從滑躍起飛到彈射起飛：

馬世強

有段時間，網上曾經出現了一張據稱是殲15艦載機為彈射起飛而進行改裝的照片，顯示出前起落架為適應彈射增加了彈射鉤和下移了收放作動筒。由于照片比較模糊，反映的細節也不清晰，其真實性非常可疑。不過，這并不妨礙筆者在此借題發揮，分析一下“飛鯊”的彈射起飛改裝問題。

在殲15上艦完成滑躍起飛后，國外媒介就曾經鼓噪過，說其不能適應彈射。理由是根據美國艦載機的增重數據，殲15彈射改裝將增重300千克，會極大影響飛機重心。國內也有觀點認為殲15改裝彈射有很大困難，甚至有人認為改裝相當于重新研制一種新機。類似觀點還有一些，理由似乎都很充分，例如：殲15的2臺發動機裸露在機體外，在機身強度上就不如美國艦載機的包容式結構結實，如改彈射必須進一步加強發動機與機體的連接點，這會嚴重影響該機的性能。總而言之，結論就是殲15不能進行彈射改裝，如果強行改裝則會嚴重影響殲15的性能。

那么，殲15是否真的很難從滑躍起飛轉換為彈射起飛？通過本文的分析可以發現，殲15彈射改裝并不像這些觀點認為的那么困難，也不會嚴重影響性能。當然，文中的討論僅僅是從技術的角度對殲15的彈射改裝問題進行分析，未考慮作戰需求、后勤保障等因素，只是為感興趣的讀者提供一些相關的概念或意識。

殲15具備彈射改裝基礎

在認定殲15不適合彈射改裝的言論中，有這么一段話很具有代表性：

“對比艦載型‘陣風-M和空軍型‘陣風-C兩款戰機，兩者最明顯的區別就是前起落架。艦載機彈射時前起落架要承受極大的彈射載荷與著艦撞擊力，因此其結構相比空軍型戰機的前起落架顯得更加粗壯。蘇-33艦載機的前起落架與空軍型蘇-27戰機的差別只是以雙機輪代替了單機輪，而起落架整體結構并未進行加強。國產的殲15，也基本上繼承了這一技術特點，因此將與蘇-33一樣，無法改裝為采用彈射起飛方式的艦載機，只能滑躍起飛、攔阻降落。”

以上觀點看上去似乎很有說服力，殲15確實有要為彈射起飛付出增重代價的“缺陷”。但是，單從殲15能不能彈射起飛來看，這種觀點顯然對殲15采用彈射后前起落架倒底要增加什么部件不清楚，認為前起落要承受“極大的彈射拉力及著艦撞擊力”也是有誤區的。仔細觀察F-18艦載機前起落架結構，可以看出彈射力是通過彈射桿鉤—起落架支柱—液壓收放/緩沖作動筒傳遞到機身中部的，前起落架實際上是一個改變彈射力的支點。與其說前起落架承受了巨大的彈射過載，倒不如說增加了前起落架上兩個機輪承受的壓力。因為彈射拖曳鉤設置在與支柱相連的彈射傳遞環上，在彈射鉤被拉緊時及彈射過程中，彈射拖曳力將迫使支柱外套下壓。彈射牽引力最高可達784.6千牛，其牽引分力作用到機輪上至少相當于98.7千牛的垂直力。

不過，殲15不必為此付出增重代價，因為上文中“起落架整體結構并未進行加強”顯然是錯誤的。艦載機降落時的下滑角與陸基機基本上一樣，但著艦時的下降速度有時會高達7米/秒。由于艦載機的尾鉤有時會在機輪離甲板還有一定高度時掛上攔阻索，會將機體“硬從空中拖曳下來”，重重地“摔在甲板上”。而這個影響不僅會加重主起落架承受的載荷，也會讓機體猛列前傾，甚至會出現前輪先觸及甲板的情況。因此，著艦時的沖擊非常大，前起落架不加強是不行的。問題是殲15已經是艦載機了，怎么可能不加強？所以，在判斷殲15彈射改裝中簡單地套用陸機上艦數據是不對的。由于殲15前起落架已經具有承受高達7米/秒著艦下降速度的能力，在彈射起飛時利用這個現成的“資源”來應付牽引力的向下分力已經綽綽有余。

