美国经研究滑跃起飞比苏联还早

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导读: 1971年9月,英国国防部下令空军海军组成联合研究小组,对斜板起飞技术进行实机飞行试验。考虑到斜板技术前期研究提出的飞机在较大角度斜板上起飞时迎角过大,可能会引起失速或不可控因素的问题,英国空军决定调集一架具有垂直起飞能力的鹞式战斗机参与测试,这种飞机有动力控制手段,即便滑跃起飞失败也可以凭借发动机推力转向安全的着陆。英国人在距离普斯茅斯30公里的一个军用机场开始为期7个月的飞行试验,试验中使用了3个斜板台,都采用近似曲率斜线,一个6度角、一个9度角、一个12度角,飞机则使用P1127原

1971年9月,英国国防部下令空军海军组成联合研究小组,对斜板起飞技术进行实机飞行试验。考虑到斜板技术前期研究提出的飞机在较大角度斜板上起飞时迎角过大,可能会引起失速或不可控因素的问题,英国空军决定调集一架具有垂直起飞能力的鹞式战斗机参与测试,这种飞机有动力控制手段,即便滑跃起飞失败也可以凭借发动机推力转向安全的着陆。英国人在距离普斯茅斯30公里的一个军用机场开始为期7个月的飞行试验,试验中使用了3个斜板台,都采用近似曲率斜线,一个6度角、一个9度角、一个12度角,飞机则使用P1127原型机,这架飞机完成所有的试验任务后还有机体剩余寿命,上面安装了齐备的测试设备,不用改装现役飞机。

鹞式飞机采用渐进法试飞,每一次试飞前都先称重并做一次正常起飞,作为测试的参考基准。斜板从角度最小的6度斜板开始,先以比计算起飞距离大50%的距离开始滑跑,记录离开甲板的速度,飞机上有记录过载变化的记录器,机场设定了轨迹录像机。为了安全起见,要求起飞过程中不允许出现飞机轨迹下降,飞行试验的下限为飞机轨迹下降幅度超过5米,每一次步进调整速度以10千米/小时为一阶。鹞式飞机大约进行了220次起降,载重从垂直起飞重量到正常起飞重量、最大起飞重量,试飞有效的证明理论计算的有效性。

美国第一时间通过信息交换共享获取了英国的研究成果,并在1975年开始的CVNX航母研究中引用英国研究数据。CVNX未来航母研究计划是美国为了探索尼米兹级后下一代航空母舰发展的预先性研究,分为轻型、中型、重型等不同的排水量研究了15个不同取值的船体水线性能,设计了弹射起飞/拦阻降落CTOL、斜板短距起飞/拦阻降落STOL、斜板短距起飞/垂直降落S/VTOL三种航母模式50种布局方案,方案中又分为采用现有技术构成的保守布局与采用最新的设计思想和一切已知新技术的前瞻性布局。CVNX中创新设计非常多,几乎涵盖了自1950以后到1985年间所有能够想得到的方案,许多设计在多年以后不断被一些人重复并号称是首次设计;由于保密原因,外界到1985年美国公开部分资料后才了解这个庞大的计划和许多思想的火花,许多关于STOL的设计与参数到现在仍然处于高度保密中。

1985年,美国海军工程师学会关于未来航母的年会中,海军实验工程中心发表了一篇关于斜板滑跃起飞的重要论文,这篇东西首次披露了美国海军在1980到1984年间,为CVNX航母研究计划验证(Ski-jump)斜板滑跃起飞技术的情况,参与的飞机几乎涵盖海军现役主要具有代表性的飞机,有主力战斗机F-14A、F/A-18A,还有教练机T-2C,共计飞行231架次,原计划飞行的A-6E和S-3则只在NASA进行了仿真模拟。

美国海军F/A-18C战斗攻击机。

F/A-18C战斗攻击机装2台F-404-GE-402涡扇发动机,最大加力推力16.1吨,起飞推重比为0.76时的起飞重量是21.2吨,仅比最大起飞重量少2.2吨。F/A-18C空重11.2吨,在这个重量下,内油全满时可以携带2吨武器。可以弹射大黄蜂的C-7型弹射器全长81.4米,看着比大黄蜂用9度斜板117米的起飞距离要优越很多,但是这种单纯的数字比较是不全面的。

首先弹射器本身对航母是一个很大的负担,4台蒸汽弹射器总重超过2000吨,航母甲板要弥补这种纵向大开口造成的结构强度下降也需要额外的重量,支撑安装在斜角甲板的这些重量同样需要更高的结构强度——也就是更多的重量。而斜板航母呢,这些统统都不需要,和尼米兹比起来可以节省大约4000吨的重量。

其次弹射的出动速度较慢,即使是采用前轮牵引弹射的飞机也需要等待弹射器再次准备好才能出动,而滑跃飞机只要等挡焰板放下就好。而且蒸汽弹射器连续弹射需要消耗大量的蒸汽,不幸的是,推动航母前进的涡轮机也需要,因此30节的尼米兹在连续弹射8架飞机后速度会下降到22节,且需要间隔一段时间才能再开始弹射。既然出动速度慢,那么早期弹射升空的飞机就需要在天上等待更长的时间,也就是要消耗更多的燃油,着同样是需要算入起飞重量中的。而且防空作战需要的就是紧急出动速度,这比飞机的起飞重量更加重要。

