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钩住第几道航母阻拦索得满分? 辽宁舰女兵:中国曾被嘲造不好阻拦索

2017-11-04 14:00 编辑:赵亮 来源:北京晚报

2017年11月4日讯,10月份,我国首艘航母“辽宁舰”上的退役女雷达兵古丽帕丽参加电视台节目,讲述了她在航母上的三年经历。其中,这名女兵谈到,我国曾被嘲笑“造不好航母的阻拦索”,最终却令俄国专家拜服。航母的阻拦索有多大意义?为什么外国专家会嘲笑我们“造不好”它?

2012年11月,歼-15飞机首次在辽宁舰成功起降

阻拦索技术:

更加“王道”的辅助降落设施

解决战机在航母起飞、降落问题的一种思路,是把舰载机改为“垂直起落”战斗机,只需要很短的甲板距离就可以起飞、降落。最典型的当然是直升飞机,别说航母甲板,就算是巡洋舰、驱逐舰的甲板也能轻而易举地起降。然而直升机的速度、航程和战斗力都远不如固定翼飞机。

更先进的方案是在固定翼飞机上加装垂直起降发动机,起飞与降落时能产生直接向下的推力。这样,无须以太高的水平速度产生升力,就能实现短距离的起飞降落。垂直起降战斗机的技术从20世纪50年开始研发,目前各大强国都有涉及。

不过,垂直起降战斗机尽管对甲板要求大幅度缩小,却也存在明显弊端。首先是太费油,大大减小了飞机的航程和作战半径。其次是垂直起降能够承受的重量有限,必须大幅度削减飞机的载弹量,从而影响战斗力。而垂直起降的操作难度也很大,容易发生事故。英国在马岛战争时,有5架垂直起降战斗机因为操作失误坠毁。因此,垂直起降战斗机只是权宜之计。

航母上应用更广泛的降落是依靠阻拦索、防冲网技术。这项技术的原理非常简单,就是在甲板上设置带阻力的“绳索”,当高速行驶的飞机即将降落时,这些绳索可以“拖拽”住飞机,使其速度迅速降低,直到停止在飞行甲板上。而在绳索的尽头,还可以设置一些网,如果飞机没能被绳索拉住,还可以用网将其拦下来。

就阻拦索和防冲网而言,很显然,阻拦索是更加“王道”的辅助降落设施。首先阻拦索占用的空间较少,便于多重部署,互不干扰。更重要的是阻拦索可以仅仅钩住飞机上的某个专门器件,对阻拦索本身和对飞机,都几乎不存在损害。在成功降落之后,飞机与阻拦索可以迅速脱离,飞机可以进行下一流程任务,阻拦索则可迎接下一架飞机。

相反,防冲网不但占用空间较大,而且阻拦方式不是“拉住”而是正面“挡住”,整架飞机一头“撞入”网中,对防冲网本身和飞机,都可能造成损害。而在阻拦之后,要让飞机脱离防冲网,也麻烦。因此,在阻拦索-防冲网的体系中,素来都是把阻拦索作为主要降落手段,而防冲网仅作为阻拦索万一失败后的紧急预案。

早期阻拦索:

如捕捉钢铁飞虫的蛛网密布甲板

阻拦索作为简单有效的一种着舰手段,几乎和航空母舰的问世同时,因为没有阻拦装置,根本就不可能让普通飞机在舰船上降落。不过其原理虽然简单,但实现起来很复杂。现代阻拦索两头连接的是复杂的阻力产生装置,在被飞机“绊住”后逐渐产生阻力,最终把飞机拉住。为此,很重要的一点,就是当飞机没有钩住阻拦索中点的时候,依然能保持阻拦索两段拉拽的合力方向,应与飞机行驶方向相反,换言之两段阻拦索的力量应该不同。

实现阻拦索的阻力有多种不同方式。将阻拦索完全固定死在甲板上,则这个阻力完全来自阻拦索本身的弹性。一旦超出弹性范围,双方的作用力变成“硬拽”,结果不是阻拦索被拉断,就是飞机被拉坏。

早期螺旋桨飞机速度慢,质量小,因此最初的阻拦索也很简单,就是一根钢索,在两头悬挂沙袋。当降落的飞机滑过阻拦索,就会被绊住或卡住螺旋桨。1911年1月18日,美国飞行员尤金·伊利驾驶454公斤重的飞机,创造历史地首次在“宾夕法尼亚”号巡洋舰上进行着舰试验,飞机的挂钩成功地抓住了平台上的5根钢索。