別看“陣風M”的前起落架顯得非常粗大，實際上也就是比陸基機多出了一個彈射拖曳桿和一個彈射力傳遞環套形結構，另外采用了大尺寸的可折拉桿結構以承受彈射過載。這套裝置從體積及相應的材料密度來估計，其結構重量不會超過120千克。做為艦載機的殲15，前起落架已經為應付著艦沖擊付出了重量代價，想從滑躍轉換成彈射起飛，其實只需要增加相應的彈射桿及彈射承載拉桿、以及在制造時適當加強彈射承載拉桿的連接部位，增加重量絕不會高達300千克，有一半就相當可以了。同樣“艦載機前起落架必須要用雙輪”也不是問題，殲15已經采用了雙輪，正好應對彈射需要雙輪才能跨拖曳滑塊的需要。

通常認為陸基機改艦載會增重15%，增重的主要付出就在于要應對著艦時的沖擊載荷。例如，F-18艦載機結構空重相對于其陸基改型多出1230千克，其中主起落架加強增重約為240千克，安裝著艦鉤也有近100千克，機翼折疊機構為85千克。雖然這些數據加起來才剛超過400千克，但這只是安裝在機身上的部件，機身本身也需要加強。主起落架增重也意味著安裝部位的沖擊載荷大幅度增加。為應對沖擊，機身結構付出的加強代價會更大。因為起落架可以看是“立柱”而機身可以看成是“大梁結構”，讓大梁結構來承受立柱的垂直沖擊載荷，不光是安裝點要加強，還要為了把沖擊載荷分散到機身各處而加強附近的結構。因此，這個機身及安裝部位加強引起的結構增重會絕對超過起落架，甚至是起落架的2倍以上。殲15也是一樣。作為戰斗機，殲15彈射改裝時在應付著艦沖擊方面根本不用再操心，機身強度足可應對載荷系數達到8的空戰機動，再加上為著艦已經付出的結構增重，可以說除了前起落架上沒有彈射拖曳鉤及彈射過載傳遞結構外，應付彈射過載的機身加強實際上已基本擁有。因此，完全可以說已經具備了彈射起飛的必要結構強度，只需要在制造時適當加強彈射力承載部位即可。

可能有人擔心殲15的武器掛架強度需要加強，其實這一點也不是問題。蘇-33著艦掛索制動載荷的設計值是5倍重力加速度，殲15也應與此相當。再加上空戰機動過載強度也能幫助應付彈射過載，且殲15也是有一定載彈降落要求的。在這樣三重因素影響下，可以說殲15所有的掛架都“天生具有彈射的基因”。殲15的機身縱梁與機翼梁垂直橫切，沒有高度上的距離，這也意味高達幾百千牛的彈射力幾乎用不著多余的結構來傳遞就能達到彈藥掛架。這樣的彈射力傳遞方式其實是最理想的，意味著較小的彈射增重或不用改裝也能適應

彈射改裝后的重心問題

“前起落架為彈射改裝會影響機體重心”也是一個影響力巨大的說法。通過前面的分析，個人以為殲15的前起落架彈射改裝不會產生300千克增重量，而是在120千克左右。這樣的數據有根據嗎？F-18A的生產商諾斯羅普公司（后與格魯門公司合并成立諾斯羅普·格魯門公司——編者注）為了擴大銷量，專門在艦載型的基礎上“做減法”攢出了陸基型F-18L。根據諾斯羅普的資料，F-18L型的前起落架經過簡化，相對于F-18A減重202千克，減少的重量很大，但著陸的下降速度也從7.23米/秒降低到4.2米/秒。這正好說明了降落著艦時的高下降速度對前起落架結構增重的影響，下降速度幾乎相差五分之三，這在強度上就是意味結構增重可成倍下降，而且起落架本身還有個最基本的結構強度“底線”要求。以上數據對判斷殲15彈射改裝后前起落架的增重幅度有很好的參考作用。考慮到F-18L的著陸下降速度，就知道殲15的前起落架增重不會同比例增加，因為殲15的著艦下降速度是固定的，不會因為要彈射改裝就降低。

