曾經(jīng)的輝煌—英國(guó)航母關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展研究

柳正龍

曾經(jīng)的輝煌—英國(guó)航母關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展研究

柳正龍

英國(guó)是傳統(tǒng)的海軍強(qiáng)國(guó)，也曾經(jīng)是航母大國(guó)。世界上第一艘航母誕生于英國(guó)，迄今為止，英國(guó)的航母發(fā)展歷史已近90年，共建造和改裝各型航母70多艘。目前，在2011年英國(guó)無敵級(jí)輕型航母皇家方舟號(hào)退役及卓越號(hào)改裝成直升機(jī)航母后，英國(guó)正式成為無航母可用的國(guó)家。

1999年，英國(guó)正式宣布將研制2艘下一代航母CVF。兩艘新航母將分別于2018年和2019年服役。2008年7月3日，英國(guó)國(guó)防部授出了CVF的建造合同，2009年7月7日，伊麗莎白女王級(jí)航母正式開始建造。CVF的研制，標(biāo)志著英國(guó)重新向具備獨(dú)立制海能力的海軍大國(guó)邁進(jìn)。

雖然從目前來看，英國(guó)航母裝備情況處于非常尷尬的境地，但從歷史上看，英國(guó)在航母發(fā)展中發(fā)揮了非常重要的作用，可以說正是英國(guó)人對(duì)航母的理解和創(chuàng)新，引領(lǐng)著航母的技術(shù)變革，為航母的萌芽孕育、創(chuàng)生出世、發(fā)展壯大做出了巨大貢獻(xiàn)。在世界航母發(fā)展的百年歷程中，幾乎所有的關(guān)鍵性技術(shù)難關(guān)，都是由英國(guó)作為開拓者、領(lǐng)航員率先攻克或指引了方向。1912年末，英國(guó)海軍將老舊的巡洋艦競(jìng)技神號(hào)改造成了水上飛機(jī)母艦，標(biāo)志著航母時(shí)代的來臨。1924年，英國(guó)率先發(fā)明了艦載機(jī)液壓阻攔裝置，解決了航母降落問題，該阻攔裝置與美國(guó)海軍航母使用的液壓阻攔裝置原理是一致的。二戰(zhàn)后，隨著噴氣式飛機(jī)上艦，對(duì)航母發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)，又是英國(guó)，發(fā)明了斜角甲板、蒸汽彈射器、光學(xué)助降系統(tǒng)，奠定了現(xiàn)代航母的雛形，對(duì)現(xiàn)代航母的發(fā)展居功至偉。

2 1世紀(jì)，英國(guó)發(fā)展了航母CVF，該航母排水量6萬噸，是近半世紀(jì)以來英國(guó)建造的最大的海軍艦艇，該航母又創(chuàng)新性地采用了綜合電力系統(tǒng)，再次引領(lǐng)了航母發(fā)展的潮流。

競(jìng)技神號(hào)航母的出現(xiàn)標(biāo)志著航母時(shí)代的到來

動(dòng)力技術(shù)

英國(guó)無敵級(jí)航母采用全燃聯(lián)合動(dòng)力裝置，新的伊莉莎白女王級(jí)航母原動(dòng)機(jī)則包括燃?xì)廨啓C(jī)和柴油機(jī)，采用綜合電力系統(tǒng)，是首艘采用綜合電力系統(tǒng)的航母，相對(duì)于其它動(dòng)力裝置，綜合電力系統(tǒng)具有無機(jī)械齒輪傳動(dòng)、裝置布置靈活、燃油經(jīng)濟(jì)性好、人員少、維護(hù)簡(jiǎn)易等優(yōu)點(diǎn)。雖然采用綜合電力系統(tǒng)初始投資和復(fù)雜性高，但伊麗莎白女王級(jí)航母是效費(fèi)比最優(yōu)的方案。