阻拦索采用在两端加挂重物,这样飞机产生的冲力,被消耗于拉拽重物的运动中,称为重力阻拦。首先安装上重力型阻拦装置的是美国的“兰利”号航空母舰。该舰由“木星”号运煤船改装而成,1922年建成。“兰利”号航母的两舷各竖立起一个支撑塔,阻拦索通过滑轮组绕过支撑塔,两端连上重物。当飞机钩住阻拦索后,把阻拦索往前拖拉,带动重物沿支撑塔上升,达到降速目的。

还有一种是液压阻拦索。这类阻拦索在1924年由英国人诺登和巴思设计成功,并于1927年引进到美国,至今已经使用了近百年。基本原理没有太多变化,不过早期的液压阻拦索阻力有限。在二战时期的航母甲板上,可以看到航母上设有10道至15道阻拦索和3至5道防冲网,密密麻麻,简直就像捕捉钢铁飞虫的蜘蛛网一样。

当代阻拦索:

一门海军强国的必修课

现代航母普遍使用的液压式阻拦系统,一般由制动器械、液压缓冲系统以及冷却系统组成。其中,制动器械包括:产生制动力的阻拦机构、保持制动缸压力的控制阀、保证阻拦飞机后能够迅速回位的蓄压器。

比较典型的阻拦系统是美国航母普遍采用的MK7液压阻拦系统。当舰载机尾钩挂上阻拦索后,拉动滑轮索,带动主液压缸的活塞,将主液压缸里的油液经过控制系统,挤压进蓄能器。这个过程中产生压力损失,从而使飞机逐渐减速。在冲跑的末端,控制阀开口完全封闭,活塞及其相连的运动滑轮组停止,控制飞机完全停止。当飞机被拦停且阻拦索与飞机尾钩脱离后,复位阀打开,蓄能器中高压油液经冷却器,回流到主液压缸,实现阻拦索复位。

MK7使用的滑轮缓冲装置可充分消减飞机挂索的钢索张力峰值,并消除阻拦过程中因滑轮转速不同而引起的钢索振颤。它适用范围广,重量变化较大的飞机可以在该系统作用下实现相同距离内着舰降落。

拦阻索本身的材料结构也非常重用。MK7型阻拦装置使用的阻拦索有两种规格,即6x30平钢绞大麻纤维芯阻拦索,和6x30平钢绞聚醋芯阻拦索。每根阻拦索由6股钢丝绳组成,每股钢丝绳又由12根主钢丝、12根中间尺度的钢丝和6根呈三角状布置的细钢丝扭结成。每股钢丝绳之间还有交接钢丝,每根钢丝绳芯部还设有油浸大麻纤维。这种阻拦索能够承受最大85万牛(相当于80多吨重力)的拉拽力。

但MK7依然存在诸多不足。其结构复杂,体积较大,日常维护保养困难,需耗费大量人力、物力,与未来新型航母控制人员规模、加强自动化水平和模块化操控的趋向背离。其次,这套系统的拦阻力量较生硬,不能精确控制,容易导致舰载机的尾钩及与尾钩相连的机体部件疲劳老化。而且,这套系统能承受的着舰战机重量和速度都有限,甚至舰载机必须放掉多余的燃油减重后才能安全降落。

当代阻拦系统的发展,主要是在提高系统性能,加强通用性、机动性、使得对飞机的阻拦过程更加平稳,拦阻力振幅减小,使系统能适应大范围的飞机(主要是重量更大、速度更快)降落。在此基础上,还要寻求缩短停机距离,减少设备使用的客观条件限制,便于快速部署、转移、安装等。

美国未来的航母将采用现代化的全电力推进系统,原本的液压阻拦也将改造为电磁式阻拦装置。美国在“福特”级航母上就使用了AAG电磁阻拦系统。在该系统中,滑轮阻尼器中增加了测量拉力的传感器,能够直接把不同的拉力信号传送给中央集中控制器,然后由中央控制器根据拉力的不同大小,启动相应的控制流程。液压设备中的压缩气缸,则换成了钢丝绳卷,通过控制电流大小实现均匀过载。

美国通用原子公司还提出了一种“涡轮电力系统”,采用更轻的合成电缆系统和电机,使得美军舰载机在162至313公里的时速下,都能被阻拦索拉回安全着舰。

阻拦索可以说对航母编队必不可少。世界各大海军强国都投入大量人力物力,研究阻拦索技术。目前,全球能够自行研发阻拦索的国家,包括美国、俄罗斯、英国和中国。同为五常的法国尚不具备此技术。

不是随便钩住就算

钩住第二道最好!