另外，也可以根據這樣一個推理來判斷殲15的前起落架增重幅度。F-18A的主起落架為上艦增重幾乎是成倍增加（由L型的384千克與A型的621千克對比可知），也許可以假設該機上艦后如果不采用前輪拖曳彈射，其前起落架增加的重量也能如法“炮制”出來，即L型前起落架82千克“基礎重量”的兩倍，為164千克。這些重量與彈射無關，從A型前起落架的284千克上減去這些重量，由此得出F-18A的前起落架如不采用前輪拖曳彈射時的結構重量為也就是120千克。

所有這一切考慮到，應付彈射加抗高下降率，結構增重有150千克足矣。這樣的重量還不足以影響到殲15起飛時頭抬不起來。之所以產生殲15會因“加強起落架會導致重心調整困難” 的觀點，顯然是夸大了飛機重心調整問題。從某種意義上分析，殲15可以算是在陸基型殲11的基礎上發展而來，可以說其上艦之初就有重心平衡問題，而且問題還遠要比改裝彈射嚴重得多。因為前翼部件重量加上安裝部位加強及操縱裝置后總的增重也不輕，有人估計至少增重250千克。再考慮到前起落架的增重（按照前面的分析約為有150千克），需要平衡的重量約為400千克。即便考慮到殲15還加裝尾鉤的因素（F-18A的尾鉤是70千克，殲15的著艦鉤長度大，另外還有安裝座及液氣阻尼裝置，估計全套裝置增重120千克），重量也在280千克左右。這么大的重量差距能夠平衡，現在殲15因彈射再在重心前面增加一些重量也應該是可以克服的。

還有一些現成的例子，可以說明殲15彈射改裝重心配平問題其實并不大。蘇27/蘇-33的發展型蘇-34加寬了座艙，在其中并排增加了一名飛行員，而且還為座艙增加了防彈板。從該機側視圖可以看出，座艙要比前起落架離重心的位置更遠。一名飛行員體重按80千克計算，彈射座椅至少要增加120千克重量，前機身截面和長度增加至少也要增加幾十千克的結構重量。由此產生重心問題，應該要比加強前輪以應付彈射要嚴重的多，但蘇-34并未因此出現麻煩。實際上，飛機的氣動中心及重心也是2個能夠在一定范圍變動的指標。對于一架設計好的飛機，其氣動中心完全可以通過適當移動機翼相對于機身的位置來改變，也可以通過加大平尾的氣動操縱面來改變。重心變化范圍就更大了，完全可以通過調整機體設備及增減氣動中心前后的機身長度來實現。因此前起落架增重120千克帶來的重心調整問題，對于設計師來說還是比較容易解決的。

一架改型成功的艦載機，其改裝設計的過程也是一個可以權衡和取舍的過程，碰到的問題也要看問題的嚴重性。航空發展史已經證明，一架設計良好的飛機改型，碰到的最大問題都是結構增重，而不是重心調整。重心問題屬于比較容易解決的問題，就是改裝要求高也往往是如此。而增重問題才是始終困擾設計師的問題。據說蘇-33增加前翼最主要的目的也是為了解決重心問題，因為機首的新型雷達重量太大，導致機體重心嚴重前移，因此增加了前翼來使氣動中心也前移。

殲15為彈射改裝加強前起落架，120千克的增重雖然遠離重心，但仍然屬于可調整范圍，例如適當將前翼擴大面積或向前移動5厘米，都足以克服增重120千克帶來的重心問題。前翼向前移動一段距離，氣動布局并不一定就會改變，或者說氣動變化很小，同樣還是屬于包線能夠“容忍”的范圍。相對殲11，殲15加裝了前翼，雖然在最大航程及最大飛行速度上受到影響，但在飛行包線上也就是縮小了一點點范圍。而且該機的體積龐大，也給利用調整機內設備位置實現重心調整創造了條件。

殲15設計特點對彈射改裝的影響

一般來說，殲15作為一種設計完善的滑躍起飛艦載機，如果進行彈射改裝，最主要的問題將不會是前起落架的加強，也不是機身的強度是否適合彈射。至于說到起飛方式的轉變會不會極大提高該機的主要作戰性能，相比較而言，殲15是一型專門為滑躍起飛而設計的艦載機，在總體“資源”運用上向滿足起飛付出太大，因此彈射起飛對作戰性能的提高不如專門設計的彈射型艦載機。如果只從殲15自身來說，則還要看這種彈射改裝會有多大程度的深入。殲15的設計翼載荷低，起飛速度也低，對于設計人員來說，很可能會考慮到就勢運用現有的結構強度再加上適當的改裝來適應彈射。因此，可以適當降低彈射功率以避免結構增重太多，這樣一來改裝增重基本不會影響作戰性能，或可以在性能的某些方面取舍。

