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第11章 航母纵横谈(7)

舰载机是航母的主要作战武器,机库是航母上用于停放舰载机的空间最大的航空舱室,舰载机装载的航空燃油又属于易燃易爆液体,不论是由于舰载机故障、舰员进行航空作业中出现失误,还是由于航母在战斗中遭受敌方炮火攻击,一旦引发机库内的火灾、爆炸事故,不仅会导致航母丧失部分或全部战斗力,而且可能危及航母自身的安全。

航母机库通常都配备有充分有效的安全、消防设施,主要有: (1)用于监测机库内喷气燃料挥发气体浓度的可燃气体监测报警仪。当浓度达到危险值时,除在相关监控部位发出声光报警外,还将自动启动防爆通风系统。 (2)用于监测火灾的报警装置和将发生火灾的停机区与相邻停机区隔离开来的防火分隔设施。美国航母采用金属结构的移动式防火分隔门,而俄罗斯航母则采用安装在机库天花板匕、由耐火石棉布制成的卷帘式防火帘。一旦机库内某—停机区发生火灾,在机库内火灾报警装置的控制下,该停机区两端的防火分隔设施将会自动关闭,其作用—是防止火灾向相邻停机区蔓延,二是使消防系统的灭火作业更加有效。 (3)用于扑灭机库内一般火灾和油类火灾的消防系统,并配雀适量的手提式灭火器。 (4)为舰载机烧啦嶷置。

此外,航母机库甲板上涂有—层防滑涂料,以避免舰载机在风浪条件下进行牵引的过程中绂生渭动失控,从而引发航空作业事故。

航母的弹射装置航母的弹射装置是实现舰载机在飞行甲板有限长度内安全离舰起飞的重要设备。目前只有美国和法国航母上装有弹射装置,其中美国所有现役大型航母飞行甲板上布置着4部蒸汽弹射装置,其中舰首两部、斜角甲板两部,可在20~30秒内弹射起飞1架舰载机;而法国中型航母只装两部蒸汽弹射装置。

舰载机的起飞方式说到航母的弹射装置,我们不得不从舰载机的起飞方式淡起。

在早期的航母上,舰载机一般用作侦察、为战列舰提供火力指引,后来用途扩展为带弹量和作战半径有限的战斗机、轰炸机、鱼雷攻击机等,其重量轻、安全离舰起飞速度低,因此绝大多数舰载机通过自身动力利用有限长度的飞行甲板直接起飞而不需要任何何助飞方式。

经过第二次世界大战的洗礼以及战后人们对航母及其舰载机作战效能的认识,加上舰载机自身的发展,特别是喷气式舰载机的上舰,航母舰载机的起飞方式也发生了变化。国外现役航母固定翼舰载机的起飞方式主要有垂直/短距滑跑起飞、滑跃起飞和弹射起飞等。

垂直/短距滑跑起飞方式是利用舰载机航空发动机推力矢量的控制实现起飞的,其主要应用于轻型航母上,如英国“无敌”级轻型航母的“海鹞”舰载机、苏联“基辅”级轻型航母的“雅克”—38舰载机。

滑跃起飞方式是采用航母舰首十多度的上翘甲板结合航空发动机的大推力实现起飞,其主要应用于如苏/俄“库兹涅佐夫”级中型航母的“米格”-29、“苏”-27K舰载机的起飞作业上。

弹射起飞方式是利用飞行甲板上布置的弹射装置在一定行程内对舰载机施加推力来达到舰载机的离舰起飞速度,其主要应用于大型/中型的攻击或多用途航母上,如美国和法国现役航母以及苏联的“乌里扬诺夫”号(该航母于苏联解体后在乌克兰黑海船厂被肢解)。

除弹射起飞方式外,其他舰载机起飞方式都需要靠舰载机自身动力实现起飞,可以避免因配置弹射装置而产生的航母舰体重量/重心、空间布置等问题,但是由于靠舰载机自身动力起飞会遇到燃油消耗大而影响舰载机离舰空中作战半径、会遇到舰面甲板侧风和舰体摇摆而影响舰载机起飞作业的环境适应陛和整个舰队的机动性,更为重要的是不能起飞舰载重型飞机—一预警机。因此,像美国、法国和苏联等这样执行或谋求全球或远洋战略的国家,在发展航母时围绕核心武器系统——舰载的效能而酉己置弹身寸装置。

