【中國航母彈射器遭外國衛(wèi)星偷拍】研發(fā)超西方預(yù)期

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原文配圖：疑似彈射器的基地設(shè)備全圖。 [保存到相冊]

    近日，多幅疑似中國航母彈射器試驗(yàn)裝置的衛(wèi)星圖片出現(xiàn)在國外軍事網(wǎng)站上，照片中清晰的出現(xiàn)了一條彈射器軌道和其輔助實(shí)驗(yàn)設(shè)備。有外媒稱，中國正在進(jìn)行蒸汽彈射器和電磁彈射器系統(tǒng)的研制工作，早在上世紀(jì)90年代就開始相關(guān)的預(yù)研工作，近年來已經(jīng)成功開展了重載荷彈射試驗(yàn)。軍事觀察人士認(rèn)為，中國未來的國產(chǎn)航母必須裝備艦載機(jī)彈射器，這是遲早的事情。

    目前，世界上具備研制和生產(chǎn)艦載機(jī)彈射器的國家極少，美國是世界上唯一生產(chǎn)實(shí)用化艦載機(jī)彈射器的國家，也是第一個(gè)實(shí)用電磁艦載機(jī)彈射器的國家，法國航母上的彈射器也只能購買美國產(chǎn)品。據(jù)悉，生產(chǎn)和研制蒸汽彈射器的難度在于密封結(jié)構(gòu)和材料，而電磁彈射器的難點(diǎn)在于蓄能。

    此前，官方曾表示，中國絕對不可能只有一艘航母。那就意味著中國將擁有多艘航母，未來的中國航母肯定會比遼寧艦有很多改進(jìn)，如果說將來的航母基本外形大致一樣，后一艘可能在電子設(shè)備、艦面的保障設(shè)施、動力裝置、器裝備方面，都會有一些改進(jìn)和提高。如果說將來發(fā)展新型的航母，可能就會出現(xiàn)一些突飛猛進(jìn)的變化，甚至類似有點(diǎn)代差的改進(jìn)，外形肯定不一樣，甚至?xí)捎脧椛淦?，在雷達(dá)系統(tǒng)、通信設(shè)施，甚至武器裝備、動力裝置上，都可能會有一些大的改進(jìn)和提高。

    航母彈射器是使艦載機(jī)快速起飛的重要設(shè)備，彈射起飛比我國遼寧艦上采用的滑躍起飛更加高效，是目前美軍航母采用的唯一艦載機(jī)起飛手段，航母彈射器對于艦載戰(zhàn)斗機(jī)快速進(jìn)入空中戰(zhàn)位，提高作戰(zhàn)效能具有什么重要的作用，我國發(fā)展航母彈射器屬于情理之中的事情。

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資料圖：疑似彈射器的基地設(shè)備全圖。 [保存到相冊]

    重型飛機(jī)要想從航空母艦上起飛，必須使用蒸汽彈射器或電磁彈射器。在飛機(jī)起飛前，由位持器鋼圈把尾部扣在一個(gè)堅(jiān)固點(diǎn)上，飛機(jī)前輪附近的牽引桿垂落到一個(gè)“滑梭”內(nèi)，滑梭以掛鉤鉤住飛機(jī)。

    中國海軍遼寧艦采用滑躍起飛。區(qū)別于彈射式起飛和垂直起降，滑躍式起飛也是艦載機(jī)的一種起飛方式。滑躍式起飛是讓飛機(jī)從12°左右的滑躍式甲板起飛。這需要飛機(jī)發(fā)動機(jī)具有很強(qiáng)的推動力，在短時(shí)間、短距離內(nèi)推動飛機(jī)達(dá)到起飛速度 。

     滑躍式起飛的油耗大：滑躍式起飛中艦載機(jī)發(fā)動機(jī)推重比大，會耗費(fèi)大量燃料（最高可達(dá)容量的1/3），使作戰(zhàn)半徑縮小。一般不用于起飛大型飛機(jī)：如預(yù)警機(jī)，運(yùn)輸機(jī)等。預(yù)警任務(wù)只能依靠不能擔(dān)任指揮協(xié)調(diào)任務(wù)的預(yù)警直升機(jī)。

    滑躍式起飛的操作難度大：就操作難度來講，彈射和滑越兩種起飛方式不具有可比性。因?yàn)槠潆y度各有不同特點(diǎn)。在高海情的狀況下，滑躍式甲板的顛簸可能導(dǎo)致艦載機(jī)在滑行時(shí)比彈射式更難以控制，可能發(fā)生偏航。而彈射式滑行是鎖定的，不容易偏航（但是難度因飛行員而異，有的飛行員認(rèn)為滑躍式飛行更加簡單）。

