书城科普读物探究式科普丛书-海洋上的卫兵:航空母舰
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第11章 舰载机的起飞和降落

在所有的兵器中,航空母舰最大。站在有三个足球场大的飞行甲板上,人们常常会感到自身的渺小。但是,与陆地机场相比,航空母舰上的飞行甲板又显得太小了,两者相差四五十倍,而且航空母舰上的飞机却比一般陆地机场上的飞机多得多。那么,航空母舰上的飞机是怎样在这窄小的“机场”上起飞和降落的呢?原来,现代航空母舰上都装有保障飞机作业的飞行甲板、升降机、弹射器、拦阻索等特殊装备。

第一节飞行甲板

飞行甲板是航空母舰面上供舰载机起降和停放的上层甲板,又称为舰面场。早期飞机由于起降速度不大,可以从军舰首部或主炮塔上部铺设的小型甲板上起飞,从舰尾的短小甲板上着舰。但现代航母都是贯通全舰的大面积的上层甲板。需要指出的是,航母的飞行甲板要比舰体宽得多,从正面看,飞行甲板从舰体上面向两舷张出,形状很怪异。

飞行甲板要承受飞机着舰时的强烈冲击载荷,所以用高强度钢板制成。“二战”时航母飞行甲板表面只铺设一层木质甲板,而现代航母的飞行甲板表面都是金属。

飞行甲板按时间先后又可分为直式和斜角式。从航母出现直到20世纪50年代初,航母的飞行甲板都是直式的。

其形状为矩形,防冲网把甲板分成前后两部分。

前部供飞机起飞、停放用,后部则是飞机降落区。当防冲网放下时,前后两区合二为一,舰载机就能从舰尾向前做不用弹射器的自由测距滑跑起飞了。

随着喷气式飞机的上舰,直式甲板的局限性就显露出来。20世纪50年代初,英国海军上校卡梅尔提出了斜角甲板的设想,经试验后证明它有许多优点,于是斜角甲板成为现代航母的标准甲板样式。

斜角甲板分为两部分,舰前部直甲板为起飞区;后半部斜角甲板为着舰区,斜直相交处形成三角形停机区。斜式甲板的斜度以斜角甲板中线与航母首尾中线夹角来表示。斜角甲板的优点是着舰飞机未能钩住拦阻索时,可马上拉起复飞而不至于与前甲板停放的飞机相撞。另外,舰载机起飞和降落可同时进行。

第二节弹射器

早期的螺旋桨式飞机由于起飞速度不大,可以轻易从甲板上自行滑跑起飞,但喷气式舰载机的重量和起飞速度急剧增大,只能通过弹射器起飞。

1950年8月,英国在“英仙座”航母甲板中线上安装了一台动力冲程为45.5米的BXS-1蒸汽弹射器,试验获得初步成功。美国海军购买了专利并将其发展成熟。蒸汽弹射器是以高压蒸汽推动活塞带动弹射轨道上的滑块把联结其上的舰载机投射出去的。美国的C-13-1型蒸汽弹射器长76.3米,每分钟可以弹射两架舰载机。如果把一辆重两吨的吉普车从舰艏弹射,可以将其抛到2.4千米以外的海面,由此可见其功率之大。

蒸汽弹射器工作时要消耗大量蒸汽,如果以最小间隔进行弹射,即需要消耗航母锅炉20%的蒸汽。因此,美国现在正在研制新型的电磁弹射方式。

舰载机起飞时都是利用弹射器轨道上的滑块把飞机高速弹射出去。而根据舰载机与滑块的联结方法,弹射方式可以分为拖索式和前轮牵引式弹射。

拖索式弹射时,甲板人员先用钢质拖索把飞机挂在滑块上,再用一根索引释放杆把其尾部与弹射器后端固定住。弹射时,猛力前冲的滑块拉断索引,释放杆上的定力拉断栓,牵着飞机沿轨道迅速加速,在轨道末端把飞机加速到起飞速度并抛离甲板。然后,拖索从飞机上脱落,滑块返回弹射器起点,准备下一次工作。

前轮弹射方式是美国海军1964年试验成功的。舰载机的前轮支架装上拖曳杆,前轮就直接挂在了滑块上,弹射时由滑块直接拉着飞机前轮加速起飞。这样就不用8个~10个甲板人员挂拖索和捡拖索了。因为弹射时间缩短,飞机的方向安全性好,所以这种舰载机的前轮要专门设计。目前美国海军核动力航母都采用了这种起飞方式。

第三节导流板

在弹射前,舰载机的喷气发动机已经全速运转。此时,它向后喷射出的高温高速燃气流,对它后面的飞机和人员危害很大。而这时弹射器后方张起的挡板可使燃气流向上偏转,不会喷向后面的甲板了。这些挡板就叫做“偏流板”或“燃气导流板”。

一般情况下,每个弹射器后面有一组共3块燃气导流板。当单发飞机起降时只张开正中一块,当双发飞机起降时便3块都张开。为了降低燃气流的灼热温度,燃气导流板后面都装有供冷却水循环流动的格状水管。

第四节升降机

航空母舰的机库位于飞行甲板下面,因此,飞机在机库和飞行甲板之间的移动需要借助升降机。早期航母的升降机,一般布置在飞行甲板的中线上,称之为“舷内升降机”。这种升降机不受风浪影响,但是,它既影响了飞行甲板的强度又影响了飞机的起降。美国在1942年完工的“埃塞克斯”号上首先采用了“舷侧升降机”。

