航母舰载机的技术要求.docx

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1、航母舰载机的技术要求 答案应当为：A，第一次世界大战时的舰载机起降性能最好。 道理何在？因为一战期间的舰载机都是低速飞机，机翼面积较大、翼载荷很小（多数为双翼），最大平飞速度只有每小时一二一百零一千米。因此，它们的起降速度很低、起降滑跑距离很短。短到什么程度？把老式的舰载机置于小型平顶驳船上，用高速航行的驱除舰拖着走，它就能以零滑跑长度的方式飞起来。或者在战列舰的两个巨炮之间铺上木板，将舰载机放上去，当军舰逆风航行时，它也能离舰升空。这是现代的固定翼觇载机无论如何做不到的。 二战期间的舰载战斗机、攻击机的最大平飞时速虽然提高到了每小时四五一百零一千米，但它们个头小、体重轻、载弹实力弱，采纳常规

2、的滑跑方式依旧可以轻松离舰。以日本A6M2“零”式战斗机为例：该机发动机的功率不足1010马力，起飞重量只有2800千克，武器为两门20毫米口径的机炮和两挺机枪。这与起飞重量达二三十吨的超音速舰载机根本不行相提并论。 现代舰载战斗机的体积重量大、翼面积小、外挂实力强、翼载荷高，最大平飞时速一般可达2000千米左右，起降速度在200-350千米/小时之间。它们在航母上起飞和着舰的难度要远远大于一战、二战时的舰载机。 日本人夸耀其73多年前就有了航母和舰载机。但二战时日本“赤城”号航母，无论如何是不能作为超音速舰载机的水平起降平台运用的。活塞式战斗机与歼-15舰载机也不是一个档次的东西。 以20世

3、纪50年头为界，老式航母与现代航母之间在技术上出现了一条巨大的“鸿沟”。其标记性的产物就是喷气式舰载机与蒸汽弹射器和滑跃式甲板。这条“鸿沟”，中国人现在已经一举跨过去了。尽管日本制造航母和舰载机的历史比中国早，但上述这些难题，其工程技术人员都没有遇到过，以前的阅历基本上无用（何况其设计师早已出现了几十年的技术断层），要想搞常规的攻击型航母和喷气式舰载机，还得从头来。 说到舰载机在航母上起降的难度，有一条旧闻。据美国专家透露，美国海军和海军陆战队的航空兵为了完善技术，曾牺牲了数以千计的飞机和飞行员。仅1954年一年，这两个军种就损失了776架飞机和535名飞行员。上述数字听起来很恐怖，但这是有特

4、别背景状况的。当时，美军航母舰载机正处于关键的转型期从活塞时代向喷气时代演化，或者说他们正在跨越那条“鸿沟”。 朝鲜斗争时期的美军航母舰载机多数为活塞式的，它们根本就不是我志愿军空军米格-15战机的对手。1952年底，为了防止敌人在我侧后海岸线进行登陆进攻，志愿军空军奉命掩护地面部队实施抗登陆战役打算，在此期间，多次与美、英海军航空兵的舰载机交手。空战中，我军共击落美制F4U“海盗”式活塞式舰载战斗机18架，击伤2架。 朝鲜斗争之后，受到教训的美国海军和海军陆战队起先加速推动航母舰载机的喷气化进程。1954年正是美军舰载机改装训练的高峰期，大量的问题就出现在这一阶段。喷气式舰载战斗机的起降速度

5、比活塞式飞机高得多，用惯了老式舰载机的飞行员一时难以适应（更别说那些刚刚接触航母的菜鸟新学员了），因此接二连三地摔飞机。伙伴的失事给其他人造成了严峻的心理阴影，从而引发了连锁反应，导致事故率直线上升。由此可见，跨过这条“鸿沟”（驾驭喷气式舰载机在航母上以很高的速度起降）有多艰难。 不过，一旦驾驭了相关的技术和规律，加强有针对性的训练，并依据实际状况改进和发展适合上舰运用的新型喷气式舰载机，事故率便会随即大幅度下降。 假如说到一战时的舰载机起降性能最好，那么起降性能和操纵性能比较差的是第一代喷气式舰载机，以及其次代的早期型。由于缺乏研制喷气式舰载战斗机的阅历，这些飞机的气动设计不志向，动力装置不

