製造航母艦載機的難題有哪些?
01-02
1,抗腐蝕能力。海洋中的鹽霧對機體的腐蝕能力不是一般的嚇人,普通的陸基飛機不經過嚴格的防腐蝕處理,最多一兩個月,輕輒趴窩,重輒機毀人亡。 2,機身的堅固程度。艦載機著陸時的下降率和速度遠遠高於普通陸基飛機,確切點說接地前艦載機是加速「撞」上去,而非陸基飛機「漂」上去。 3,發動機能夠承受油門動作劇烈變化。艦載機在降落時,油門大概是小--大--小這麼一個過程,動作極其劇烈。比如復飛的時候,需要在著艦鉤沒有勾上的過後的瞬間,將油門從20%左右加到80-90%,如果發動機不能夠及時響應,或者因此而停車的話,那就是機毀人亡。 增加一個視頻。如果視頻里的Su-33沒有在著艦時加大油門達到逃逸速度,唯一的結果就是狠狠的拍在甲板上,引發嚴重的事故。
超驚險一幕:蘇33在俄國航母上降落失敗險墜毀![視頻]視頻
順便吐槽下,其實這架飛機剛進場時的姿態和軌跡都沒什麼問題,可惜飛行員心理太緊張,提前拉杆導致飛機姿態產生了太大變化無法著艦;而因為無法著艦飛行員心裡害怕於是繼續加大拉杆的動作,進一步增大了迎角。幸虧Su-33的低速大迎角性能出色(全世界排得上號),否則。。。。。。。。。4,氣動設計極其複雜。航母不同於陸基機場,氣流情況複雜,而且起飛距離短,需要艦載機有這非常好的低速操作性,並且能夠適應短距起飛。 5,機身緊湊。航母空間寶貴,對飛機的體積有著很高的要求,有時需要機翼可以摺疊而不影響機翼強度,設計起來難度很大。 6,緊湊設計與航程、載彈量的矛盾突出。艦載機機身設計要緊湊,同時海上飛機少,有要求艦載機航程大、載彈量大,功能還得多,很矛盾。主動答。首先搞清楚艦載機的工作環境特點。1.停放空間小。2.工作環境惡劣。3.起降過程危險。
4.電磁環境複雜。
5.補給維護條件有限。6.孤軍深入到敵家門口作戰。然後,再根據特點分析設計和製造要求。1.停放空間小。決定了飛機的尺寸必須要小,沒辦法小的,要摺疊機翼,直升機收起旋翼,尾梁摺疊,或者其他能摺疊的地方。飛機的機翼裡面一般是設計放油箱的,還有還有內側的襟翼,外側的副翼,以及下方的掛架和機翼前緣的加溫除冰系統,以及翼尖航行燈。如果要把機翼摺疊起來,就要考慮連接副翼的操縱線系、連接油箱的輸油管路、連接加溫系統和航行燈的電路如何方便地斷開和重新連接,並且要極其快捷,保證能在規定的戰備時間內從停放狀態轉入起飛狀態。還要考慮機翼的強度是不是受影響?氣動外形受不受影響?摺疊機翼的方式使用什麼動力?人力還是自身提供的電動助力或液壓助力?如果自動摺疊可以提高效率,但是要在機翼上面單獨再增加一套動力系統,複雜性會大大升高,維護成本和故障率就會升高,飛機重量也會增加,減少了有效載荷。如果用人力摺疊,那麼需要地面維護的人員就會增加,人員工作強度也會增加很多,人員會很容易疲勞,連續作戰無法持續,飛機狀態轉換需要的時間也會拉長,戰鬥效率就會降低。如何平衡,需要設計者大費腦筋。2.工作環境惡劣。海面上的空氣鹽鹼度很高,對飛機有腐蝕性,有些設計在陸地工作的飛機,在海上飛行如果高度下到了真高100米以下,規定當天飛行結束之後必須要使用專門的清洗劑清洗機身和發動機的,否則就會產生輕微腐蝕,久而久之影響飛機的工作情況。艦載機,必須克服這個問題,所有的原件和部件都要有極強的抗腐蝕性,航母上可沒有那麼多淡水來供你天天清洗飛機發動機,出航倆月還沒作戰呢,發動機或者武器系統或者電子元件和線路腐蝕壞了,可咋整。