綜合電力系統(tǒng)是指艦船原動(dòng)機(jī)全部用于發(fā)電，整個(gè)艦船的所有用電負(fù)載均由同一電網(wǎng)分配和輸送的動(dòng)力系統(tǒng)，其涵蓋了發(fā)電、輸電、配電、電力推進(jìn)等多個(gè)子系統(tǒng)。該系統(tǒng)有兩個(gè)特征：一是推進(jìn)完全采用電力；二是全部用電設(shè)備和武器（如電磁軌道炮、電磁彈射器、雷達(dá)等）均由一個(gè)電網(wǎng)供電。航母采用綜合電力系統(tǒng)有以下優(yōu)勢(shì)。一是提高航母機(jī)動(dòng)能力。綜合電力系統(tǒng)中，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳，可在不改變?cè)瓌?dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)工況的情況下，利用變換器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速和方向，實(shí)現(xiàn)航母航速調(diào)整及正倒車控制。二是節(jié)省燃油，增大航程。采用綜合電力系統(tǒng)的海軍戰(zhàn)艦比采用相同的原動(dòng)機(jī)的戰(zhàn)艦?zāi)芄?jié)約10%～25%的燃油，而像航母這類艦船能節(jié)約15%～19%的燃油。在相同的燃油儲(chǔ)備情況下，采用綜合電力系統(tǒng)的航母可以提高續(xù)航力。三是更利于高能耗設(shè)備上艦。綜合電力系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)是可以實(shí)現(xiàn)推進(jìn)用電和日用電（包括作戰(zhàn)系統(tǒng)用電）之間的調(diào)配使用，當(dāng)日用電不足以支持高能耗設(shè)備（如電磁彈射器）用電時(shí)，可以調(diào)用推進(jìn)用電，而不需要另外增加專用的發(fā)電機(jī)組。

艦載機(jī)起飛技術(shù)

蒸汽彈射器 二戰(zhàn)后，噴氣式艦載機(jī)出現(xiàn)，起飛重量增加，對(duì)彈射末速度的要求也提高了，當(dāng)時(shí)采用的液壓彈射器的能力已發(fā)揮到了極限。

盡管液壓彈射器的能力已達(dá)極限，但航母對(duì)彈射能力的需求卻沒有終止。1950年，英國(guó)皇家海軍后備役軍官、愛丁堡MESSRS BROWN BROTHER&CO有限公司的科林C.米切爾完成了蒸汽彈射器的研發(fā)，其基本原理是將高溫高壓蒸汽儲(chǔ)存在儲(chǔ)汽罐內(nèi)，彈射時(shí)，將高壓蒸汽從儲(chǔ)汽罐內(nèi)迅速釋放出來，推動(dòng)汽缸內(nèi)的活塞，帶動(dòng)艦載機(jī)加速到起飛速度。科林強(qiáng)調(diào)，由于供活塞運(yùn)動(dòng)的汽缸必須開槽，使活塞能通過特定機(jī)構(gòu)與艦載機(jī)相連，從而將力傳導(dǎo)至艦載機(jī)上，活塞經(jīng)過后，必須立即密封汽缸，密封條的構(gòu)思是他的獨(dú)創(chuàng)。

第一部蒸汽彈射器安裝于英國(guó)英仙座號(hào)航母上，并前往美國(guó)諾?？撕＼娀?，由兩國(guó)海軍進(jìn)行聯(lián)合試驗(yàn)。英仙座號(hào)對(duì)蒸汽彈射器進(jìn)行了140次靜載荷與最新型艦載機(jī)的彈射試驗(yàn)。試驗(yàn)證明，即使順風(fēng)行駛或在碼頭，彈射器也能將飛機(jī)彈射起飛。

1952年，美國(guó)確認(rèn)蒸汽彈射器是液壓彈射器的理想替代品，因此安排從英國(guó)獲得該彈射器的制造權(quán)，并獲得了設(shè)計(jì)圖紙。隨后，美國(guó)根據(jù)自身標(biāo)準(zhǔn)對(duì)彈射器進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，以滿足美國(guó)海軍的需求。1954年，美國(guó)航母裝上了自己研制的蒸汽彈射器。