據說，殲15在初始設計時參考過俄羅斯蘇-33的前身TK-10。這架試驗機在制造時就是考慮到彈射起飛，因此殲15的機體強度在滿足彈射上沒有太大的問題。不過，根據蘇-33的機體空重數據，彈射改裝還是多多少少會影響到殲15的強度設計。因此，這個問題也只能等到以后設計過程出來后才能做定論。專家也認為該機可以提供足夠的機體強度來滿足彈射需要，從某種意義上也可以這樣理解：采用彈射的殲15可以根據需要適當加強就能滿足強度要求。

殲15的整體設計和典型艦載機如F-14及F-18有明顯不同。美國這兩個型號的艦載機采用兩側進氣或肋部進氣，機身較低。前起落架支柱較短，前起落架彈射連接點和彈射滑塊之間高差比較小，彈射桿可以做得很短，重量也就比較小。后面的彈射承載/起落架收放作動筒可與起落架支柱形成一個可以承受瞬間向前強大拉力的三角支撐。由于前起落架的高度不高，飛機重心低，彈射器的運動做功水平線和飛機的重心高度差不大，彈射能量可以順利傳導給飛機，幫助飛機順利彈射起飛。而殲15的機身很高，前起落架的高度大，因此彈射桿的長度及傳遞彈射力的液壓承載/收放作動筒的長度相對較大，會增加不少的重量。

有觀點認為，殲15的2臺發動機吊掛在機身主結構下，這種設計讓機體結構強度天然不如美式發動機包容式設計的結構強度大，或者說同樣的強度要付出更多的加強重量。這種觀點可以說也是個誤區。因為在彈射時發動機產生的推力也是向前的，自身的推重比也高達8以上，它本身的重量根本用不著彈射器來推動，或者說它自身就是彈射器。因此，結構強度不如美式包容機體就是個笑話。也許有人會說，如果一臺發動機停車失去了推力，殲15就得為彈射擔心了，重量達到1750千克的發動機在彈射器的彈射力推動下會不會被撕下來？其實真要碰上這樣的事情，殲15則不可能起飛。如果較真，就是單發起飛也沒問題。因為殲15的安全著艦制動載荷系數也會達到或接近蘇-33的設計值（5倍重力加速度），而發動機在此時還要加大推力準備掛索失敗后的復飛。因此，掛索制動時發動機承受的過載遠大于彈射，發動機與機體的連接強度適應3.5的彈射載荷系數沒有一點問題。可以說殲15彈射改裝不會有發動機與機體連接強度問題。殲15的2臺發動機裸露在機翼下，也意味著機身的翼梁直接貼緊下機身，也直接與安裝尾鉤的機身縱梁連接，幾乎用不著多余的結構來傳遞彈射力，這就意味著可以減小彈射增重。

殲15在機身中線上設置了重型掛架，由于這個掛架與可能的彈射承載點可以設置在一根縱梁上，因此在彈射改裝時掛架處幾乎用不著付出太多的結構加強增重。機翼上的掛架其實也用不著加強，因為嚴格來說，飛機就是一個柔性結構，彈射時遠離彈射載荷“釋放點”的機翼掛架會因為機體變形而減輕一部份沖擊，能不能承受還要從結構形狀來考慮。機翼相對于縱向上的彈射過載是一種結構高度很大的梁形結構，承載能力是相當強的。另外殲15的翼上掛點在設計時肯定要考慮到帶彈著艦，而著艦時4.5的過載已經有強度要求，因此武器掛架的現有強度可以說完全能夠承受彈射過載。

