舰机合一的海空战力新面貌
中国新一代航母与新一代舰载机的适配性考量②
舰机适配性的因素不可忽视
军事竞争是一个动态的过程,永远充满着“似真非真、似假非假”的迷雾。比如面对F-35近距空战能力不足这一短板,美国军方和企业界就正试图通过对动力进一步增强的方式加以弥补。
F-35项目办公室的一项研究表明,F-35在机动性上若要对四代机拥有压倒性优势,其发动机推力至少要增加10%,而且这种推力提升不应以可靠性、可维护性方面的牺牲为代价。最近普·惠公司透露,为了达到这一目标,F-35战斗机使用的F135发动机即将迎来升级版,最快可在2022年投入生产。
这种升级型F135发动机主要用来验证燃烧室、涡轮等热端部分采用的一些新技术,如提高陶瓷基复合材料的使用比例,使发动机高压涡轮喷嘴前缘能够承受超过1648摄氏度的高温;采用“冷却制冷空气”的热管理方法,通过将压缩机气流降到较低温度的方式去冷却发动机的高压涡轮级来提高发动机的总压比(OPR);采用全新设计的行星齿轮减速机等技术措施,进一步压榨其潜能,满足项目办公室对于F-35升级型发动机在推力、燃油效率和热管理能力的预期要求。
目前的测试结果是,实施技术改进后的F-35升级型发动机推力可增加10%(加力推力208千牛),油耗降低6%.虽然这一增强效果还未达到对四代机拥有“压倒性”优势的标准,但已经相当可观。
此外,现有F135发动机也可以通过更换部件(压气机、燃气涡轮、冷却系统)升级软件而迅速改进为升级版。美军现役的F-35机队是否已经开始发动机升级尚未可知,但无论如何,F-35增推换发的收益毫无疑问将传导至F-35C,这向人们揭示了其潜力的一个侧面。由此及彼需要看到的是,在F-35C真实的能力包线中,必有一些易为人所忽视的隐形因素,舰机适配性(航母适配性)便是如此。
按照担负的作战任务,航母可以分为攻击型、反潜型和多用途型等,但不管承担何种作战任务,舰载机都是其主要的作战力量,这是航母与驱护舰及其他大型水面舰艇的本质区别。航母上舰载机群作战能力能否充分发挥,除了飞机本身的作战性能外,主要取决于舰机的适配性程度。
事实上,舰机适配性反过来又影响飞机本身的设计和性能。因此,舰机适配性就成为评价航母这个高度耦合的海空作战平台效能高低的一项关键因素。美国是现代航母平台和舰载机设计、建造和使用经验最为丰富的国家,F-35C出色的舰机适配性设计是其最大的竞争优势之一。
舰机适配性在一定程度上是指舰载机充分有效地利用航母的特性、设施和装备的能力。如果要使舰载机与航母适配,设计时就必须充分考虑航母的能力和限制。要在典型空军跑道大约1/10的面积内装载几十架飞机进行放飞、回收、操作使用并在最短时间内执行以留空时间长为特征的作战任务,除了必须做到陆基飞机所能做到的事情之外,还必须与航母相容,必须符合海上环境的基本要求,要求舰载机在航母上大约130米的甲板跑道上完成每次起飞和着舰。为此,飞机的几何形状、结构、气动力,乃至机内系统、设备都必须与舰上的弹射装置和拦阻装置相适配。
满足战技要求的舰载机必须与航母的常规工作能力在完成发射和拦阻速度上相适配。舰载机必须坚固并折叠得较小,其停放位置与运动甲板要相容,使用维护要在飞机自身阴影内进行并只要最少的外部支持设备。舰载机应按恶劣的水面和大气环境设计,要用材料和设计来防止海上的盐水、蒸汽、大气气体、大风以及氯化钠海雾组成的高酸潮湿层(相对湿度可达100%),同时还应考虑高浓度的沙砾、灰尘及舰上烟囱和飞机排放废气中的硫、氮、氧化物。由于与航母适配性要求,舰载机设计必须弥补或减少与陆基飞机的性能差距,兼具各种设计概念的优点,这就不得不在设计取舍上付出较大的代价。
作为航母大国,经过几十年深入的理论研究、实践和系统的总结,美国于2006年颁布了《飞机/舰船综合规范指南》(JSSG-2011),用于帮助识别和规定航母上为舰载机上舰和舰机适配所需的特殊要求,主要包括操作、系统特性、舰机环境、接口、后勤以及训练等多个方面,这为涉及不同军种和行业的航母大系统工程的研制提供了确定的、统一要求的方法。正是在《飞机/舰船综合规范指南》的指导下,F-35C在研制过程中对舰机适配性问题进行了大量细致的处理。
事实上,对舰上环境、接口要求以及用户的海上作战概念予以充分考虑,是舰载机设计成功的关键。影响舰机适配性的因素非常多,限于篇幅,本文只列举直接影响F-35舰载机设计的舰机适配性因素。比如几何兼容性可能是影响舰载机设计最直观的因素,即飞机的尺寸和形状必须合适,以适应舰上有限的作业空间。
占位因子是一种经验计算方法,可作为一项指标来评估舰上停放给定数量飞机所需的飞行甲板或机库甲板空间。占位因子不仅与飞机的净尺寸有关,还与飞机在甲板上的投影面积密切相关,此外还要考虑平台的形状是否容许在狭小的空间内布置多架飞机。