----------------分割線----------------------要先上班了,後面的幾點晚上再補充現在繼續。3.起降過程危險。飛機就必須是垂直或短距起降的,機身強度要足夠,必須禁得起彈射器、著艦勾和全速重著陸這樣的折騰。而且像其他幾位的答案裡面說的,的確是需要很好的低速操縱性,所以一般都採用大面積的機翼,大面積的雙垂尾,還有全動平尾,並且平尾安裝位置比機翼低一點,為的是大迎角低速飛行時,機翼的氣流不影響平尾,增加穩定性和操縱性。也就是著艦的操縱過程要把穩定性和操縱性做到最好,增加安全性。但是缺點也很明顯,寬大的機翼和垂尾,下置的平尾,雖然擁有更大的升力,良好的低速操縱性,但是也有更大的廢阻,造成的結果就是飛行速度不會太大,速度一般都不大。前起落架要比一般的飛機結實,而且不能像一般飛機的前起落架一樣做成後略式,而是要做成直立式,為的是能夠使用彈射器。這樣滑行會稍有影響,不過不大。為了增加可靠性,一般也採用雙發方案。4.電磁環境複雜。
航母上各種雷達、衛星控制設備、通信設備、導航設備等等,電磁環境異常複雜,且看那些航母艦橋上的天線吧,和刺蝟似的。普通的民航飛機連手機都不讓用,說怕干擾,這麼一大坨天線該有多干擾啊?所以飛機上面的電子設備要經過更嚴格的電磁環境測試,確保和航母上面的設備不互相干擾。如果一旦沒測試好,那隱患就大了,相當於自己打自己,這些系統,哪個被干擾了不好使了,對於戰爭來說都是致命的。5.維護補給條件有限。飛機的機件有很多有壽件,也就是說多少架次,或者多少使用時間,或者多少日曆時間之後,是必須更換或者檢查或者大修的。大到發動機,小到墊圈螺釘,成百上千。支撐這樣的更換和檢查,需要航材倉庫、充足的備件、維修廠房和專門的維修定檢隊伍。這時候材料的工藝水平就體現出來了,熟悉我國航空工業的人都知道,打比方同樣一個軸承,外國的可以用一個年,我們的只能用三個月,就是說,航母出去執行半年任務的話,國外的軸帶一個備用的就好了,而我們需要帶上至少三套作為正常更換和備用更換的儲備。所以,我們需要比人家大三倍的倉庫和多三倍的航材備件。再比如發動機,國外的只要3000小時定檢一次就行,而我們需要1000小時定檢一次,那我們就要多三倍的工作量,或者帶備用的更換吧。航母上面肯定不止一種機型,設計的時候還要盡量考慮通用性,這樣帶的東西還可減少。6.孤軍深入作戰。這就好比客隊一樣,在對方佔盡優勢的時候,該如何取勝?只有比對方更強大的能力才行。艦載機必須同時具備偵查、對空、對地和電子干擾、反干擾能力,因為幾乎沒有別人會支援你。對方可以洋洋洒洒出動對空作戰的戰鬥機,對地對海突擊的攻擊機,負責電子戰的飛機,負責偵查的飛機,還可以出動大型預警機掌控戰場局勢和指揮,而航母上如果沒有預警機的話,或者只有簡單的小型早期預警直升機,那基本作戰就靠艦載戰鬥攻擊機自己了。就相當於特種兵一樣,什麼你都得會,什麼設備都要有,對空和對地的攻擊系統你都得裝,裝好了還得互相不耽誤使用,方便轉換,各種偵查吊艙干擾吊艙你都得設計,和機上的系統都要融合,必須要實現模塊化,不然以後需要增加一種能力了,就得整機拆了重來。暫時就說這些,敲字有點累了。呵呵,感謝邀請,雖然我做過航空公司機務,但是僅限于波音飛機的日常維護檢修,而且我興趣也不在飛機之類,對這類軍事相關問題更是個外行。不過既然有幸收到邀請,百度整理相關資料並外加自己的理解,希望可以拋磚引玉。