6、完善，起降速度大，滑跑距离长，且操稳特性差。作为“拓荒者”，美国海军和海军陆战队的航空兵在1954年遇到的就是此种状况。这也是导致当时事故高发的重要缘由之一。 舰载机设计相关技术 舰载机在航母上的起降简洁地讲就是：起飞难，着舰险。喷气式舰载机在航母上的起飞和着陆要受许多条件的制约，天气、海况的影响就是一例。尽管航空母舰个大体硕，但抗风浪实力还是有肯定限度的。美国海军明确规定：航母只有在8级风、6级海浪以下，纵倾小于2N3度，横摇小于4-6度的状况下，才能起降舰载机。而在风浪较大的夜间，对舰载机起降的规定就更严格了。 航母的起飞和着舰甲板都很短，为此须要为舰载机供应必备的协助起飞和着陆的设施。除

7、此之外，还需实行两项缩短觇载机起降距离的基本措施。其一是逆风起飞和着舰，其二是航母顺起降方向高速航行。 舰载机在航母上起飞当然不易，而采纳常规的方法着陆则更为困难。可以说，平安牢靠地着觇，是航母及其舰载机技术中的关键之关键。 常规的航母舰载机与陆基飞机之间在技术上的最大差别是前者必需能在面积很小的飞行甲板上平安起飞和着舰：必需能在有限的空间内停放：必需具备良好的抗腐蚀性和电磁兼容性。这些基本要求，就构成了舰载机不同于陆基飞机的独特的研制和生产标准。 气动外形在飞机设计方面，高速飞行与短距起降曾是一对很难调和的冲突，研制喷气式舰载战斗机、攻击机时，这一问题就更为突出了。因此舰载机的外形设计有一些

8、特别要求。 舰载机的视界是一条重要指标。因为舰载机在航母上着舰时，下降速度很快，环境条件恶劣，而飞机的操纵、联络又相当困难，状况瞬息万变。因此，舰载机飞行员对外视察的视界必需良好，以保证能刚好找到航母编队、精确对正航母的着舰区、在下滑时能目视到光学助降系统的灯光以及由舰上人员发出的各种指挥和警示信号。 一般状况下，航母舰载机应以8度迎角下滑进场，对前下方的视场角，大约须要1517度。为保证飞行员有足够的视界，设计师们在研制舰载机时，往往实行下垂机头、加高座舱的方法，哪怕是因此而增大了飞行阻力，也在所不惜。 一般来说，采纳大后掠角三角翼、后掠翼和小展弦比梯形翼的飞机（如米格-21、F-104、“

9、幻影”等），适合在空高作超音速飞行，但它们的起降性能较差，滑跑距离很长，难以在航母上运用。早期的部分喷气式舰载机（如美国的F4D-1“天光”、F5D-1“空中枪手”等）虽然最大M数不高，甚至不能超音，佃由于采纳了无尾三角翼布局，因此，其配平升力系数小，起降性能不志向，事故率较高。这种不适应性，迫使它们很快就退出了现役。 为了保证平安，当舰载作战飞机的高速指标与短距起降指标发生冲突时，设计师优先考虑的是飞机对起降的要求。有些舰载机方案，宁愿牺牲超音速性能也要满意起降性能。简言之，就是在鱼与熊掌难以兼得的状况下，主动追求亚音速、中小迎角时的高升力，而对超音速、低阻力指标，能满意要求最好，不能满意则

10、放弃。喷气式舰载机气动外形的设计原则，第位的是增升，其次位的才是降阻（当然，降低低速飞行时的零升阻力、诱导阻力也是特别必要的）。体现在飞机设计上，就是采纳中等偏小的后掠角（2045度）、中等偏大的展弦比（3.5左右）、面积较大的机翼。舰载战斗机的起飞翼载一般限制在350千克/平方米以下。这方面的典型代表有：美国的F/A-18，法国的“超军旗”，俄罗斯的米格-29K、苏-33等。为了进一步降低着舰速度，有些飞机还须要在机翼上采纳高效率的襟翼增升系统，如全翼展机动前缘襟翼、双开缝襟翼、襟副翼、吹气襟翼等。 随着气动力技术和发动机技术的进步，现代战斗机的飞行包线不断扩大，完全能够满意军方对高速范围和