在21世纪海军发展觇划中,即使英国这样起初发明并使用蒸汽弹射装置的国家,也将重归老路,与美国、法国一样,在未来的航母舰载机起飞方式匕采用弹射起飞方式。

弹射装置的发展历史从第一部弹射装置诞生至今有100多年的历史。迄今为止,曾研究发展过弹簧式弹射装置、压缩空气式弹射装置、飞轮式弹射装置、火药式弹射装置、液压式弹射装置、火箭式弹射装置、电动式弹射装置、蒸汽式弹射装置、燃气式弹射装置、电磁式弹射装置等,其中蒸汽式弹射装置是目前所有现役航母上使用的唯一—种弹射装置。

1903年,美国史密斯学会的赖雷教授设计的弹簧式弹射装置是飞机弹射装置的雏形,开辟了通往现代航母弹劓装置的发展之路。

压缩空气式弹射装置钱伯斯海军上校设计了用于美国海军试验用的第一部弹射装置,并于1912年研制成功,该弹射装置是以压缩空气为动力的飞机弹射装置,通过连接于气缸活塞十字头上的钢索沿着勒道拖动载有飞机的小车来实现弹射起飞。该弹射装置后经数次修改,并得到美国海军准许,安装在“北卡罗来纳”号战列舰的后甲板上,于1912年11月5日进行了首次舰上成功弹射,弹射速度达到50节。

大约在1919年,似乎有必要将弹射装置安装到军舰和巡洋舰上以弹射飞机,美国-海军指挥员怀廷提出了A1型转台式压缩空气弹射装置,可将350磅(1磅=0-4536千克)的飞机弹射到43节。后来Al型弹射装置经进一步完善改进用于不同类型的舰船上,其最后一型为A4,可将6300磅的飞机弹射至53节。

英国研制弹射装置的起步在1916年,较美国稍晚些。1925:英国海军首次在“复仇者”号重巡洋舰匕试用弹射装置,并用“弗雷”一3D型飞机作了试飞,之后又于1933年在“勇敢”号航母上安装了这种压缩空气式弹射装置。

火药式弹射装置1922年1月,美国设计并试验了一种以火药取代压缩空气为动力源的弹射装置,即火药式弹射装置,它可将4000磅重的飞机加速到约43节;后来通过改进和增加火药容量,该种弹射装置安装到战列舰及巡洋舰的炮塔上。该型首部火药弹射装置于1924年安装于“密西西比”号战列舰3号炮塔上。经不断改进,该型弹射装置形成—个系列:Pl、P2、P3、P4、P5及P6型,其中P5是转台式火药弹射装置,能在55.5英尺(1英尺=0.3048米)

内把7500磅的飞机加速到52节。P6是在P5基础上减轻弹射装置的结构重量,并可把《5500磅的飞机弹射至56节,P6又研制成I、Ⅱ、Ⅲ型,Ⅱ型和Ⅲ型能将第二次世界大战时期的SC—l型飞机(重9300磅)弹射至61节。

飞轮式弹射装置在研制压缩空气弹射装置和火药弹射装置的同时,美国海军还在研究利用飞轮能量的弹射装置。1918年,美国工程师诺登设计了飞轮式弹射装置,该型弹射装置能将1000磅的飞机加速到61节,弹射能量来自25马力电机驱动的飞轮,通过锥形摩擦式离合器实现飞轮与钢索卷筒的动力离合。生产的两部弹射装置(代号分别为Fl、F2)安装在“列克星敦”号(CV2)和“萨拉托加”号(CV3)上,并在华盛顿特区的海军船厂进行了试验。1928年3月7日,海军上尉舒尔茨驾驶着F3M2型双浮筒水上飞机在“萨拉托加”号上实现了火药弹射装置的首次弹射起飞。由于该型弹射装置只适于发射双浮筒水上飞机,利用率不高,很快就被拆除了。但是通过F1型弹射装置的试验,显出了平齐甲板式弹射装置的优越性,使得将陆基飞机从航母上起飞的弹射装置设计方案更具体化了。

