艦載機新型起飛方式

海強

一年多前，曾有專家設想中國未來航母有可能采用彈射和滑躍兩種起飛方式之外的第3種方式——滑彈結合，并說這是中國創新。其實，這種起飛方式早已有之，談不上是創新。因此筆者在幾個網站上發了一個名為“滑躍彈射是創新？第4種起飛方式才是最佳方式！”的貼子，點擊率還不錯，只是當時并未寫出第4種起飛方式具體為何。該方式是在彈射與滑躍結合方式的基礎上改進的一種起飛方式，個人認為某種程度上可算是創新，具有相當強實用性，也有相似的技術案例來支持。

到目前為止，艦載機從航母上的起飛方式有兩種，一種是彈射起飛，一種是滑躍起飛，兩種方式各有優勢及缺點。有人提出噴氣助推或火箭助推，其實這應該是屬于彈射起飛一類，還有人說垂直起降也是一種起飛方式。實際上，判斷起飛方式的標準應該與航母有關，而垂直起飛基本上與航母無關，不能算作是艦載機的起飛方式。因此，嚴格地說到目前為止只有兩種起飛方式。那么，還有沒有其他的起飛方式？

彈射起飛和滑躍起飛各有優缺點，因此早就有人設想將兩者結合取長補短，形成滑躍+彈射的起飛方式。這種“混合起飛”方式也得到部分軍事專家的認可，并被認為是解決艦載機起飛面臨的彈射器沉重、滑躍起飛重量受限問題的最好解決辦法。不過，將兩種起飛方式結合在一起也會產生新的問題，例如，彈射器使用費用高的情況仍然存在，運行費用并不因為彈射功率的降低就能避免，這在講究全壽命周期費用的今天是一個不得不考慮的大問題。

筆者在這里提出了一種新的艦載機起飛方式，名為“滑跑彈跳起飛”。顧名思義，就是艦載機先滑跑，然后借助可彈起的跳板向上彈跳起飛離艦。與現有的單純滑躍起飛相比，艦載機可以從彈跳板的騰空升起中獲得更多額外的動能，具有了目前人們所設想的滑彈結合起飛方式的優勢，同時又能避開彈射器的結構沉重及增加維護的缺點，因此是取代滑彈結合起飛方式的最好選擇。

一臺C-12-1蒸汽彈射器的安裝重量就達到520噸，即便是滑躍結合彈射，彈射器的重量預計將超過350噸。另外，滑躍起飛甲板本身的重量也不輕。英國“竟技神”號航母加裝滑躍起飛甲板用了230噸鋼材，俄羅斯“庫茲涅佐夫”號的滑躍起飛甲板尺寸大，重量應在300噸以上。滑跑彈跳起飛與彈射和滑躍這兩種起飛方式相比，完成彈射跳的氣缸由于行程短，不需要開口，在結構及功率轉換上要比彈射器優越得多，結構重量也可以控制在理想的狀態下。在滿足實現艦載機的重載安全起飛的要求后，彈跳部分甲板的結構重量只要用40噸鋼材就足夠了，而且此處的甲板在收起時還與彈射甲板一樣，不會影響停機。

滑跑彈跳的起飛方式大致如下。艦載機先在起飛甲板上滑跑，當主起落架機輪全部壓上位于甲板頂端的彈跳板時已經具有60米/秒滑跑速度，此時彈跳板在氣動活塞的作用下“跳起”，對艦載機賦予垂直方向的向上加速，艦載機滑離/彈離這塊甲板后就可獲得7米/秒甚至更大的上拋速度。獲得向上速度的艦載機，也就相當于是從滑躍甲板上起飛，讓“平甲板”獲得滑躍起飛效果。

也許有人會認為這樣做是多此一舉：獲得與滑躍一樣的效果，卻要采用結構復雜的彈跳板是得不償失。其實不然，滑躍起飛的艦載機在滑離躍飛甲時確實能獲得向上的速度，但這也意味著，近30米的滑躍甲板對水平速度的提高幫助小了或幾乎沒有。根據能量守恒原則，艦載機在滑躍甲板上起飛，有相當大部分的動能轉換成勢能，而這些能量如果用來使機體加速，預計將增加約10米/秒的速度。不要小看這多出的10米/秒速度，氣動力與速度的平方成正比。滑躍起飛的艦載機離艦速度少了這10米/秒，就意味著重載起飛能力的大幅度下降。如果采用滑跑彈跳起飛方式，則艦載機的離艦水平速度不受影響，向上的能量全部可以從彈跳板上獲得，其效果相當于彈射加滑躍組合起飛方式，能夠進一步提高艦載機的起飛重量。另外彈跳板的重量遠要比滑躍甲板輕，而且不用時可以與整個飛行甲板保持水平，不會影響此處停放飛機。