11、低速领域的不同要求。像F/A-18、苏-33、“阵风”M、中国的歼-15等舰载机，就既具备良好的超音速飞行特性，又拥有优异的低速起降实力。这几种舰载机都配备了高推重比的涡扇发动机，并利用涡升力增升，从而成为新一代舰载战斗机的典范。 飞行品质 舰载机要想在面积很小的飞行甲板上平安起降，必需具备优良的飞行品质。当设计师想方设法改善了舰载机的低速机动性和起降性能后，还需留意解决随之而来的另一个冲突：舰载机在小速度飞行时的安定性和可操纵性问题，即飞行品质必需满意在舰上起降的要求。一架难以驾驭的飞机，性能再好，也是飞行员无法接受的。 舰载机的飞行性能当然主要取决于外形和动力，而其操纵性和稳定性亦同样与气

12、动设计亲密相联。如垂尾的形态、方向舵的面积、副翼的位置、水平尾翼的尾容量等参数，都会对飞行品质产生重要影向。 在舰上起飞和“着陆”过程中，飞机的速度较小，由于受到环境条件（如阵风、甲板风、舰尾涡流）的影响，其迎角、姿态角的改变却可能较大，假如此时飞机的安定性以及各种活动翼面的操纵实力不足，无法保证精确的、稳定的飞行，将是特别危急的。然而，冲突的是，飞机的舵面操纵效率又偏偏与飞行速度有关。在不同速度条件下，各活动翼面偏转相同的角度，所产生的力矩，当然会不一样。舵面效率随速度的增大而提高，随速度的减小而降低。这对起飞、着陆和小速度机动飞行都特别不利。 如何保证常规舰载机在起降状态下，具有良好的操稳

13、品质呢？适当调整安定面的形态和关系位置；增大操纵面的面积；将主要的操纵面设在距离飞机重心较远的地方；相应地加大操纵面的舵偏量，采纳下表面开缝式平尾；利用弦向吹气或展向吹气等方法提高翼面的效率，利用推力矢量技术帮助操纵，依靠飞控计算机和电传操纵系统实施自动增稳和限制等等，均是可供选择的措施。 机翼折叠（折转）航母甲板面积有限（约在4000-20000平方米之间）。为了保证平安，合理、有效地运用甲板，一般还将其严格划分为起飞区、着陆区和待飞区。起飞和着舰都须要占用一二一百零一米长、几十米宽的甲板，这样，留给待飞区的面积就不多了。 为了减小舰载机在舰面和机库内的停放空间，便于在甲板上牵引和用升降机搬

14、动，几乎全部的固定翼舰载机的外翼段都须要折叠（或折转），有些大型飞机的机头、尾翼也可以折转。机翼是飞机承力和实施操纵的主要部件之一，结构困难，且内部设有很多导管、导线，机翼折叠给设计工作带来不少麻烦，一方面，要增大折转处的结构强度，另一方面，需实行措施保证翼内的各种系统在复位后仍能牢靠地工作。此外，还要让机翼折叠和复原的时间尽量缩短。削减停机面积的另一种方法是使机翼的后掠角可变，美国的卜14舰载战斗机就采纳了该项设计。 起落装置 起落装置是飞机的重要部件之一，其作用是供飞机在地面或甲板上运动、起降时汲取撞击能量、停放时支承飞机重量。由于起飞和着陆的方式不同，舰载机与陆基飞机在起落装置的设计方面

15、存在着很多差异，例如，某些舰载机在弹射起飞时，其前起落架须要伸长以增加机头上仰角度。 总的来说，舰载机的起降装置更为困难，减震实力和承载实力更强，强度和重量更大，主轮距也更宽。在采纳弹射起飞的现代舰载机的前起落架上，设有供弹射用的牵引杆和牵制杆，弹射时，用牵引杆钩住住复车。在往复车的带动下，一架二三十吨重的飞机就可在很短的时间内，从静止状态达到230350千米/小时的离舰速度。此时，飞机承载的加速度达44.5g。而如此巨大的力气，全部要通过前起落架传给飞机。所以，采纳此法弹射起飞的舰载机，其前起落架必需加强。 有些舰载机选择滑跃起飞的方式离舰，前起落架受到的外力好像要小一些。但在高速滑行到舰艏

