng)度增重后，預(yù)警機(jī)至少可以減重量160千克。另一方面，渦槳艦載機(jī)能否不依靠阻攔索完成安全著艦，還與著艦精度有關(guān)。依靠反槳，艦載機(jī)能在100米距離內(nèi)停下，再配合高精度的降落引導(dǎo)技術(shù)，可保證在降落后還有留有100米的甲板距離作為保險(xiǎn)，則安全著艦的概率將大大提高。美國(guó)尼米茲級(jí)航母的降落甲板是237米長(zhǎng)，最后一根阻攔索后面的甲板長(zhǎng)度至少在130米左右。而現(xiàn)在的著艦精度完全可以做到掛上中間索的概率超過90%。因此，隨著降落著艦導(dǎo)引技術(shù)的發(fā)展，讓E-2預(yù)警機(jī)做到僅依靠自身動(dòng)力就安全降落，幾乎沒有太大的技術(shù)問題。