艦載戰術飛機重量的限制因素

艦載戰術飛機重量的限制因素

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降落是艦載機運作流程中最為艱難危險的環節。艦載戰術飛機重量的根本限制因素也來自這一環節。更確切地說,來自航母攔阻回收系統的阻尼能量上限。攔阻回收系統的阻尼能量等於阻尼力 x 做功行程。技術水平一定的前提下,攔阻系統的最大阻尼力為常量,做功行程就成為影響阻尼能量的唯一變數。上圖是美國海軍 CV-59 福萊斯特,CV-63 小鷹,CVN-68 尼米茲三級航母的飛行甲板同比例對照,福萊斯特級的斜角甲板明顯偏短。

這是因為福萊斯特級的原始設計方案並不包括英國皇家海軍發明的斜角甲板。位置尷尬的左舷飛機升降機也是上圖所示原始設計的後遺症。

受到尖削的艦首浮力不足,以及過於前伸的挑空結構易遭海浪拍擊兩方面因素的限制,斜角甲板的長度應控制在艦體水線長度的 3/4 以內。譬如 CVN-68 尼米茲級斜角甲板長 237.7 米,是艦體全長的 71.4%,水線長度的 75.0%。

為了確保 E-2C 鷹眼預警機的安全回收,法國海軍被迫耗資 500 萬法郎延長戴高樂艦的斜角甲板,致使其長度突破理想邊界。而福萊斯特級的斜角甲板長度卻被左舷飛機升降機的位置限定,並未達到其艦體所能支持的極限。這在多年之後給美國海軍帶來了無窮的麻煩。

尼米茲級飛行甲板布局示意圖。攔阻系統的最大做功行程取決於(從艦尾數起的)末位攔阻索與斜角甲板前端之間的距離。美國海軍現役主流 Mk 7 Mod 3 型攔阻回收系統的最大行程為 344 英尺/105 米,最大阻尼能量為 64.4 兆焦。其行程遠未用盡尼米茲級的斜角甲板長度。

福萊斯特級的著艦滑跑安全冗餘是距斜角甲板前緣 35 英尺/10.7 米,尼米茲級則達到 95 英尺/29.0 米。美國海軍迄今為止所有投入使用的艦載固定翼飛機均未超出福萊斯特級的支持能力。F-14 雄貓 24.5 噸的最大著艦重量因此絕非美國海軍現役航母支持能力的極限。

對於採用飛翼布局,氣動表面控制力臂短,起降相對困難,滿載起飛重量達到 8 萬磅/36.3 噸級的 A-12 復仇者II 而言,在福萊斯特級上降落充滿了挑戰。

如果按照尼米茲級的支持能力設計,復仇者 II 的研發難度將顯著降低。但里根政府啟動 600 艦海軍計劃時,美國已喪失 1950 年代兩條生產線同時運行,年均交付 1 艘航母的強大造艦能力,想要快速增加航母數量只能通過現役老艦推遲退休實現。原計劃服役 30 年的福萊斯特與小鷹 2 級 8 艘常規動力航母將延壽至 45 年,至 2000 年全部在役。而 A-12 的計劃生產高峰恰恰是 1990 年代。按照尼米茲級的支持能力設計 A-12,將意味著多達 1/2 的美軍航母無法搭載最現代化的隱形縱深打擊飛機。對於深感飛行甲板數量不足的美國海軍來說,這樣的結果顯然不可接受。

然而按照福萊斯特級的支持能力進行設計極大地增加了復仇者II 項目的技術難度。A-12 最終未能搶在蘇聯解體前實現首飛,將生米煮成熟飯,遂與 "邪惡帝國" 成對涼涼。復仇者 II 項目失敗的震波橫掃整個美國海軍艦隊航空兵,直到今日還能從 F-35C 身上窺見其餘波。如果不是 A-12 的研製工作透支了巨量資源,AFX 本有一戰之力。手握 AFX 的海軍不可能加入 JSF 項目,F-35 也就不會是今天的樣子。

實際上尼米茲級的攔阻回收能量還有進一步挖潛的空間。該級前 8 艘使用的是 Mk 7 Mod 3 型 4 攔阻索回收系統,(從艦尾數起的)末位攔阻索如箭頭所示。

最後 2 艘尼米茲級改用 Mk 7 Mod 4 型 3 攔阻索回收系統,末位攔阻索如箭頭所示,其位置明顯更加靠近艦尾。

CVN-78 福特級同樣採用 3 攔阻索回收系統,末位攔阻索如箭頭所示。

尼米茲級 C-13-2 蒸汽彈射器的最大彈射能量為 95 兆焦,福特級電磁彈射器的設計彈射能量則達到 122 兆焦以支持更快更重的艦載機,其攔阻回收系統的阻尼能量顯然應該同比例提升,對艦載機管放不管收是不行滴。

即使攔阻回收技術毫無進步,最大阻尼力止步不前,單純依靠換裝 3 攔阻索回收系統以及減少著艦滑跑安全冗餘,延長攔阻機構做功行程,尼米茲級與福特級的攔阻回收阻尼能量上限也完全能夠提升至 80 兆焦級。如果在延長攔阻機構做功行程的同時,依託新技術增大阻尼力,則美軍現役航母的回收阻尼能量上限完全可能躍進到 100 兆焦級。

假定艦載機著艦速度不變,即使按照 80 兆焦級的保守數值,著艦飛機的最大重量也將從 F-14 的 24.5 噸增至 30 噸級。最大著艦重量通常是滿載起飛重量的 70% 左右。80 兆焦級攔阻回收能力足以支持滿載起飛重量 40 噸級的超音速艦載戰鬥機。

源自蘇聯時代設計的中國海軍第一代航母採用的是 4 攔阻索回收系統,斜角甲板長度也比尼米茲級與福特級短得多 - 畢竟體型差距是明擺著的,重量與 F-14 類似的 J-15 是其支持能力的極限。


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