    滑躍式起飛的起飛時(shí)占用空間大：起飛時(shí)需要甲板面積大，滑躍需要較長跑道，甲板面積要大過相同戰(zhàn)力的彈射式。但這還不是最嚴(yán)重的，最嚴(yán)重的是飛機(jī)起飛偏航問題。因?yàn)榛S起飛飛機(jī)是自由的，不象彈射起飛那樣鎖死在彈射器上，又都是雙發(fā)飛機(jī)，兩發(fā)動機(jī)微小推力差引起滑行偏航，雖然還能起飛，但跑道寬度就要求大了，更惡化了甲板條件。

    電磁彈射器是航空母艦上的一種艦載機(jī)起飛裝置，已由美國最新下水的（2013年10月11日）福特號航母首先裝備。與傳統(tǒng)的蒸汽式彈射器相比，電磁彈射具有容積小、對艦上輔助系統(tǒng)要求低、效率高、重量輕、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用低廉的好處。

    美軍為何要采用電磁彈射器？這是因?yàn)檫@種彈射器有很多優(yōu)點(diǎn)，首先是加速均勻且力量可控。C－13－1型蒸汽彈射器發(fā)射是最大過載可以達(dá)到6g，，而整個(gè)行程的平均加速度僅有2g多一點(diǎn)，F(xiàn)/A－18戰(zhàn)斗攻擊機(jī)飛行員常常調(diào)侃C－13－1彈射器在后段往往沒有飛機(jī)自身的發(fā)動機(jī)加速得快。隨著速度和氣缸容積的增加，過熱蒸汽的膨脹絕大多數(shù)能量用于蒸汽本身的加速和推動上了，而體積增加后氣體膨脹所需蒸汽的比例成立方關(guān)系增加。蒸汽彈射器長度和氣缸容積幾乎達(dá)到極限，到彈射沖程的末端，蒸汽基本上只能加速活塞，對飛機(jī)的幫助不大。電磁彈射器的推力啟動段沒有蒸汽那種突發(fā)爆炸性的沖擊，峰值過載從6g可以降低到3g，這不僅對飛機(jī)結(jié)構(gòu)和壽命有著巨大的好處，對飛行員的身體承受能力也是一個(gè)不錯(cuò)的改善。此外，由于電磁彈射的加速和彈射器的長度沒有關(guān)系，除了受到氣動阻力和摩擦阻力的影響外，彈射初段到末段的基本加速度不會出現(xiàn)太大的波動，這就比蒸汽彈射的逐步下降來得更有效率。根據(jù)計(jì)算，平均加速度一樣時(shí)，電磁彈射器可以比蒸汽彈射擊讓飛機(jī)多載重8%~15%。

    蒸汽彈射器的應(yīng)用迄今已經(jīng)超過半個(gè)世紀(jì)，不但在技術(shù)設(shè)計(jì)上已經(jīng)相當(dāng)成熟，而且其結(jié)構(gòu)和部件技術(shù)也有很大程度的公開。事實(shí)上，限制彈射器設(shè)計(jì)制造的瓶頸已不復(fù)存在，中國制造蒸汽彈射器的成敗只取決于原理與液壓彈射器差異不大，只是利用功率性能更好的蒸汽替代液壓油，用開縫氣缸替代了傳統(tǒng)的活塞一頂桿結(jié)構(gòu)。根據(jù)國外發(fā)展蒸汽彈射器的經(jīng)驗(yàn)，開縫氣缸的難題主要集中在生產(chǎn)工藝和安裝精度，彈性密封則以材料和工藝為難點(diǎn)。

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中國海軍遼寧艦采用滑躍起飛。區(qū)別于彈射式起飛和垂直起降，滑躍式起飛也是艦載機(jī)的一種起飛方式?；S式起飛是讓飛機(jī)從12°左右的滑躍式甲板起飛。資料圖：殲-15以滿掛姿態(tài)從遼寧艦躍飛。

    高精度缸體制造現(xiàn)在并不存在工藝上的難題，激光定位等先進(jìn)裝配定位在安裝精度上已遠(yuǎn)超過國外六七十年代的標(biāo)準(zhǔn)。彈性密封件壽命曾經(jīng)是中國橡膠工業(yè)找期存在的弱點(diǎn)，這一難題直到本世紀(jì)初才基本得到解決，但以橡膠和先進(jìn)非金屬材料為依托的新材料體系已能夠基本解決高壓密封帶的氣密、摩擦、高溫和壽命要求。真正制約中國發(fā)展蒸汽彈射器的并不是設(shè)計(jì)水平，也不是加工和裝配上的難題，而是缺乏技術(shù)積累和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)空白。依靠新技術(shù)不可能填補(bǔ)這個(gè)空白，只能在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)并解決問題，依靠開發(fā)、使用、失敗、完善、解決、成功的完整過程，才能夠在技術(shù)和應(yīng)用方面打下系統(tǒng)完整的基礎(chǔ)。