当代航母上一般有3至6道阻拦索。第一道阻拦索一般设在距飞行甲板尾端36米至51米处,每道阻拦索之间的间隔约为12米至18米,拦机网设在最后一道阻拦索前面,平时并不设置,一旦着舰需要,甲板人员在两分钟内即可支起防冲网。一般情况下,飞机降落是用不到防冲网的。

当飞机即将在航母上降落时,首先减速接近,放下起落架和襟翼,放下尾钩,向甲板尾部俯冲。这样,当飞机高度足够低,其尾钩就可能钩住间隔布置在甲板上的多根阻拦索中的一根。

接着,飞机尾钩勾住阻拦索继续向前滑跑,阻拦索给飞机施加向后的作用力,使飞机的速度越来越小,之后安全停在甲板上。

在飞机完全停止的瞬间,会被绳索的拉力向后继续猛拽一下,产生很小一段向后滑动,这样阻拦索就会自动从飞机的尾钩上脱落,恢复到原来的位置,为下一架飞机的降落作好准备。

如果着舰时没有钩上任何一道阻拦索,那么,飞机只能加大发动机油门,从航母甲板上空掠过,然后兜一圈再回来重新降落。

不过,航母上的几道阻拦索,并不是“随便钩住一道”就算的。仍以美军为例,4道阻拦索中,飞机如果能钩住第2道、第3道阻拦索是最好的。其中钩住第2道是最优方案和首要着舰“勾引”目标。如果勾引第2道成功,则能具有较长的滑行空间。即使钩第2道失败,还可以有第3道作为次优方案。如果第3道也没钩住,那就只能指望钩第4道,否则就得越过航母重来一次了,弄不好还有坠海的危险。

至于第1道阻拦索,距离航母后端太近,如果某架飞机居然钩上了第一道阻拦索,就说明它降落过早,很可能在到达甲板上空之前就已经低于规定的高度了,实际上冒了撞击甲板的风险。

阻拦索事故:双重夺命刀

美军:断裂后如巨蟒横扫甲板人员

拦阻索既是航母的生命线,直接决定舰载机能否成功着舰。那么,一旦拦阻索发生故障,将造成致命的后果。作为世界头号军事强国的美国,其阻拦索事故就很不少。

1996年,尼米兹号核动力航空母舰发生阻拦索断裂事故,造成甲板上人员一死四伤。

2003年9月11日,正在阿富汗战争和伊拉克战争中威风八面的美军举行了纪念“911”的演习。“华盛顿”号航母上的一架FA-18大黄蜂战斗攻击机在降落时出现事故。飞机成功勾住了阻拦索,谁知阻拦索因为维护不当,竟然猛地断裂。这下,已经部分减速的飞机一头栽进海里。还好飞行员在坠海前一瞬间成功弹射获救了。然而甲板上的人员却没有这么幸运。大黄蜂战斗机重达30多吨,时速300公里,它的冲量已经大部分被阻拦索吸收。但这蕴含强大势能的阻拦索断裂后,迅速如两条巨蟒一样,横扫甲板。从当时视频中可以看出,有位身穿黄色制服的工作人员灵敏跳跃,避开了夺命钢索。但其他一些同僚却没有那么幸运,共有12人被钢索扫倒,其中数人双腿直接被扫断。幸亏美国航母上医疗措施先进,这才侥幸捡回了性命。

2005年,“小鹰号”航母在日本训练时同样发生了阻拦索断裂事故,造成舰载机F-18坠海,甲板上有6人受伤。

2016年3月18日,美国“艾森豪威尔”号航空母舰上的一架E-2C预警机在航母上降落的时候,成功钩住了阻拦索,操作也都很正常。结果,因为阻拦索吸收动能的储能装置发生故障,无法产生足够的拦阻能量,因此,未能拉住E-2C预警机。E-2C预警机一头从航母前方冲了出去。幸亏飞行员临危不惧,猛推油门,加之E-2C预警机本身是航母舰载机中较少的螺旋桨飞机,其起飞速度较低,于是E-2C预警机成功复飞。最后,这位飞行员被军方嘉奖,也算不幸中的万幸了。

除此之外,美国最先进的“福特”号核动力航母之所以建造服役进程大大落后计划,也是因为弹射和拦截系统。按照设计要求,“福特”号先进的电磁弹射和拦截系统,其无故障间隔应该达到4000次左右。而2016年6月的一份报告称,“福特”号电磁弹射器平均240次弹射就会出现严重故障,先进阻拦系统的平均无故障间隔甚至只有20次。显然,这样的状态无法胜任作战任务,不能保障航母官兵的安全,因此“福特”号才遭到延期。

俄军:等不及更换新索,米格-29一头坠海

俄罗斯的航母从数量和规模来说都远不及美国,但阻拦索事故也曾令其损失惨重。“辽宁”舰当初的姐妹舰“库兹涅佐夫”号航母是此类事故的主角。

2005年9月5日,“库兹涅佐夫”号航母正在北海进行训练,一架苏-33舰载机完成任务后降落,尾钩已经钩住了阻拦索,岂料阻拦索突然断裂,苏-33来不及重新起飞,直接冲出甲板,坠入大海。