航母艦載機的主要問題應該還是起飛和降落的問題,這其間又以滑行難題最難攻克。
先談起飛:
通常飛機起飛和降落需要很長的滑行距離,航母雖大,但通常需要配備一個戰鬥群的飛機才能發揮效用(據說通常是三分之一負責進攻,三分之二負責保衛航母),所以實際空間資源是很緊張的。所以艦載飛機的研究方向一般就是減少滑行距離的情況下起飛,或者通過彈射技術垂直起降(殲擊機和直升機畢竟不同,不能為了保證垂直起降犧牲戰鬥力)。美國航空母艦應用的蒸汽彈射起飛技術,使用一個平的甲板作為飛機跑道,起飛時一個蒸汽驅動的彈射裝置帶動飛機在兩秒鐘內達到起飛速度。目前只有美國具備生產這種蒸氣彈射器的成熟技術。另外一種是斜板滑跳起飛技術,有些航空母艦在其甲板前端有一個「跳台」幫助飛機起飛。飛機在起飛的時候以自己的動力經由跳台的協助跳上空中。這種起飛方式不需要複雜的彈射裝置,但是飛機起飛時的重量以及起飛的效率不如彈射方式。英國、義大利、印度和俄羅斯的一些航空母艦便採用這種技術。在兩種情況下航空母艦都必須以20 節(36公里/小時)以上的速度逆風航行,來幫助飛機起飛。
再來談談降落:
艦載機在甲板上降落是一個充滿了各種危險的過程, 微小的誤差都可能導致衝出甲板或與艦上其他飛機相撞, 甲板的橫搖幅度過大也會使艦載機機輪觸及甲板時產生傾覆。同時甲板降落方式還帶來了飛機結構增重, 因此與同類型的陸基作戰飛機相比, 幾乎所有的艦載機戰術技術性能都有相當大的下降。艦載機降落安全性與航母降落區的長度和寬度有很大關係,跑道越長越寬,降落的安全性越高。增加航母的排水量是一種降低艦載機降落難度的方法, 但要達到比較理想的效果,往往就不是輕型航母了。採用彈射起飛/阻攔降落方式的航母,降落區面積均大於起飛區。二戰中的美國大型航母通常把直通甲板的三分之二做為降落區, 長度在200米上下, 剩下的做為彈射起飛區。一般來說,艦載機的降落速度越低越好,但飛機的降落速度越低, 操縱性就越差, 飛行軌跡就越不精確。為了著艦時保持正確下滑軌跡,避免進入失速狀態,三代戰機都在250千米/小時的速度範圍進行下滑著艦動作。這一著艦速度對於輕型航母來說,甲板長度就有些吃緊了。不過,隨之推力矢量技術的成熟,著艦速度完全能夠大幅降低。如果艦載機採用矢量推力技術,由於矢量推力的操縱效果與飛行速度無關, 只要機翼能產生足夠的升力, 就可以使飛機的最低平飛速度降低到與之相對應的速度上去。更為重要的是, 矢量推力能在較短時間內提供很大的操縱力矩, 響應速度比氣動舵面靈敏得多, 因此能大幅度提高飛機的下滑軌跡精度。
終於看到一個本專業的問題,@古智劍 @王博涵 @喻蛟龍 答了很多,基本覆蓋了艦載機的設計製造難度,我再補充點其他的。
除了戰鬥機/攻擊機外,艦載機至少還包括- 艦載直升機
- 艦載預警機
- 艦載加油機(一般是艦載戰鬥機同型號掛加油吊艙)
- 艦載小型運輸機
- 艦載電子戰
航母就是一個機場的縮影,具備一個機場的完整功能,還有與航母編隊其他戰艦之間的通信、協同指揮、信息共享。