16、的上翘部分时，作用在起落架上的支反力会隧然增大，为了应对这一附加过载，飞机的前起落架也要加强。 舰载机在航母上着舰，不像在陆地机场着陆那样，有个“拉飘”段，而是实行按预定轨迹，定点、定速、直线下滑，干脆触地的方式。着舰速度在180-320千米/小时之间（视不同的机型而定）。加之在恶劣的海情条件下，航母在风浪中会猛烈地俯仰、摇摆、升沉，飞机着觇瞬间产生的撞击力会很大。一般状况下，舰载机着舰时的下沉速度要比陆基飞机接地时大一倍以上。例如，F/A-18C/D舰载机着陆在航母甲板上的一刹那，其下沉速度可达7.32米/秒，而陆基型的F-16C在跑道上着陆时的下沉率，只有3米/秒多一点。在重量不变的前提下

17、，大的下沉速度会产生更高的撞击力，这完全要由起落装置的机轮、缓冲支柱以及起落架与机身、机翼的连接机构等来负担。如此一来，主起落架的结构也不得不加强，重量自然随之增加。舰载型F/A-18的起落架重量，要比外形相当的岸基型AF-18、CF-18的起落架重一倍左右。 为了满意在舰上起降、牵引、移动、停放的要求，有的舰载机的起落装置还实行了一些特别的技术措施，如加长主起落架缓j中支柱的行程，以减小飞机着舰时的冲击力；加大主轮距，以防止飞机存起降和停放时遇到风浪而侧翻；前轮设转弯机构，以便于在小面积的甲板上牵引和快速将飞机移出着舰区：在前起落架内增设突升机构（即采纳双腔设计），在弹射时，使前起落架伸长，

18、以保证飞机能以最佳的迎角起飞等等。 着舰钩（亦称尾钩）是舰载机着舰必备的装置。别小看了这个“尾巴”，它可是保证舰载机平安返回航母甲板的关键。尾钩一般安装在舰载机后机身的下方，空中飞行时收起，着陆前放下。着舰时，用它钩住布设在飞行甲板着陆跑道上的拦阻索。 大中型航母斜甲板着舰区的长度不过150-200米，喷气式舰载机仅仅依靠刹车，无法在如此短的距离内停下来。但只要它的尾钩挂住了46根钢索中的一条，便会在几秒钟的时间内将速度减为零。直径35毫米左右的拦阻索能够承受极大的拉力，通过它以及整个滑轮组和液压阻尼装置的作用，可以使一架重23吨、速度250-300千米/小时的舰载机，在50-95米的距离内停

19、件。 另外，在拦阻着舰过程中，尾钩会与甲板发生猛烈磨擦，钩头的耐磨性和抗拉强度必需满意指标要求，否则有可能将着舰钩拉豁，引发重大事故，例如飞机拦阻减速后突然摆脱钢索的羁绊，将使其无法在剩余的跑道内达到复飞所要求的速度。 加强机体结构 尾钩和起落架都须要加强，那么与之相连的机体也必需加强，这会对全机重量产生影响。现代航母上运用的液压式拦阻装置，能快速把舰载机前冲滑跑的巨大动能汲取掉。据估算，它可在一瞬间汲取将近6000吨米的功。依据作用力与反作用力的原理，拦阻索承受多大的拉力，着舰钩也要负担多大的拉力，而且这个力是要传给机身的。因此，在尾钩与后机身的结合部位，须要进行加强。假如机体结构不牢固，就

20、有可能被尾钩拉坏。一般状况下，在飞机着舰过程中，拦阻索和着舰钩承受的瞬间拉力，大约为舰载机着舰重量的4.56倍，即着舰时的纵向过载可达4.5-6g。因此，舰载机后机身受力点结构的加强，要根据这一标准来设计。 在外形基本不变的状况下，由于舰载战斗机很多部位的结构都须要加固，导致其空机重量比陆基型大幅度增加。以“大黄蜂”战斗机为例，舰载型F/A-18A的空重要较陆基型CF-18A高出1360干克左右。 不过，有些部位，无论怎么加强，仍会存在问题。腹部进气道就是一例。采纳这种进气方式的陆基战斗机，具有发动机进气效率高、大迎角机动性能好、迫降时比较平安等优点，但将其用在舰载机上就遇到麻烦了。腹部进气道