2016年冬,在叙利亚地区反恐的“库兹涅佐夫”号接连出现事故。11月14日,数架俄军舰载机依次在甲板降落,第一架成功着舰,第二架虽然勉强着舰,但在着舰时,拉断了第二道阻拦索,最后勉强钩住第四道阻拦索停下,但已经导致了几道阻拦索纠缠在一起。于是,舰上的地勤人员迅速进行维修更换工作。这时,原本排序着舰的第三架米格-29战机,只好在空中盘旋等待。最终,来不及等到阻拦索修好,就耗尽燃油,坠落大海。12月5日,另一架苏-33又在着舰时拉断阻拦索,坠入海中。一个月内的这两次事故,说明俄罗斯航母阻拦索在保养上出现了不小问题,所幸都没造成人员伤亡。然而,这已经大大挫伤了俄军在叙利亚动兵的积极性。事后俄方表示,阻拦索使用了来自乌克兰生产的材料。

印军:战机被阻拦索直接拉下砸向甲板

时刻做着大国梦的印度同样吃过航母阻拦索的亏。

印度的主力航母“维克拉马蒂亚”号是购买自俄罗斯的二手航母。然而,这艘航母原本设计时只用于搭载轻型的垂直起降战斗机,而印度方面则要在其上搭载米格-29等重型战斗机。这不但造成了高额的甲板和阻拦索改建费用,即使勉强改好了,也是磕磕绊绊。

2014年6月4日,印度飞行员驾驶米格-29K舰载战斗机在“维克拉马蒂亚”号航母上降落,原本计划挂住三根阻拦索的第二根,但在实际操作中却闹了乌龙。这架飞机错过了第二根后,成功挂上了第三根阻拦索。不幸的是,飞行员没有意识到这点,认为自己着舰已经完全失败,想都没想就直接加速启动复飞。于是,这架米格-29先是高飞数米,接着就被已经挂上的第三根拦阻索直接拉下,生生砸向了飞行甲板,导致飞机前起落架砸坏。

中国阻拦索:逼出来的自力更生

中国拥有航母是近年来的事,但对于阻拦系统的研究则早在数十年前已经开始,在20世纪即已研究出三款飞机拦阻系统,不过是以拦阻网为主。从20世纪末开始,随着航母工程正式启动,中国对阻拦索的研发也取得不断突破。

由于航母阻拦索的重要意义,各大国对此都极为看重。美国当然不会向中国提供拦阻索的技术。而与中国合作较多的俄罗斯,则出于自身利益考虑,也在拦阻索技术方面对中国遮遮盖盖,经过长达四年的马拉松式谈判,在最后关头拒绝向中国提供阻拦索技术,一度几乎造成辽宁舰服役的瓶颈。为此,外国不少媒体质疑中国能否真正让航母投入使用。

不过,这难不倒聪明的中国人。中国科研团队一边尽可能地借鉴别国的先进技术,一边总结我国自身研发拦阻系统的经验教训,终于造出了属于我国自己的阻拦索。2012年11月23日,我军飞行员驾驶国产歼-15舰载机首次成功降落“辽宁”号上,阻拦索并没有拦住中国航母的发展。

目前“辽宁”号航母甲板上的阻拦索,是由我国自行设计、自行制造的高强度、高韧性钢丝;具有很高的抗冲击性能,可以保证飞机降落过程时的安全性;符合阻拦要求的结构伸长性,不会发生阻拦索断裂事故。阻拦系统的技术结构不是什么了不起的秘密,更重要的是材料的生产。这一点,显然中国已经赶上了美、俄等大国的步伐。

航母阻拦索的使用地点多为海洋区域,因此适宜海洋环境使用的无磁特殊不锈钢是最合适的材料,可防止铁磁性粒子吸附混入绳内发生磨损而降低寿命,对高温的耐受力也较好。目前无磁特殊不锈钢在我国已有单位研制并可以制造,性能上居于全球领先。

而且目前已经开始装备国产的电磁阻拦系统。2016年12月28日央视新闻联播曾报道,新一代航母阻拦装置可拦阻瞬时载荷超过150吨的舰载机。该项技术与美国在“福特”号上采用的电磁系统大致处于相当水平,某些方面还超越了美国。例如,用新型结构代替美制的锥形大卷筒,横向尺寸缩小三分之一,重量减少三分之二,进一步改装阻拦装置的阻尼特性。 杨益

 

来源:北京晚报

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