但英國(guó)僅發(fā)展了2型蒸汽彈射器，由于國(guó)力衰退，大型航母相繼退役，蒸汽彈射器反而停止了發(fā)展。

電磁彈射器 英國(guó)科孚德公司2001年開始研發(fā)用于彈射陸軍無人機(jī)的小型電磁彈射器電磁動(dòng)力綜合技術(shù)樣機(jī)，2005年4月正式獲得英國(guó)國(guó)防部的合同開始樣機(jī)研發(fā)，2007年成功完成試驗(yàn)。這種彈射器軌道長(zhǎng)15米，峰值功率3兆瓦，最大彈射重量?jī)H524千克。

在研發(fā)小型彈射器基礎(chǔ)上，科孚德公司2009年獲得英國(guó)國(guó)防部授予的65萬英鎊（100萬美元）合同，用于研發(fā)全尺寸電磁彈射器（EMCAT）的高能電力系統(tǒng)，該工作已完成。EMCAT項(xiàng)目的后續(xù)工作是進(jìn)一步驗(yàn)證直線感應(yīng)電機(jī)，并進(jìn)行全功能演示驗(yàn)證，但由于缺乏經(jīng)費(fèi)支持，進(jìn)展緩慢。EMCAT全長(zhǎng)100米，彈射能量為60～80兆焦（美國(guó)電磁彈射器為122兆焦）。2011年美國(guó)電磁彈射器技術(shù)趨于成熟，英國(guó)決定從美國(guó)采購(gòu)，放棄了繼續(xù)研制計(jì)劃。

滑躍起飛技術(shù) 英國(guó)是率先發(fā)明并應(yīng)用航母滑躍甲板的國(guó)家。1978年，英國(guó)率先在無敵號(hào)航母艦首加裝了一個(gè)上翹角度為7度的滑躍甲板，飛行試驗(yàn)結(jié)果表明，滑躍式甲板可降低飛機(jī)起飛時(shí)所需的推力，機(jī)身有效載荷也可增加20%，或者，在同樣載荷情況下飛機(jī)滑跑距離縮短40%。后來，英國(guó)甚至把競(jìng)技神號(hào)航母的彈射器拆除，將艦首換成12度的滑躍甲板，改裝后該航母可搭載海鷂式戰(zhàn)機(jī)。

在當(dāng)前發(fā)展的航母CVF上，英國(guó)再次采用了滑躍甲板。但CVF的滑越甲板與無敵級(jí)相比存在一定差異，無敵級(jí)艦首整體采用滑越式甲板，而CVF艦首僅有一部分采用滑越式甲板。

無敵號(hào)航母首先在艦首加裝了上翹的滑躍甲板

艦載機(jī)著艦技術(shù)

液壓阻攔裝置 1924年，英國(guó)人諾登和巴思兩人同本國(guó)海軍簽訂合同，設(shè)計(jì)成功了較為完善的液壓式阻攔裝置。1927年，美國(guó)駐英國(guó)大使將這一成果引進(jìn)到了美國(guó)，最先安裝在列克星敦號(hào)上進(jìn)行試驗(yàn)。這種阻攔裝置除部分零部件的結(jié)構(gòu)外，其基本原理與今天的阻攔裝置基本一致。

但此后，英國(guó)并未將該技術(shù)發(fā)揚(yáng)光大，反而由美國(guó)航空局航空部在諾?？撕＼姶瑥S設(shè)計(jì)并建造了第一代真正的液壓阻攔裝置，其由兩套獨(dú)立的制動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，阻攔索兩端各連結(jié)一套，其設(shè)計(jì)阻攔力為35.3千牛，著艦速度為97千米/小時(shí)，它替換了列克星敦號(hào)上的阻攔裝置，并安裝在突擊者號(hào)航母上，這種阻攔索已具備現(xiàn)有阻攔裝置的雛形。