因此,除了上述專家分析的艦載機本身之設計製造難度外,還有一個複雜的C4I系統的難度我們這些學材料的看到上面提到耐腐蝕、強度高、韌性好,只能掩面而泣,不能為祖國的航母事業做貢獻呀。。
贊同王博涵的回答。想再說兩點:1、機體材料。相對陸基飛機,艦載機飛行甲板短太多(機場跑道都在1公里以上,「喬治·華盛頓」號航母飛行甲板長332.9米,寬76.8米),F*t=m*v,艦載機機體承受的力大的多,所以艦載機對機體強度要求很高,尤其是起落架,這就要求艦載機機體材料強度高、延展性好,比如鎢碳合金,鈦 鑭等元素的合金。2、雷達和航電系統。耐鹽鹼是必須的。現在都要求艦載機能遠程攔截,奪取制空權,對地攻擊,再加上艦載機工作環境相對複雜,所以強勁的雷達和航電系統很重要,更重要的是有一個給力的將信息綜合反映到顯示器上的顯示支持系統。
學識尚淺,補充幾點艦載機對發動機的要求,拋磚引玉: 1. 短距離或垂直起降 由於艦載機的起飛著陸距離有限,需要艦載機短距離或垂直起降,這就要求艦載機的發動機具有更大的起飛推力或具有垂直起降的能力。 F35是一個很好的例子。F35的發動機是普惠公司的F135。為提高起飛推力,增大了涵道比,提高了發動機的工作溫度;為能夠垂直起降,垂直起降型的F135配備了升力風扇+可調噴管的垂直起降動力方案。 2. 擴大作戰半徑 航母是陸地的延伸,本身已經起到了擴大戰鬥機作戰半徑的作用。但是海上作戰情況多變,儘可能地擴大作戰半徑能夠提升戰鬥機的生存能力。這就要求發動機具有更大的不加力推力和更低的耗油率。 3. 防腐蝕能力 海面空氣腐蝕性大,對發動機的壽命有著極大的影響。一旦葉片發生腐蝕,就將帶來機毀人亡的嚴重後果。因此艦載機的發動機葉片必須塗有防腐蝕的塗層並經常進行檢查維護。隨之而來的就是生產及維護成本的提高。 4. 便於日常維護
航母上空間有限資源有限,又不得不面對海上惡劣的環境,因此必須要求發動機具有良好的可維護性,使機務人員能夠及時地對發動機進行日常維護。這就對發動機結構的設計合理性提出了挑戰。
還一個就是最關鍵的。就是航母的航行速度。因為飛機降落的時候,就和我們空中接一個物體一樣,要順著里的方向接住。飛機的降落就和接到一個人快速丟給你一個蘋果。你是一邊往後邊跑著接還是衝上去接一個道理。但是在這裡我們只是考慮膚淺的東西,還有很多,比如在複雜情況下。地方電子干擾你的儀錶什麼的,就是恨麻煩的事情了
1、首先是在海洋中的環境特別惡劣,由於飛機上材料很多是金屬,會受到腐蝕,給飛機平時的維護帶來很多困難。
2、受到航母大小的限制,對飛行員有很高的要求,尤其是晚上升降。
3、國家地理有一期講了艦載機,可以去看看。
機體(尤其是起落架和著艦尾鉤)強度,發動機推力,抗腐蝕能力,載油量和載彈量間的平衡等等
說說艦載機特殊要求....1.機翼的摺疊技術,因為機庫面積有限,機翼必須摺疊,中國目前沒有經驗。
2.材料技術,艦載機起飛(未來用彈射器)和降落過程中承受的衝擊遠比路基飛機大,起落架強度必須很高,而且耐疲勞。
3.起飛和著艦系統....贊同@古智劍的說法,只有一點,即非垂直起降的艦載機在降落的時候一般是全速飛行的,這樣萬一阻攔索沒有勾住飛機的話還可以再拉起來重新降落:)
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