第三,美国人、苏联人和英国人已经验证了滑跃起飞技术的可行性,现有的舰载机几乎都可以使用这项技术,这对于后进国家来说是很有利的,因为他们不再需要自己投资几十亿美元研究蒸汽弹射器,可以缩短研制航母所需要的时间。

美国海军仿照英国设计的6度与9度斜角甲板,长34.2米宽18.7米,实验飞机都采用英国试验的方式,每次试飞前先做一次标准跑道滑跑起飞。为了确保实验安全,飞机只采用97%的转速,保留部分推力用于突发状况的应急;飞机试验模拟了不同推重比状态的飞机构型,最低的推重比达0.31,最大推重比达到0.76。试飞获得一系列数据,确认了斜板对缩短起飞距离的贡献和安全性,验证了起飞距离随斜角增加缩短的趋势,比如推重比为0.5时,9度斜板比6度斜板滑跑距离少14%;推重比为0.76时,9度斜板比6度斜板滑跑距离少1/3。同时试验也验证了斜板起飞技术对比常规滑跑起飞距离的缩短效率,以9度斜板为例,当推重比为0.42时,滑跑距离降低36%,当推重比为0.5时,滑跑距离降低52%,当推重比为0.67时,滑跑距离降低66%。在试飞中,推重比较强的飞机表现出异常出色的起飞能力,比如F/A-18A大黄蜂战斗攻击机,在起飞推重比为0.76时,以9度斜板成功实现起飞距离117米的成绩;而推重比较小的低速低翼载飞机(模拟预警、反潜、运输等平台)T-2C也取得不错的成绩,推重比为0.5时起飞距离仅114米,推重比为0.42时也小于190米。F-14A的试验考虑到这种飞机的发动机稳定性较差,且推力余度较小,因此为了确保单发起飞安全,仅采用97%转速的军用推力起飞,模拟翼载荷较大的高速飞机,在推重比为0.42时仅减少滑跑距离36%,仍有381米。

美国海军的试验充分验证了英国提供的技术资料的合理性,并且验证了不同的常规固定翼飞机在斜板技术上获得的增益,同时证明了常规飞机的确可以正常利用斜板起飞技术。在试验报告中,美国海军试验中心指出,考虑到斜板起飞会对前起落架滑跑时支撑形成额外的重力过载,因此试验未采纳12度和15度斜板,但NASA的模拟计算表明,常规飞机利用斜板起飞最佳效率角度应该在12-15度之间。美国海军的试验主要是为了研究前期CVNX设计中多款涉及到使用斜板起飞技术的航母方案的论证,在那些选择了Ski-jump斜板滑跃起飞模式的航母方案中,都采用了9度的斜板角。

前苏联在70年代末开始发展航空母舰技术,最初苏联人决定跟踪美国航母发展的路线前进,但是政治意识和军事理念上有所不同;苏联一直认为航母是攻击性武器,而苏联的战略发展虽然是积极的进攻型,但从其国防思想来说,始终都是把自己放在防御的地位,苏联发展航母是作为防空武器出现的,因此在发展弹射器的问题上技术学派支持而政治派反对。1978年,第涅伯工厂开始试制苏联第一台蒸汽弹射器,这台弹射器仿制美国C-13-1型,1980年被安装到乌克兰基辅南部270千米的尼基塔机场。这台弹射器是试验性质,仅提供弹射器原理机的演示和尝试,大约试验了20-28次以后,苏联设计师摸索了弹射器的充放气、活塞停止与回位。

根据试验中获得的经验和教训,苏联正式设计了第一代蒸汽弹射器,设计目标是37吨/100节,但是由于苏联政治局常委乌斯季诺夫的坚决反对,工程型号的弹射器在1982年冻结。1988年因新一代航母设计中,戈尔巴乔夫主持的苏共中央政治局并不特别排斥学习美国的方式,弹射器项目重新开始;原定1990年起建造两条陆地的工程弹射器,用于试验和训练,但1989年后项目没有获得任何拨款,实际完全停止,苏联解体后这个项目自然消失。

弹射器的路走不通不等于让苏联设计师放弃了航母发展的道路。苏联和中国体制很类似,有人专门搜集各类科技情报,1973年英国无敌级航母建造是苏联高度关注的目标之一,普斯茅斯的试验也没有完全避开苏联敏锐的嗅觉。当无敌级航母正式出现在媒体中时,苏联专门组织航空航海的技术专家们分析这种新的技术,其中主要的任务由中央流体动力研究院承担。1980年,正是中央流体研究院建议如果不能走弹射器的路线那么可以考虑斜板起飞技术,同样可以实现飞机从短小的军舰甲板上起飞的目的;于是苏联在1982年建造了两个斜角装置,一个倾角12度,一个为14.5度,分别命名为尼基塔一号和尼基塔二号,一号就是现在的库兹涅佐夫,而二号就是瓦良格。


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