21、是个空壳结构，下唇口很薄，受力后简单变形。而前起落架又恰恰位于进气道唇口下方，上舰后，前起落架一会儿要把弹射时负担的45g的轴向过载传给进气道，一会儿又要把着舰时所承接的法向力传给进气道。如此反复的冲击，薄薄的唇口怎能受得了？况且，在原本就强度不大的地方加强结构，是很难进行设计的。 很明显，腹部进气方式不太适合舰载机（除非大大加强该处的结构强度，或将前起落架穿过进气道，干脆与机身相连但这样做，要付出较高的重量代价，而且还会带来其它问题）。因此，美国海军航空兵没有购买起降性能好的F-16作为舰载机，而是选择了在竞标中败给F-16的YF-17（后发展为F/A-18舰载机）。同样，英国皇家海军也未考

22、虑运用本国参加研制的、采纳腹部进气方式的EF2000战斗机，却将目光瞄上了美国的F-35“联合攻击战斗机”。 舰载机动力装置舰载机对发动机要求特别严格，发动机是飞机的“心脏”。心脏机能的好坏，关系到人的生命与活力。发动机的作用与之类似，对于舰载机来说更是如此，一颗强劲有力的“心”，至关重要。与一般陆基飞机相比，喷气式舰载机在某些方面对动力装置的要求更为苛刻其牢靠性和加速性必需更高。 舰载机的着舰过程是极其惊慌又相当短暂的，一旦由于机上或舰面人员操作失误，尾钩没能挂上钢索，飞行员就要坚决地实施复飞。此时，剩下的跑道长度已然很短，在这段距离内，舰载机若想很快地增速至起飞离舰速度，避开冲入海里，就只

23、有仰仗发动机良好的加速性了。 所谓发动机的加速性，是指发动机从慢车转速状态平安、快速地过渡到最大状态或加力状态的实力。衡量发动机加速性好坏的指标，主要用加速时间来表示。猛推油门杆（这一过程大约为0.5秒或更短），使发动机从慢车转速增至最大转速所需的时间，称为加速时间（以秒记）。 飞机着陆时，为了减小接地速度，一般要将发动机油门收至慢车状态。而起飞时，为了缩短滑跑距离，往往用最大状态或加力状态。在飞机复飞的过程中，飞行员须要猛推油门杆，使发动机的转速快速上升，推力隧然增加。由于航母的飞行甲板长度有限，因此，要求这一过程尽量缩短。涡轮喷气发动机的加速时间，大约为8秒左右，而现代舰载机希望这 时间间

24、隔缩短至4秒钟以下。因此，在研制舰载机时，发动机的选择举足轻重。实践证明，单转子发动机的加速性要比双转子和三转子的发动机差。所以，现役舰载机多采纳双转子喷气发动机。 为了保证舰载机能有足够的时间和推力平安复飞，以防因处置不刚好，而一头扎进大海，它们在着舰时，不能像陆基飞机那样收油门，把发动机转速减小至慢车，而是相反，在下滑“接地”段需将发动机功率保持在军用功率的85%左右，以缩短复飞加速的时间。另外，飞行员在着舰时往往还要实行一项保险的措施，在舰载机“触地”前的一刻，快速将油门一推究竟。当推断尾钩已的确钩住拦阻索后，才将油门收回。 舰载机对动力装置牢靠性指标的要求相当高，否则，一旦飞机在海面上

25、空出现发动机熄火或其它的系统故障，将很难返回舰母，也不简单找到合适的地方迫降，往往只有跳伞逃命。然而，要在茫茫大海上搜救落水的飞行员，亦是一件难事。因此，为舰载机选择和配备故障率低、牢靠性好的的发动机极其重要。 其它特别问题 舰载机的后勤支援问题特别重要。航母的内部空问和甲板面积有限，不能运用太多的修理保障人员，也不行能容纳太多的油料和航材、弹药。因此，要求舰载机必需体积较小（或通过折转机翼变小）、用油较省、牢靠性高、修理简洁、器材消耗少。例如，舰载机在更换发动机时，一般不采纳陆上飞机常用的“脱尾部”的方法，而是从飞机的腹部或侧部拆装发动机，以节约空间和时间。 舰载机长时间在海上运用，其抗腐蚀