影響彈射改裝的問題可能會出在細節上。與典型艦載機相比，殲15前機身過長，而前起落架安裝又靠后，這會增加前起落架的載荷。再加上高度較高，為應付著艦時的猛烈沖擊，該機前起落架為著艦付出的結構增重要比美國典型艦載機大得多。殲15前起落架高度約在1.8米左右，在全世界的現役戰斗機中幾乎是最高的，因此在彈射改裝中付出的增重代價也會大于典型艦載機。大尺寸的前起落架如何收放也是個非常麻煩的問題。蘇-33的原型機起落架為適應彈射干脆改變了收放方向，由前收起改為向后收起。如果網上流傳的改裝照片是真的，殲15彈射型仍然采用前收起的方式，這樣一來，承受彈射牽引力的收放作動筒尺寸就得很大，會影響機腹中線掛架掛載重型反艦導彈。F-18前起落架較低，夾角很小，彈射時做功的力可以很好地傳遞給飛機，用來將前起落架與彈射滑塊連接的彈射鉤長度不過是50厘米左右，殲15的則有可能達到70厘米。由于前起落架過于高大，兩者的連接若要求夾角比較小，這個承力/液壓作動筒的長度怕1.5米都不夠。這么長的承載/收放連桿要收起會有太多麻煩，它會嚴重影響機體中線武器的掛載。

殲15彈射改裝的意義何在

艦載機由于要在結構加強上付出很大代價，相對于陸基戰斗機在主要作戰性能上的損失是不可避免。而對于殲15來說，由滑躍向彈射的轉換對性能的影響會有側重點，甚至還會有提高某些性能的可能。蘇-33在設計之初采用前翼，有解決因雷達太重導致的重心太靠前問題的需要。殲15幾乎不存在這樣的問題，因為殲15的雷達很輕，采用前翼更多的是為了提高滑躍起飛時的載重能力。如果改裝為彈射起飛，則完全不必再考慮增加升力系數，因此就可以取消這個重量不輕的前翼，至少可以減重250千克以上。再加上其他如飛行阻力降低等因素，有可能將彈射改裝付出的代價抵消掉，甚至還能有節余，因此彈射型的殲15性能會有所提高。

在20世紀80年代，美國海軍為探討未來航母發展方向，曾經專門組織專家對艦載機的設計與起飛方式之間的關系進行過詳細充分地研究。在這份艦載機研究分析報告中就稱：在同樣戰術技術性能要求下，滑躍起飛的作戰用艦載機起飛重量是17685千克，彈射起飛只有15480千克；支援通用艦載機滑躍起飛是27561千克，彈射起飛則是24325千克。彈射與滑躍的兩種機型在起飛重量上竟然能相差這么大的數值，主要就表現在翼載荷上。例如，F/A-18E/F“超級大黃蜂”的離艦翼載荷可高達600千克/米2，而蘇-33還不到500千克/米2。如果按照前者起飛時的翼截荷和起飛重量比例，殲15的起飛重量應該達到36000千克。可以想象，殲15不但能采用彈射起飛，而且還有可能借這種改裝獲得一次“脫胎換骨”大幅度提高主要作戰性能的機會。不僅是取消前翼，甚至可以考慮恢復陸基型的機翼面積，經過一番“瘦身”改裝后飛行包線還有擴大的可能。當然，相對而言，由于設計特點不同，由滑躍起飛改裝彈射起飛的殲15，還是不如正宗的彈射版艦載機。

殲15作為中國第一種艦載機，它不僅是目前中國唯一的艦載機，也將是未來一段時期內“遼寧”號航母和第一艘國產航母的主力戰機。它的存在，可以讓研制部門在艦載機機體結構加強及經受艦上嚴酷使用環境方面積累寶貴。對于相關研制單位來說，機體強度方面的經驗在未來艦載機的研發工作中具有很大意義。自“遼寧”號服役以來，其搭載的殲15由于只能采用滑躍起飛而倍受爭議，其最大問題就是飛行甲板的起飛作業效率。滑躍起飛需要較大的甲板滑跑面積，艦載機起飛需要開足發動機功率，而在近兩年的實踐中也意識到長點起飛的經濟性及安全性。長點起飛將成為常態，因此在起飛作業中犧牲效率是再所難免。對于未來的中國航母，采用彈射起飛將是非常迫切的需要，國內相關部門展開對彈射技術的研究也是形勢需要，而在殲15機體上進行這樣的研究將是一種花費少效果顯著的選擇。