由本頁的示意圖可以看出：彈跳板安裝在6根搖臂上，由2個或4個氣缸作動筒作動；完成彈跳過程后，由一根減速鋼絲繩通過液壓阻尼裝置完成彈跳板的制動及恢復原位。可見這種起飛裝置的結構并不復雜，但能起到彈射滑躍結合起飛方式的功能——在“彈射起飛距離”內讓重載飛機安全地“滑躍起飛”，同時還能避開彈射器的維修及運行費用，可以說是個不錯的選擇。彈跳板可用輕質鋁合金制造，根據英國“伊麗莎白女王”號航母的滑躍甲板尺寸，其寬度可保持在12米的程度上，長度有15米就足夠了，這么大面積的甲板加上保持剛性的梁結構后，重量也不會超過25噸（參照美國航母上的升降機）。

對于初次看到這種起飛方式的人來說，可能擔心彈跳板會不會過早起動，這樣就會導致在彈跳板彈起時飛機還未滑跑到位，結果發生機體撞在跳板上的悲劇。可以說這種擔心是非常自然的，但從經驗及技術的角度看，可以采取多重保險措施，盡可能杜絕這類事故的發生。

彈跳板的升起時機取決于機輪是否完全壓上甲板，可以采取重量、距離、光信號阻隔等多種手段防止甲板提前彈起，從而讓彈跳板的彈起只能在艦載機機輪壓上甲板后才發生。可以說這方面的自動控制技術已經到了“爐火純青”非常保險的地步，應對“艦載機滑上彈跳板再彈起”的問題幾乎沒有技術上的障礙。

也許還有人擔心這樣的彈跳板會不會重量太大或能不能讓起飛的飛機在板上獲得7米/秒的向上速度。這個其實也用不著擔心。美國空軍在幾十年前為了解決戰斗機的短矩起飛問題，曾經研制過戰斗機的彈跳起落架。其具體做法是為起落架增加一個高壓氣瓶，并在起落架支柱液壓緩沖裝置中適當加大氣室。最后的結論是“與滑躍起飛效果相近，可以顯著提高短矩起飛能力”。美國的這個措施是在飛機上做文章，而彈跳板是在航母上下功夫，因此受到的限制較小，可采用與彈射器一樣直徑的“彈跳”氣缸，輕松實現數百千牛的向上推力，想達到7米/秒甚至更大的向上彈跳速度可以說是小菜一碟。

艦載機采用新型起飛方式后，艦載機起飛所需的甲板長度就可以控制在彈射的標準上，這對克服滑躍起飛需要較長滑跑距離的缺點是非常有利的。這種起飛方式即能保持彈射起飛海況適應性強等優點，又可以控制因滿足滑躍起飛形成的增重，同時還能“削平”飛行甲板，可讓起飛處的甲板也能停機，其優勢是很顯著的。滑跑彈跳起飛方式用的彈跳板相對來說要比彈射器簡單，因此在維修及制造費用上也有很大優勢。

這種起飛方式的另一個疑問是起飛中的艦載機突然受到向上的加速度，起落架是否能夠承受得了？這一點也不是問題。艦載機降落時要承受7米/秒的下降速度，起落架液壓緩沖裝置要在不到50厘米的行程中吸納這么高的下沉速度所具有的動能，其強度是相當高的。而彈跳板作用到起落架上的彈跳行程則要大得多，向上彈射的速度如果也在7米/秒，則由此帶來的彈跳載荷將遠小于著艦載荷。因此，如果充分發揮起落架的承受能力，就是達到12米/秒的上拋速度其載荷也顯著小于降落載荷。為了能充分發揮彈跳助起飛作用，還可以考慮采用短行程的電磁助推裝置取代空氣作動器推動整個彈跳板。采用電磁助推裝置后，可以非常精確地控制彈跳板在滑跑中的艦載機機輪完全上板后立即作出“彈跳”的決定，還能在騰起過程中讓彈跳板以最佳升起軌跡運動，使得艦載機獲得最佳的加速特性。

由于滑跑加彈跳起飛可以讓艦載機及航母兩方面都能獲得利益，因此這第4種方式也許會是一種非常有前途的艦載機起飛方式。殲15順利完成在“遼寧” 號航母上的艦機融合訓練讓國人興奮萬分，但滑躍起飛方式又讓不少人在興奮之余感到遺憾。因此，有不少人認為中國未來的國產航母最終會采用彈射起飛。但也有人認為，滑彈結合的起飛方式是中國未來航母的最佳選擇。未來艦艇設計以突出全壽命周期費用低為首要特點，英國“伊麗莎白女王”號航母在設計時提出了多種方案，起飛方式主要為彈射起飛與滑躍起飛。最終定型的混合方案還是選擇了滑躍起飛，其中就有安裝彈射器要增加4千噸排水并會嚴重影響全壽命周期費用的因素。對于21世紀的中國海軍來說，新型航母應該既要保證有較高的戰斗力，也要求在全壽命周期費用上有一定的優勢。如果能不局限于滑躍、彈射或滑彈結合這3種起飛方式，也許滑跑彈跳起飛就是解決這類矛盾的一個不錯的選擇。