    很多媒體在討論航母的時(shí)候，經(jīng)常把動力系統(tǒng)忽略掉。因?yàn)橄啾群侥妇薮蟮耐庑?、威武的艦載機(jī)、規(guī)模龐大的護(hù)航編隊(duì)，深埋在內(nèi)部的動力系統(tǒng)確實(shí)不太顯眼。相對于航空發(fā)動機(jī)，水面艦艇發(fā)動機(jī)再怎么“不給力”，畢竟還能在海面上飄著走；而作戰(zhàn)飛機(jī)發(fā)動機(jī)一“犯病”，飛行員就準(zhǔn)備跳傘吧。然而航母不僅是一個(gè)浮動平臺，它就像現(xiàn)代戰(zhàn)機(jī)一樣，也需要極為充沛的動力，來滿足高航速和艦上設(shè)備的需要。此外彈射器對于航母的意義已經(jīng)眾所周知。正如很多專家預(yù)測的那樣，中國未來的國產(chǎn)航母，也勢必面臨采用何種彈射器的問題。無論蒸汽彈射器還是電磁彈射器，不但本身是高工藝、高技術(shù)的代表，而且和航母的動力息息相關(guān)。因此，航母動力是衡量航母性能的一個(gè)非常關(guān)鍵的指標(biāo)和核心技術(shù)問題。

    首先，充沛的航母動力能夠滿足航母高航速這一實(shí)際的戰(zhàn)術(shù)需要。第一，航母艦載機(jī)的起降需要航母保持一定的速度。航母艦載機(jī)起降，本質(zhì)上說就是在海上的一個(gè)機(jī)場起降。從物理學(xué)的基本規(guī)律來說，飛行器能夠起飛，就是必須達(dá)到一個(gè)必要的起飛速度。美國的核動力航母號稱可以0速度彈射，但這是基于美軍艦載機(jī)航空動力和彈射器的強(qiáng)大。即便如此，美軍也要常保持在20節(jié)和迎風(fēng)的狀態(tài)下起降，以減輕彈射器的壓力。

    于滑躍式起飛的航母，航母的速度就更加重要。由于沒有彈射器，艦載機(jī)起飛的重量就要受到限制，而航母航速如果降低，就進(jìn)一步惡化艦載機(jī)的起飛重量，直接影響其作戰(zhàn)半徑和武器掛載能力。這就意味著航母的綜合作戰(zhàn)能力大幅縮水。

    除了航母的高速機(jī)動需要強(qiáng)勁的動力，蒸汽彈射裝置和航母動力也有很大的關(guān)聯(lián)。美國C系列彈射器一些早期型號，如C-7，就是受限于“福萊斯特”號航母的主動力鍋爐，彈射速度提不上去。后來使用了專用的蒸汽補(bǔ)燃加壓鍋爐，才將蒸汽壓力提高了一倍，提升了彈射器的彈射能力。即使是C-13彈射器，也有諸多的限制。它一次彈射就要消耗625公斤的蒸汽和1噸左右的緩沖淡水。蒸汽在彈射后散失到外界，如果航母以每分鐘1架的速度進(jìn)行緊急彈射起飛，那么連續(xù)彈射8架飛機(jī)之后航母的主動力蒸汽就會損失20%，整個(gè)動力就會損失32%，航速就要下降8節(jié)?？梢娙绻菃渭兊恼羝麆恿侥福呀?jīng)無法承受重型彈射器的消耗，即使研制了彈射器，也會由于動力蒸汽輸出的限制，而限制彈射重量和效率，進(jìn)而限制艦載機(jī)的作戰(zhàn)性能。因此美國研制核動力航母，除了應(yīng)對全球巡航以外，也和彈射器的蒸汽巨大需求有很大關(guān)系。

    在蒸汽彈射器發(fā)展到極限，更先進(jìn)的電磁彈射器就應(yīng)運(yùn)而生。中國能否應(yīng)用電磁彈射裝置，不但取決于彈射器本身的研制，還受限于艦艇本身的電力輸出水平。傳統(tǒng)的航母推進(jìn)系統(tǒng)和電力系統(tǒng)是兩個(gè)相對獨(dú)立的系統(tǒng)。動力的大部分能量用于推進(jìn)艦艇前進(jìn)，小部分帶動艦載的發(fā)電設(shè)備來為艦載電子設(shè)備提供電能。但航母發(fā)展到今天，電子設(shè)備對供電需求不斷增大，例如“遼寧”艦艦島上的四個(gè)相控陣?yán)走_(dá)；而同時(shí)電磁彈射器、激光炮、電磁炮等未來可能裝備航母的高能量武器，也提高了對電能的需求。相比上一代航母，這些新型武器和設(shè)備將加大改變航母的能量供需結(jié)構(gòu)。

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資料圖：疑似中國航母彈射器的基地。