它消除了上述缺点,但也存在着易受风浪影响的不足。

权衡利弊,舷侧式升降机被普遍应用于现代航母上。美国海军从“福莱斯特”号开始一律使用舷侧升降机,一般设4台(左舷1台,右舷3台)。以“企业”号上的升降机为例,它是用镁铝合金制造的,长23.5米,宽15.9米,面积374平方米,自重105吨。这种升降机可容纳两架主翼折叠的攻击机,具有1分钟内升降47.6吨全重的能力。

第五节拦阻索

在螺旋桨飞机和直式甲板航母时代,飞机着舰后必须在飞行甲板2/3处停住,否则就会冲入前方停机区。在直式甲板航母上设有10~15道拦阻索和3~5道防冲网。而现代航母上的喷气式舰载机降落时并不关闭发动机,情况不好便可以马上复飞,所以拦阻索大大减少。美国海军备有4道拦阻索,第一道设在距斜甲板尾端55米处,然后每隔14厘米设一道,由弓形弹簧张起,高出飞行甲板30厘米~50厘米。

当舰载机降落时,尾钩放下,其位置比起落架还低,着舰点在1~2道拦阻索之间为好,这就要求飞行员有很高的操纵技术。根据美国海军统计,白天着舰的舰载机尾钩挂住2~3道拦阻索的合计约占62%~64%,尾钩挂住第4道索的约为18%,尾钩挂到第一道索的约为16%。在夜间,尾钩多挂住第3~4道索。如果尾钩未挂住拦阻索,着舰机必须拉起复飞,这在白天约为5%,夜间则高达12%~15%。

美国航母的MK-73型拦阻索缓冲器可使30吨重的舰载机以140节的速度着舰后滑跑91.5米停止。舰载机停下后,拦阻索便会自动复位,迎接下一架着舰机的到来。

第六节降落引导

20世纪50年代以前,航空母舰是由站在飞行甲板左端的着舰引导官双手持旗板打信号指挥飞机着舰。但喷气式飞机上舰以后,这种方法已不再适用。1952年,英国海军中校格特哈特从女秘书对着镜子涂口红的动作中得到启发,设计出了早期的光学助降装置——助降镜。它是一面大曲率反射镜,设在舰尾的灯光射向镜面再反射到空中,给飞行员提供一个光的下降坡面,飞行员可以沿着这个坡面并以飞机在镜中的位置修正误差,直到安全降落。

60年代,英国又发明了更先进的“菲涅尔”透镜光学助降系统。

它在原理上与助降镜相似,也是在空中提供一个光的下滑坡面。它更利于飞行员判断方位,修正误差。

70年代,美国海军又研制出了全自动助降系统,它通过雷达测出飞机的实际位置,再根据航母自身的运动,由航母计算机得出飞机降落的正确位置,再在指令计算机中比较后发出误差信号,舰载机的自动驾驶仪依据信号修正误差,引导舰载机正确降落。

第七节光学助降系统

光学助降系统设在航母中部左舷的一个自稳平台上,以保证光束不受舰体左右摇摆的影响。它由4组灯光组成,主要是中央竖排的5个分段的灯箱,通过菲涅尔透镜发出5层光束,光束与降落跑道平行,和海平面保持一定角度,形成5层坡面。每段光束层高在舰载机进入下滑道的入口处6.6米,正中段为橙色光束,向上、向下分别转为黄色和红色光束,正中段灯箱两侧有水平的绿色基准定光灯。当舰载机高度和下滑角正确时,飞行员可以看到橙色光球正处于绿色基准灯的中央,只要保持这个角度就可以准确下滑着舰。如飞行员看到的是黄色光球且处于绿色基准灯之上,就要降低高度;如看到红色光球且处于绿色基准灯之下,那就要马上升高,否则就会撞在航母尾柱端面或降到尾后大海中。

在中央灯箱左右各竖排着一组红色闪光灯,如果不允许舰载机着舰,它会发出闪光。此时,绿色基准灯和中央灯箱均关闭,告诉飞行员停止下降立即复飞,因此被称为“复飞灯”。

复飞灯上有一组绿灯,叫做切断灯,它打开即代表允许进入下滑。

这些灯光由着舰引导员控制,他们在舰后部左舷平台上,分工观察着舰机的位置、起落架、襟翼、尾钩等的情况。他们一面与飞行员通话,一面操纵灯光信号。在舰岛上部左侧后部设有主飞行控制室,一名飞控官监视着飞行甲板和空中的情况,对着舰机的安全进行最后把关。在美国航母上,飞控官由老资格的中校级飞行员担任,并配有一名少校作为助手。

第八节停放

航母舰载机不使用时一般存放在机库里,开放式机库以机库甲板为强力甲板,这是直到“二战”中期航母仍采用的机库主要构造形式。其舰体的上甲板就是机库甲板,而机库和飞行甲板作为舰体的上层建筑来设计。这种构造的飞行甲板只承受飞机载荷,不需要纵向隔壁,机库占用舰的全宽,舰的两侧就是机库的两侧,机库面积大,但防护能力差。现代航母机库位于飞行甲板的下面,是停放和检修舰载机的场所。数十架舰载机需要较大的地方停放,所以现代航母的机库有越来越大的趋势。舰载机在机库中处于折叠状态,排列紧凑有序,而且会空出必要通道,以便每架飞机迅速通过升降机升到飞行甲板上去。

在气候较好时,舰载机也可以停放在飞行甲板上,用索具系好均匀布置在飞行甲板和机库甲板的眼块上。这样,舰载机就不会在有风浪时滑动碰撞了。