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专家谈拦阻索:航母舰载机着舰的“生命之索”
华夏经纬网   2016-12-19 09:14:10   
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    近日,在地中海执行反恐任务的俄“库兹涅佐夫”号航母再次发生事故,一架苏-33舰载机因航母拦阻系统故障,着舰失败不幸坠海。为此,部分舰载机不得不转场至陆地机场,航母也靠泊叙利亚港口。

  在航母的各大组成部分中,拦阻系统虽不起眼,却是舰载机成功着舰的关键装备,决定着舰载机能否安全“回家”。早期的拦阻索在航母上如何工作?后期又做了哪些改进措施?美国最新“福特”号航母将配备哪款先进拦阻索?本文将一一解答。

  索网结合——舰载机着舰“双保险”

  航母是人类海战兵器中最伟大的发明之一,作为航母的主力“打手”,舰载机能否从航母上安全起降是航母技术的关键。与起飞相比,高速飞行的舰载机在摇摆不定的航母上降落难度更大,不仅要求飞行员有高超的技术和稳定的心理素养,还需要可靠的飞机拦阻装置,以帮助舰载机在100多米的甲板上迅速降速至零。早在1911年,“宾夕法尼亚”号装甲巡洋舰便利用拦阻索,首次实现飞机拦阻降落。截至目前,人类已经先后研发了重力式、制动式、液压式、液压缓冲式、涡轮电力式等多种类型的拦阻装置。

  航母最早使用的是重力式拦阻装置,它的结构非常简单,实际就是两端系上沉重沙袋的粗麻绳。使用时把绳子拉紧横向布置在舰载机预计降落的甲板上。舰载机降落时,机身下面的尾钩钩住一根拦阻索,沉重的沙袋与甲板产生的摩擦力使飞机减速。为了提升拦阻效果和成功率,早期航母通常布置十几根甚至二十多根拦阻索。重力式拦阻装置虽然方便,但拦阻能量较低,在螺旋桨舰载机时代尚能发挥作用,进入喷气式战机时代后就失去了使用价值。不过,这种横跨甲板布置拦阻索的方式和拦阻原理一直沿用至今,成为各国航母拦阻装置的标准配置形式。

  与拦阻索相伴而生的还有拦阻网。1926年,美国海军格利上尉驾机在“兰利”号航母降落时,尾钩没有钩住拦阻索,飞机径直撞向了停在甲板上的机群,12架飞机受损。事故发生后,舰长决定用木架和缆绳在飞行甲板前架起一道网,用于拦阻降落失败的飞机,这就是拦阻网的由来。此后,由拦阻索和拦阻网组成的双重拦阻系统逐步成型。现代航母配备的拦阻网一般由高强度尼龙材料制成,用于在舰载机尾钩、起落架出现故障、飞行员受伤、燃油耗尽等情况下应急回收舰载机。与可以重复使用的拦阻索不同,拦阻网使用一次后必须更换。

  柔韧性好——可承受85万牛顿的拉力

  随着舰载机重量和飞行速度的不断增加,航母的拦阻系统进一步改进和升级,目前液压缓冲式拦阻装置是现役航母的主力,其中最具代表性的便是美国海军MK7型拦阻系统。它主要由拦阻机、拦阻机驱动、拦阻索支撑以及钢索固定缓冲等系统组成。最新型的MK7-3型能够回收时速130千米、重约23吨的舰载机,拦阻距离约为100米,可以满足西方国家现役舰载机的着舰需求。

  在拦阻系统中,与舰载机直接接触的是拦阻索。美国海军航母一般设有4道拦阻索,第一道设在距斜甲板尾端55米处,然后每隔14米设一道,由弓形弹簧张起,高出飞行甲板30-50厘米。舰载机着舰时,飞机尾钩钩上甲板上间隔布置的一根拦阻索,随后在惯性作用下拖着拦阻索前行。这时甲板下的滑轮与液压阻尼缓冲器的缓冲吸能使舰载机在2-3秒内减速为零。飞机停止后,拦阻索解脱下落,自动复位,准备迎接下一架着舰机的到来。

  由于要承受舰载机的巨大冲击力、甲板的摩擦力,以及各种化学物品和海水的腐蚀,拦阻索不仅要有很高的强度,还需保持很好的柔韧性和耐腐蚀性,对索体材料和编织工艺要求极高。美军航母的拦阻索直径约35毫米,由6股钢丝绳组成,每股由12根主钢丝和12根辅钢丝紧密缠绕,最大可承受约85万牛顿的拉力。因此,拦阻索是不折不扣的高科技产品,目前世界上能够制造的只有美国、俄罗斯等少数国家。此次俄航母拦阻索发生故障,除本身质量可能存在问题外,维护保养不到位的原因也无法排除,这也折射了苏联解体后俄造船业技术倒退的现实。

  智能高效——涡轮电力拦阻横空出世

  经过数十年的发展和改进,目前美国海军的MK7系列拦阻系统已经非常成熟。不过,该系统依然存在很多短板,难以满足美军下一代航母和F-35舰载机的需求。首先,这套系统结构复杂,体积比较大,日常维护保养困难,需耗费大量人力、物力和财力,这与美国新型航母削减人员编制、提升自动化水平和效费比的要求背道而驰;其次,这套系统的拦阻力量比较生硬,不能精确控制,巨大的拉拽力导致舰载机的尾钩以及与尾钩相连的机体部件容易疲劳老化,缩短舰载机的服役寿命。最为关键的是,这套系统对着舰战机的重量和速度的限制区间比较窄,导致舰载机必须放掉多余的燃油,抛掉弹药“瘦身”后才能安全降落,这显然会造成很大的浪费。

  为此,2003年,美国海军委托诺斯罗普·格鲁曼和通用原子公司分别研制先进着舰拦阻系统,经过竞争和评估,通用原子公司的涡轮电力拦阻方案胜出。

  与MK7型拦阻装置相比,涡轮电力拦阻的体积更加紧凑,智能化、自动化水平更高,具有明显优势。一方面,它通过采用更轻的合成电缆系统和电机,扩展了舰载机的着舰重量和着舰速度的范围,可以满足质量更大、速度更快的新一代舰载机着舰需求。另一方面,这个系统可以根据舰载机的不同,自动设定拦阻索的张力峰值,精确控制舰载机尾钩负载及舰载机在甲板上的停留位置,实现了精确控制,有助于延长舰载机使用寿命,并可以回收无人机。除此之外,涡轮电力拦阻系统还具备自我诊断和维护提醒功能,内置程序能自动跟踪拦阻索磨损情况,帮助舰员及时发现和修复系统故障,显著提升拦阻装置的可靠性,并且仅需要4名操控员即可完成回收作业,减少了40多名操作和维护人员,有效降低了系统的全寿命费用。

  目前,这套先进拦阻系统已经在“福特”号航母上使用,预计美国海军未来还将为现役的其他尼米兹级航母换装。

  解放军报

 

责任编辑:胡光曲

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