液压式弹射装置1934年,美国研制出世界上首型液压式弹射装置,这种弹射装置能显著减少弹射装置的重量并便于维修。其工作原理是把蓄压器中储存的能量在短时间(几秒钟)内释放出来,使飞机加速到起飞速度。

第—部试验用的液压弹射装置1934年研制,型号为XHl型,并在美国海军飞机制造厂内进行了将550磅的飞机在34英尺内加速到39节的成功试验。试验表明:实施舰载机;单射起飞的航母需要一定速度向前航行以使飞机获得所需的气流速度及相应的升力,同时对该型弹射装置进行与舰载机连接、钢索复位、高压液压泵和系统控制等方面的改进与开发。通过匕述措施,使液压式弹射装置的弹射能力显著提高,跟上了当时舰载机快速发展的步伐。1935年生产出第—部实用型液压弹射装置xH2型,后经改进,它能将7000磅的飞机加速到61节。

在第二次世界大战期间,液压式弹射装置在美国航母中被广泛应用,并形成H型系列,如“约克城”号、“大黄蜂”号等航母上皆安装了此种弹射装置。在H型液压弹射装置中,H8型是弹射能量最大的一类,它能将15000磅的飞机加速到105节,并首先安装于“埃塞克斯”级“奥里斯坎尼”号航母上。

火箭式弹射装置1934年,美国海军又设计出火箭式弹射装置。火箭与往复车连接在—起,飞机用拖索钩在往复车上,火箭点燃后,其推力作用于往复车从而拖着飞机向前跑。1944年海军曾利用该型弹射装置在1艘登陆舰上成功发射1架小型单翼机。还有一种火箭“弹射装置”,是将火箭筒固定在飞机上,飞机起飞后将火箭壳抛掉。本质上讲这并不是弹射装置,应叫“火箭助飞”。二战时英国海军曾广泛采用此种方法,战后美国海军的飞机也曾采用这种方法进行发射,在20节风速时发射,起飞距离为76米,火箭的平均推力为522千克力。

电动式弹射装置1943-1945年间,美国西屋公司研制了一种电动式弹射装置。从原理上讲,它是1台鼠笼式感应电动机,但定子和转子都不是圆筒,而是把圆筒展开成平面。转子变成固定的轨道,定子变成了运动的往复车。第二次世界大战期间,该型弹射装置曾应用于太平洋珊瑚岛上的机场,但由于太重,不能装舰。

蒸汽式弹射装置二战结束后,喷气式飞机逐渐取代舰载螺旋桨飞机。喷气式飞机重量逐渐增加,安全起飞速度越来越高,而液压弹射装置弹射能量小,已不能满足喷气式飞机的需要,迫切需要一种新型弹射装置。1950年,英国海军志愿兵预备司令部米切尔率先提出蒸汽弹射装置的设想,米切尔同时又是苏格兰爱丁堡布朗兄弟公司的技术负责人,1951年他研制成功拖索式蒸汽弹射装置,并安装在“英仙座”号航空母舰上试射,这是世界上第一部蒸汽弹射装置,1955年正式安装在“皇家方舟”号航母上使用。

美国海军从英国购买了设计专利与5部蒸汽弹射装置,定名为Cll型弹射装置。

1954年6月在“汉科克”号航母上首次使用了蒸汽弹射装置。后来由美国海军航空工程中心对英国图纸进行了处理以在国内制造,并定型为Cll—1型弹射装置,先安装于“中途岛”号和“罗斯福”号航母上。之后美国在c11-1基础上研制成功动力行程更短的Cll一2型弹射装置。1964年,美国海军又研制成功首轮拖曳式蒸汽弹射装置,这种弹射装置就是在飞机的首轮支架上装上拖曳杆,把首轮直接挂在往复车拖板匕,弹射时由往复车拖板直接拉着飞机的首轮加速弹射起飞。它与拖索式蒸汽弹射装置相比,由于取消了拖索,既可减少挂拖索和回收拖索的8~10名地勤人员,也可减少飞机起飞的间隔时间。目前,美国海军航空母舰都采用这种蒸汽弹射装置,每次仅需要30-45秒就可以弹射1架飞机,大大提高了飞机起飞作业的效率。

