國外艦載機滑躍起飛關(guān)鍵技術(shù)分析

王 豪

（中國人民解放軍海軍駐南昌地區(qū)航空軍事代表室，江西 南昌，330024）

0 引言

艦載機作為航母編隊主要的作戰(zhàn)力量，兼?zhèn)浞揽铡⒎磁灐⒁u岸、兩棲、反潛和登陸等作戰(zhàn)任務(wù)，從海、陸、空三個層次、全方位展現(xiàn)了航母編隊強大的作戰(zhàn)能力。然而，嚴峻的外界環(huán)境對艦載機的總體綜合設(shè)計提出了其特殊的要求，首先必須要保證艦載機在艦上的起落和存放，還要保證艦載機在海上氣候環(huán)境中得以使用，這些均對艦載機提出了比陸基飛機苛刻得多的要求，因而形成了它不同于陸基飛機的設(shè)計特點。本文針對國外艦載機的滑躍起飛方式，重點分析其概念、原理、特點、現(xiàn)狀及影響因素，為工程技術(shù)人員提供技術(shù)參考。

1 滑躍起飛概念、原理與特點

滑躍起飛又稱斜板起飛，指艦載機依靠自身動力首先在航母飛行甲板跑道上加速滑跑，后經(jīng)航母艦艏斜曲面甲板（又稱滑跳式甲板或滑橇式甲板），使艦載機在離艦瞬間被賦予一定航跡傾斜角、向上的垂直分速度，使艦載機躍入空中，實現(xiàn)離艦起飛的方法。

滑躍起飛的原理是利用航母的上翹斜板使艦載機依靠自身的發(fā)動機動力加速滑跑離開甲板，獲得正的軌跡角和垂直方向的速度，由于飛行速度較低，升力和推力在垂直方向上的分量不足以克服重力，而阻力遠小于推力，因此在推力的作用下，飛機繼續(xù)加速，在垂直方向速度減小到0之前，飛機升力和推力在垂直方向上的分量大于重量，飛機達到正常加速爬升點。

滑躍起飛方式使艦載機的結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，這種方式既省去了艦載機相應(yīng)的彈射結(jié)構(gòu)重量，又可以省去航母上的彈射器。但滑躍起飛也有一些缺點，與彈射起飛方式相比，采用滑躍起飛的艦載機離艦速度較低，一般低于最小平飛速度，為保證起飛安全，限制了最大起飛重量，將影響飛機的載油量，對艦載機的航程和訓練效能會產(chǎn)生較大的影響。滑躍起飛時，發(fā)動機一般需開加力，油耗加大，減少了飛機的留空時間，并且飛機起飛所用時間較長，故導致航母甲板的利用率低及影響機-艦戰(zhàn)斗力[1]。

2 國外發(fā)展現(xiàn)狀

目前國外艦載機起飛方式主要有兩種，即彈射起飛和滑躍起飛。這兩種起飛方式各有優(yōu)缺點。彈射起飛能發(fā)射大質(zhì)量的飛機，但技術(shù)門檻高；滑躍起飛相對容易實現(xiàn)，但飛機起飛質(zhì)量受到很大限制[2]。

滑躍起飛技術(shù)是20世紀70年代中期發(fā)展起來的起飛方式，它是由英國海軍軍官道格拉斯·泰勒首先發(fā)明的，該技術(shù)最先應(yīng)用于“無敵”級航母上，“海鷂”艦載機采用短距起飛垂直降落的方式，與垂直起飛垂直降落方式相比，使“海鷂”艦載機的起飛重量、載彈量、作戰(zhàn)半徑均得到較大提高，從而提高了其作戰(zhàn)能力。意大利和印度海軍也隨后仿效，采用了滑躍起飛技術(shù)。

20世紀80年代末，俄羅斯海軍將空軍型的戰(zhàn)斗機Su-27，MIG29和攻擊機Su-25進行了少量改進后，利用滑躍起飛技術(shù)，成功地使上述三種型號的飛機從航空母艦上起飛，證明了滑躍起飛技術(shù)可以作為非短距垂直起降艦載飛機的一種簡單實用的起飛技術(shù)。幾乎與此同時，美國海、空軍也專門建立了斜板起飛跑道，使用F-14型艦載戰(zhàn)斗機和F/A-18型艦載戰(zhàn)斗/攻擊機以及F-l5型戰(zhàn)斗機進行了滑躍起飛試驗，以研究滑躍起飛技術(shù)的良好效果，并探索陸基常規(guī)跑道被空襲破壞后，利用上翹斜板進行短距緊急起飛的可能性[3]。20世紀90年代定型的蘇-33艦載機（見圖1）也采用滑躍起飛技術(shù)。俄羅斯租用過烏克蘭境內(nèi)的“尼特卡”海軍飛行訓練中心作為艦載機飛行員的訓練基地。“尼特卡”訓練中心主要培養(yǎng)飛行員在航母甲板上的起降技能，擁有包括模擬航母甲板、滑降航跡定位器、無線電信標，以及光學助降系統(tǒng)等在內(nèi)的全套航母訓練系統(tǒng)。

法國也十分重視陸上模擬航母起降訓練。法國的朗迪維肖模擬航母起降訓練基地占地約950英畝，跑道長2700米，擁有10架“陣風”M型戰(zhàn)斗機、50架“超軍旗”攻擊機和10架“隼”式飛機。在這里受訓的飛行員有21%的時間用于白天陸上模擬著艦練習，6%的時間用于夜間陸上模擬著艦練習，另外73%的時間用在其他訓練課目中。