關(guān)于此后英國(guó)是否繼續(xù)研發(fā)阻攔裝置的信息不得而知，但二戰(zhàn)后隨著其大型航母的紛紛退役，英國(guó)航母就未安裝阻攔裝置。

垂直起降艦載機(jī) 20世紀(jì)60年代初，英國(guó)率先研制出了首型具有實(shí)用價(jià)值的鷂式垂直起降戰(zhàn)斗機(jī)。70年代，英國(guó)在鷂式的基礎(chǔ)上發(fā)展了艦載型海鷂，成為世界上首型垂直起降型艦載機(jī)，使得小型航母也擁有了搭載固定翼艦載機(jī)的能力。

21世紀(jì)后，英國(guó)提出了“全球抵達(dá)，世界一流”的海軍建軍目標(biāo)，計(jì)劃發(fā)展排水量6萬噸的2艘中型航母代替無敵級(jí)輕型航母，即未來CVF。該型航母原設(shè)計(jì)為滑躍起飛形式，搭載F-35B艦載機(jī)，首艦2009年開始建造。F-35B是美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)正在研發(fā)的聯(lián)合攻擊機(jī)（F-35）中的垂短起降型艦載機(jī)。此外，F(xiàn)-35還包括海軍航母艦載型（F-35C）和空軍的常規(guī)起降型（F-35A）飛機(jī)，在設(shè)計(jì)上保持著高度的共同性，能同時(shí)分別滿足美國(guó)各軍種及各盟國(guó)的獨(dú)特需求。

在設(shè)計(jì)之初，英國(guó)即考慮了CVF型航母的可改裝性，預(yù)留了加裝彈射器和阻攔裝置的空間，在未來需求發(fā)生變化時(shí)可通過改裝，加裝彈射器和阻攔裝置，以搭載常規(guī)起降型艦載機(jī)。

未來，在需要改裝的情況下，英國(guó)將從美國(guó)購(gòu)買電磁彈射器與渦輪電力阻攔裝置。

光學(xué)助降系統(tǒng) 1950年代以前，航母著艦主要依靠站在飛行甲板左端的著艦信號(hào)官雙手持旗發(fā)送信號(hào)指揮飛機(jī)著艦。但隨著噴氣式飛機(jī)上艦，這種方法已不適用。1952年，英國(guó)海軍中校格特哈特從女秘書對(duì)著鏡子搽口紅的動(dòng)作中得到啟發(fā)，設(shè)計(jì)出了早期的光學(xué)助降裝置—助降鏡。它是一面大曲率反射鏡，設(shè)在艦尾的燈光射向鏡面再反射到空中，給飛行員提供一個(gè)光的下降坡面（與海平面夾角為3.5～4度），飛行員沿著這個(gè)坡面并以飛機(jī)在鏡中的位置修正誤差，直到安全降落。

但是，這種光學(xué)助降鏡只是一定程度上起了作用，新的問題又來了：航母的艦體會(huì)因海濤涌浪的起伏而升沉搖擺，反射鏡射出的光很不穩(wěn)定，因此仍免不了時(shí)有事故發(fā)生。20世紀(jì)60年代，英國(guó)又發(fā)明了更先進(jìn)的菲涅爾透鏡光學(xué)助降系統(tǒng)，它在原理上與助降鏡相似，但其可在波浪下保持角度不變，可向空中提供一個(gè)穩(wěn)定光的下滑坡面，提供的信號(hào)更利于飛行員判斷方位，修正誤差。

菲涅爾透鏡式助降鏡使用簡(jiǎn)單可靠、目視直觀，一問世便為英美等國(guó)航母普遍使用，目前美國(guó)航母上普遍使用改進(jìn)型菲涅爾透鏡系統(tǒng)。

隨著二戰(zhàn)后英國(guó)航母凋零，其相關(guān)技術(shù)發(fā)展也陷入停滯。

鷂式垂直起降戰(zhàn)斗機(jī)

航母上的阻攔索

責(zé)任編輯：劉靖鑫