内燃式弹射装置1960年,美国又研制成功内燃式弹射装置,它采用燃烧室代替蒸汽弹射装置的储汽筒,燃气由燃油、水及压缩空气在燃烧室内燃烧产生。内燃弹射装置的发射能量可以比蒸汽弹射装置高50%,并且能迅速地进行加速。内燃弹射装置可将飞机在3秒内从静止状态加速到160节。该弹射装置曾在“企业”号上试用,但是由于控制加速性能差,难令人满意,所以“企业”号上除装有内燃弹射装置外,还装有蒸汽弹射装置。

电磁式弹射装置电磁式弹射装置是目前正在研发的新型弹射装置,其将交流发电机及其飞轮甩作弹射装置的能源,交流发电机有1个转速达6400转/分的飞轮,由飞轮将电能变为动能,当能量经过逆变器把高频交流电变为所需频率和电流的交流电进而输送给直线电机。直线电机包括有模组化钕硼铁磁铁阵列以及定子两大组件,其中定子在接通逆变器输出的交流电而产生的运动磁场,对钕硼铁磁铁阵列产生感应磁场和感应电流,使磁铁阵列随着定子运动磁场做对应加速运动,从而带动起飞的舰载柳加速,弹射起飞。

电磁弹射装置是利用电动式弹射装置的直线电机原理,结合现代电力电子技术的发展,同时针对现役蒸汽弹射装置存在的质量重、体积大、开环控制和维护复杂等缺点提出的,人们预期电磁弹射装置不依赖舰艇主动力装置提供的蒸汽,重量减轻50%,容积减少65%,减少使用、维护人员30%,降低航母全寿命期费用。据悉,如果电磁弹射装置如期研制与使用成功,美国海军和英国海军在2l世纪的新概念航母上将采用电磁弹射装置替代现役蒸汽弹射装置,将节省下来的装载重量用来改善航行、武器系统,提高航母航行和作战能力。

蒸汽弹射装置的原理与组成通过上述介绍可知,在所有航母弹射装置中,蒸汽弹劓装置由于其性能的稳定性和运行的可靠性,成为目前唯一一种现役使用的弹射装置,因此这里重点再介绍一下蒸汽弹射装置。

蒸汽弹射装置基于往复式蒸汽机的原理,即锅炉里的蒸汽通过储汽筒蓄压,发射时,使高压蒸汽进入汽缸,在极短的时间内推动活塞组件和往复车高速运动,以带动飞机加速。蒸汽弹射装置由弹射机系统、蒸汽系统、复位系统、润滑系统、喷气偏流系统、首轮拖曳系统以及其他辅助设备组成。

弹射机系统弹射机系统是用来给飞机加速到起飞速度的,它是蒸汽弹射装置的主要系统。

当蒸汽进入弹射汽缸作用到活塞组件后端的动力活塞时,活塞组件向前运动,通过传动臂、往复车及其拖板把舰载机向前加速。为了获得较高的起始加速度,使用了—根装在飞机跑道上带定力释放元件的牵制杆,只有当蒸汽压力达到某一额定值时,定力释放元件被拉断或释放,活塞组件运动,往复车及其拖板才能拖着飞机向前运动。飞机被弹射出去之后,活塞组件和往复车继续高速向前运动,为了使它停下来并不受强烈冲击而损坏以便下一次弹射,活塞组件前面的冲头部分制成根部带凹槽的尖圆锥形,当高速前进的活塞组件冲头插入弹射汽缸前端的充满水的水力制动缸时,水力制动缸内的水通过由冲头和制动缸扼流环形成的迅速变小的环状间隙向后喷射,又冲击活塞的根部,从而对活塞组件和往复车的运动起阻止作用,并使它在短距内停下来。

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