航母舰载机想要瞬间减速为0着舰,得靠这根“绳”

subtitle 了不起的中国制造06-06 06:36 跟贴 4475 条
舰载机着舰是一项危险系数极大的活动,航母上配备了一系列专业的助降和拦阻系统,其中拦阻索是一个关键的组成部分,在接舰过程中,飞行员要按照正确的着舰姿势,并确保舰载机的尾钩准确地钩上拦阻索,然后才能安全着舰。

出品| 网易新闻

2018年4月12日,中央军委在南海海域举行隆重的海上阅兵,由48艘战舰,76架战机和1万余名官兵组成的海上阅兵编队,展示了人民海军强大的实力。其中,由中国自行研制的舰载机着陆拦阻索,是舰载机起飞着陆系统中重要的组成部分之一,也是舰载机能否成功降落在航母上的最重要保障。

今天我们就来介绍一下这种全世界最贵的“绳索”。

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揭秘:舰载机着陆拦阻索有多重要?

说到拦阻索,就不得不提舰载机在航母上着舰的流程,舰载机的着舰过程比陆基飞机要复杂得多,也危险得多:甲板的扰流因素会使舰载机的稳定性偏差,过短的着陆滑跑距离对飞机结构的性能和飞行员的反应能力有着更高的要求。这些危险因素催生出了一系列辅助降落设备和拦阻设备。

舰载机飞行员的着舰程序,有着相当严格的规定,通常情况下可以分为四个主要过程:

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(舰载机的着舰示意图)

1、确认装载重量,准备降落

舰载机以300节至350节(540-630公里每小时)的速度飞行到航空母舰尾部的着陆区域。然后在直线飞行过程中放下起落架,打开减速板并持续减速,确认舰载机的重量。在航空母舰上着陆要求舰载机(包括所载的燃油和弹药)质量必须低于某一固定值,如果重量超过拦阻系统的允许范围是不能进行着舰作业的。

舰桥上负责飞行指挥控制的工作人员,要确定舰载机尾钩和起落架都已放下,光学助降系统准备完毕,才能引导舰载机以125节的速度和11度的攻角,进行着舰作业。

2、对准跑道中央,避免偏离

对中是指飞机前起落架对准跑道中央的过程。舰载机是通过航空母舰尾部的“对中标尺”来降低飞机降落过程中的偏心量和偏航量的。因为拦阻系统的纠偏能力并不是很大,过大的偏心量和偏航量会使飞机偏离跑道,撞上航母建筑或者其他舰载机。

(舰载机对中时的视角)

3、光学设备辅助,接近航母

舰载机接近航母的下降阶段,必须严格遵守正确的下滑角,这就需要一个非常重要的光学助降设备——菲涅尔透镜。

这个安装在航母左舷中部、由五个方形灯箱组成的光学设备,能够发出一种在特定角度才能观察到的直线型光束,引导飞行员按照预定下滑航路接舰。

(辽宁舰上装备的菲涅尔光学助降系统)

4、保持正确姿势,安全着舰

舰载机主轮接触航母飞行甲板,并减速静止的过程称之为舰载机的接舰过程。这一过程是整个着舰过程中危险系数最高的,也是发生事故最频繁的过程。

在接舰过程中,飞行员要确保按照正确的着舰姿势,并确保舰载机的尾钩准确地钩上拦阻索,并且此时发动机也必须达到起飞推力,以便在接舰失败时进行复飞。

(歼15舰载机接舰的瞬间)

(着舰过程中因为过大拉应力而断裂的尾钩)

作为目前世界上技术要求和技术含量最高的索具,说舰载机着陆时用到的拦阻索是全世界最贵的绳索应该没有人反对。比如拦阻行程在340英尺的美国MK7型拦阻索,出售给盟友法国的价格约为150万美元/条。