26、问题是保障工作需关注的一个重点。海上盐雾重，湿度大，海水和空气中的成份困难，从而构成一个高腐蚀的环境。这对舰载机的影响很大，给飞机、发动机、机载电子系统的设计、生产、运用、修理等带来很多问题。舰载机经常因为腐蚀问题，而导致发动机寿命缩短、机体结构裂纹、通信联络中断、操纵系统失灵、液压系统漏油、橡胶件和塑料件老化等故障。 为了增加飞机的抗腐蚀实力，须要选择一些新的材料和特别的设计，而部分常用的航空材料、工艺和结构则不得不放弃或限制运用。例如，镁合金是一种比重很轻的金属材料，在飞机、直升机、导弹上应用很广。但它的抗腐蚀性能较差，基本上不能用于觇载机。蜂窝结构也是现代飞机上采纳得较多的一种减重技术措

27、施，但在海上，潮气简单侵入“蜂窝”内，将其排干则很难，久而久之，结构便会受到严峻腐蚀。因此，它们的应用部位必需有所限制。 在舰载机设计上实行的防腐手段主要有：加强对关键部位、重要机件的密封和防潮，常常为机件（特殊是一些平常看不到、摸不到的结构件和活动件）涂敷防腐剂和防锈涂料，采纳多余度系统，选用那些抗腐蚀性好的金属材料和非金属材料，如铝锂合金、钛合金、不锈钢、陶瓷基复合材料、碳纤维复合材料、聚芳酰胺纤维复合材料、硼复合材料等。 舰载机的电磁兼容性问题，这一条比陆基飞机的要求更严格、更困难。为了保证舰载机在白天、夜间和困难气象条件下，都能够平安地在航母着舰区着陆，机上一般都配备有特别的无线电着舰

28、助降引导系统。总体上讲，与陆基飞机相比，舰载机配备的航电设备要更多一些。 为避开因机载设备之间的相互干扰而危及飞行平安，有必要做好电磁兼容性的工作。 另外，航母平台本身也是一个电子系统极为密集的所在，舰上设置有搜寻雷达、自动着舰导引雷达、综合通信系统等大量的指挥限制、导航、探测、通信设备，其电磁环境特别困难。舰载机位于舰面上时，离这些大功率的电磁辐射源很近，机上的电子系统极易受到外界的干扰，并因此而引发故障或导致误差。 所以，进行舰载机的设计、试验、试飞时，应仔细探讨、严格测试机载电子设备的电磁兼容性，某些关键的仪器和电子设备还要实行牢靠的屏蔽措施。 航母舰载机的研制是一项特别困难的系统工程，

29、对其各个子系统、分系统的指标要求多得数不胜数。舰载机在航母上的起降和停放，与一般飞机在陆地上运用有很多不同，除了前面所提及的设计特点外，还有一些特别的要求和标准是需综合考虑的。 例如，海上风浪大，舰载机停放在航母甲板上，会受到船体颠簸、摇摆的影响以及上层建筑引起的紊流、甲板风等气流的干扰和吹袭。为防止停放的飞机在外力的作用下，发生倾翻、后坐，甚至坠入海中，需在机体的适当位置，增设符合要求的多个系留点。 再如，舰载机起落装置的负荷比较大，着陆时，对飞机的着舰速度和着舰重量都有严格的要求，以免因运用不当而造成起落架和机体结构的损伤。舰载机起飞后，一旦发生故障，必需马上返回。此时，若飞机超过正常着舰

30、重量，是不能着陆的，应当快速减重。其措施，一是把外挂物投进海里，二是空中放油。为了保证能尽快将多余的燃料撒掉，觇载机上须要设置应急的放油口。 从上述舰载机的设计要求和技术标准中不难看出，开发一款先进的固定翼喷气式舰载机，是相当不简单的。现代舰载机具有设计难度大、结构重量大、工艺要求高、制造成本高、机载系统困难、保障工作困难等诸多特点。可以说，它们是各项航空尖端技术的结晶，是一个国家综合国力的体现。 第17页 共17页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页