目前國外采用滑躍起飛技術(shù)的國家有英國、俄羅斯、法國、西班牙、意大利、印度、泰國等。

3 滑躍起飛技術(shù)分析

3.1 滑躍起飛過程分析

滑躍起飛甲板由兩段組成，前段為平甲板，末端為上翹斜板。滑躍起飛過程可以劃分為5個階段[4]（見圖 2）。

1）平直滑跑段（Ⅰ） 飛機從起跑點到其質(zhì)心到達斜板起始端點A；

2）斜板三輪滑跑段（Ⅱ） 過程終止于前輪到達斜板末端B點或前輪抬起離開艦面；

3）斜板兩輪滑跑段（Ⅲ） 結(jié)束時飛機主輪離開甲板；

圖1 蘇-33艦載機從航母上滑躍起飛

4）半拋物飛行段（Ⅳ） 結(jié)束終點定義為“飛離點”，它具有兩個特征，一是飛機的爬升率不為負值；二是飛機所受的向上的合力不小于重力，即飛機可轉(zhuǎn)入正常爬升飛行或平飛加速飛行。飛機在“飛離點”上應(yīng)滿足 θ≥0 且 ny＞1；

5）正常爬升或加速平飛段（Ⅴ）

圖2 滑躍起飛過程各階段

上述5個階段中，飛機在斜板三輪滑跑段受力最為復雜[5]，見圖3；其中v為飛機的絕對速度，vr為飛機相對于艦的速度，α為迎角，γ為上翹角，θ為航跡角，φp為發(fā)動機安裝角，P為發(fā)動機推力，L為升力，D為阻力，F(xiàn)為甲板摩擦力，G為重力，N1為主輪反力，N2為前輪反力。

圖3 斜板滑跑段飛行受力圖

3.2 滑躍起飛的影響因素

影響滑躍起飛的關(guān)鍵參數(shù)有[1，6]：

1）推重比

推重比越大，艦載機增速快、增升快、離艦時速度更大，離艦后的垂直方向動量也大，可提供足夠的升力保障安全起飛。

2）升阻比

升阻比反映了艦載機的氣動力效率，在相同推重比條件下，升阻比大的艦載機增升效率高、增升幅度大。

3）離艦速度

離艦速度通常小于水平方式中的起飛速度，甚至小于飛機的最小平飛速度，但須保證不能小于某一最小安全離艦速度。離艦速度越大，升力會更大，離艦后的爬升率會更大，下沉量會因此而減小，同時經(jīng)過半拋物階段達到正常爬升階段的時間也會更短，有利于艦載機安全起飛。

4）滑跑距離

滑躍起飛時的滑跑距離是艦載機從起飛點到滑躍甲板末端的距離，當滑躍甲板形狀和推重比等因素確定時，滑躍距離是否足夠直接影響了滑躍起飛安全性。滑跑距離越長，加速時間越長，離艦速度越大。

5）甲板風速和環(huán)境溫度

當甲板風速較大時，由于飛行動壓以速度的平方關(guān)系增大，升力大大增加，爬升角和爬升率都相應(yīng)加大，可改善滑躍起飛的航跡。由于艦載飛機離艦后的升力因甲板風速而增大，一定程度上緩解了艦載飛機離艦后法向過載太小的失重狀態(tài)，改善了滑躍起飛過程中的品質(zhì)。

高的艦面環(huán)境溫度將使飛機發(fā)動機可用功率有較大幅度下降。

6）航母斜角甲板形狀和出口角度

增大斜甲板的出口角提高了艦載機離艦后的初始迎角，增加升力，提高垂直速度分量，改善了滑躍起飛的航跡，但過大的斜甲板的出口角會使飛機的初始迎角過大，對起飛安全帶來不利影響。

7）艦面運動

航母受風浪的影響將產(chǎn)生各種運動。可以把艦面運動分解為航母質(zhì)心的平動和繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動，后者又可分為艦面縱搖、橫搖、沉浮以及偏轉(zhuǎn)。有研究表明，在起飛過程中，航母橫搖運動對飛機起飛性能影響不大，因此在制定方案階段，可僅考慮航母的縱搖和沉浮運動，這兩個運動對起飛離艦后軌跡有影響。如遇到大風天氣或海浪使得航母搖晃，發(fā)生縱搖、升沉，則此時離艦就比較危險。

8）起落架設(shè)計

飛機在滑躍起飛過程中，飛機所受的支反力隨甲板斜角曲率、起飛速度、起飛重量增長而增長。起落架支柱的壓縮速率不足以引起正常的緩沖阻尼，必須重新設(shè)計。另外，兩主輪在斜板上滑跑時的摩擦阻力不同可能引起方向偏轉(zhuǎn)，并且兩起落架緩沖支柱的伸張長度如果出現(xiàn)差異，將引起起飛橫側(cè)不平衡，這些情況都會造成滑躍起飛離艦時縱向和橫側(cè)向的失衡，嚴重時會造成翼尖失速，引發(fā)事故。因此，起落架系統(tǒng)設(shè)計需特殊考慮。

4 結(jié)語

隨著發(fā)動機技術(shù)和空氣動力技術(shù)的發(fā)展，提高飛機的推重比和降低離艦速度成為可能，影響滑躍起飛的限制條件將進一步放寬。可以預(yù)見，滑躍起飛技術(shù)在一段時間內(nèi)還將長期存在，尤其是與另一種起飛方式——彈射起飛方式結(jié)合使用，兩者的綜合使用將成為未來國外艦載機起飛的主要方式。