作为航母这种战略武器上一个关键的组成系统,世界上能够自行研制拦阻索的国家只有美国、俄罗斯和中国。

在辽宁舰交付之前,外媒也曾经断定中国还没有自行研制航母拦阻索的能力,俄罗斯也拒绝向中国出售舰载拦阻索和配套的拦阻设备,这也迫使中国科研工作者为我们的舰载机研制出了“生命之绳”。

(辽宁号航母上配备的四根拦阻索)

其实能否有效地缩短舰载机在航母上的着陆距离,不仅仅取决于拦阻索,还要依靠由拦阻索、轮系和液压阻尼系统组成的一整套完整的阻拦系统。

在航母着陆过程中,舰载机的尾钩首先勾住拦阻系统中的拦阻索,重达20吨的飞机在惯性的作用下,拖曳着拦阻索向前行驶,有着缓冲吸能作用的轮系和液压阻尼系统,在2到3秒的时间里,能使时速接近300公里的舰载机减速为零。在飞机静止之后,拦阻索能够自动解脱下落和复位,重新恢复到工作状态。

(美军航母拦阻索特写)

由于现代喷气式舰载战斗机质量增大,对拦阻索的抗拉强度提出了很高的要求。同时,舰载机在缓冲减速的过程中,拦阻索要经受和航母甲板粗糙的特种钢板之间产生的摩擦,要抗各种化学物品和海水的腐蚀,还需要有良好的柔韧性和耐腐蚀性。

(拦阻索的横截面图)

(拦阻索载荷分析)

(拦阻系统的组成图)

拦阻系统由位于甲板上方的拦阻索和位于甲板下部的阻尼系统组成。拦阻索平铺在航母的斜角甲板上,通常每艘航母上会布置3到4根拦阻索,安装在板状弹簧支撑下距离甲板30-50公分的距离。

(板状弹簧支起的拦阻索)

拦阻索两端通过固定在甲板上的升降滑轮和导向滑轮,最终连接到位于航母甲板下方的主液压缸,由缸体、柱塞和定长冲跑系统组成的主液压缸是耗散动能的主要部件。

(甲板上方的导向滑轮)

当飞机降落尾钩钩上甲板上间隔布置的某一根拦阻索时,飞机在惯性的作用下拖曳着拦阻索向前行进,经过升降滑轮和导向滑轮拉动动滑轮组向着定滑轮组方向移动。活塞的移动迫使主液压缸中的液压油介质流经控制阀,驱动蓄能器活塞,最终将舰载机着陆时的巨大动能转化为主液压缸油液的压力能和内能。

(液压拦阻系统中复杂的轮系布置)

拦阻结束后,蓄能器中的油液释放之前储存的能量,通过复位阀门分别使动滑轮组、尾端缓冲活塞、滑轮缓冲系统复位,为下一次飞机的拦阻工作做好准备,这就是一个完整的拦阻作业周期。

随着舰载战斗机质量增大和无人机的上舰,对拦阻系统所能承受的最大冲击力和拦阻范围提出了更高的要求。在控制技术和智能化,自动化水平不断提高的背景下,涡电拦阻系统横空出世。

(涡电拦阻系统的构成原理图)

相对于传统的液压拦阻系统,涡电拦阻系统具有结构简单、重量轻、自动化水平高、精确控制能力强、能够适用不同舰载机的重量和速度、减少舰载机着陆时对载荷的严苛要求等诸多优点。

(涡电拦阻系统的实物图)

涡电拦阻系统通过合成电缆和电机取代了原有的轮系和液压耗能部件,能够自动设置和调节张力峰值,精确控制舰载机尾钩负载及舰载机在甲板上的停留位置。

这些先进技术的应用,不仅可以提高舰载机和拦阻索的寿命,还可以提高质量更大的舰载预警机和质量较小的舰载无人机的拦阻效果。作为航空母舰上舰载机着舰的关键系统,拦阻系统也决定着舰载机的战斗能力,我们期待着装备国产先进拦阻系统的中国航母能够在世界的大洋上劈波斩浪。

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