在F-35C的研制过程中,美海军空战中心飞机分部以《飞机/舰船综合规范指南》(JSSG-2011)为指导,提供了一系列规则来计算F-35的占位因子,并以相对于F/A-18C“大黄蜂”的比率来表示。
F-35的《作战需求文件》专为F-35C这一舰载型飞机的占位因子设定了一个阈值,即不能大于1. 24.与F-35A相比,为了改善起降性能,舰载型F-35C的机翼更大,翼展13. 11米,翼面积比F-35A大了45%,尾翼尺寸也更大,而这些有限放大的依据就在于此。当然,占位因子只是量化飞机尺寸和形状的一种学术性的方法。
实际的作业分析有助于调运指挥员确定如何最有效操作舰上的飞机。效率通常采用出动架次率、飞机周转时间等度量标准进行量化。飞机起飞前、回收后和维护或维修时可停放的位置将极大地影响这些度量标准。在F-35C研发过程中,通过开展作业停放分析,发现折叠翼可使航母舰载机增加甲板调运灵活性,足以抵消折叠机制产生的额外重量、复杂性和成本等负面影响。如果新一代航母舰载战斗机的折叠翼展接近F/A-18C,那么航母舰载机调运指挥员在布置F-35时就会采用与F/A-18C大致相同的位置。所以F-35C的机翼具有折叠式外翼段,折叠后翼展降至9. 47米。这些不同于陆基型F-35A的变化,莫不是从舰机适配性角度进行考量的结果。
作为F-35C综合作战性能上较为隐性的优势领域,美国海军为舰机适配性的最优化投入了大量的努力和其他资源,F-35C之所以定型入列时间较晚(实际上是F-35三个型号中最晚的一个,直到2019年年底才形成初始作战能力),很可能就与此密切相关。在这种情况下,中国的“歼-35”要体现后发优势,就必须将舰机适配性的最优化放到一个十分关键的位置,而从中国的实际来讲,这意味着挑战与机遇并存。
从飞机的角度来讲,中国新一代舰载机要与航母平台的适配性达到最优,需要从几何、结构、气动和机载子系统四个方面进行考量。首先是几何适配性。舰载机全机折叠机翼和尾翼翼展受到航母上甲板空间、机库和相应的升降机尺寸的限制,主要外挂位置必须在折叠翼内侧,折叠后高度应小于5. 64米,到机库舱顶不阻塞,并在折叠过程中小于7. 47米。为使飞机可并排置于舰艏的几个弹射器上,战斗机不折叠时的翼展长应不大于19. 5米。
由于新一代航母平台上第3部弹射器靠近甲板边缘可能只有4米左右,因而飞机主起落架的左、右轮外侧间距要限制在6. 7米之内。飞机在弹射器上定位后,尾喷口与喷气偏流板之间的最小距离视飞机发动机喷流排气温度而定。舰载机停在甲板上启动时,与喷气偏流板之间的最小距离为5. 5米,美国的F-14A要求是5. 7米。当2架飞机并排处在舰艏弹射器上时,两机机翼翼尖间距最小不应小于305毫米。
弹射起飞的舰载机前起落架应为双轮型,两轮内侧间距为152~235毫米之间,两轮外侧间距小于614毫米。停在航母甲板上的舰载机处于最严重的重心后限时,防倒立角不应小于主起落架全伸长时的擦尾角,即不小于15°.甲板在俯仰和滚动时会引起5°倾斜,而且舰载机以最大速度8千米/小时处于着舰区时,被止动装置回拉并以摩擦系数为0. 95的刹车制动,此时飞机不应后倾。当内部油箱没有可用燃油且甲板滚动角度为5°时,舰载机以最大速度8千米/小时被推向甲板并以摩擦系数为0. 95的刹车制动,此时飞机不应后倾。在最严重防翻倒重心处,舰载机的防翻倒角不应超过54°.当舰载机起落架减震器和轮胎全压缩甚至轮胎瘪胎时,舰载机及其外挂等任何部位距离甲板均要大于150毫米。当舰载机处在各种严重的偏心位置,且在46千米/小时侧风条件下,舰载机以机翼偏低一侧的主起落架全压缩、机轮瘪胎的倾斜姿态弹射起飞时,与航母上综合弹射控制台之间的间隙也要大于150毫米。航母上光学助降装置的安装位置和拦阻索的布置位置也必须与舰载机着舰时的钩眼距相适配。
其次是结构适配性。舰载机的质量和轮胎胎压应与航母的飞行甲板相适配。不同类型和级别的航母飞行甲板的长度不同,而且甲板厚度和结构材质也有所不同,就是同一艘航母上不同区域的甲板(如弹射区和着舰区等),也是根据舰载机质量和轮胎胎压来进行设计的。以弹射起飞方式起飞的舰载机,其质量和速度要与航母上的弹射装置相适配。为此,飞机要在前起落架上加装弹射杆,在航母甲板上要装与前起落架连接的牵制杆,飞机在被发射过程中要承受3~4g的纵向过载(纵向载荷可按美军标MIL-HDBK-2066进行计算)。假如舰载机的服役年限为20年或更长,飞机结构设计就必须符合疲劳寿命准则,考虑飞机要承受3000次弹射的使用问题。舰载机机尾下的拦阻钩应与航母上的拦阻装置相适配。
着舰质量不同的飞机应配不同级别的拦阻装置。飞机上的拦阻钩系统、钩长、钩的位置必须避免拦阻索动力响应的损伤和不再加重飞机低头而造成前起落架的动载荷,或由自由飞行拦阻而产生的结构载荷。舰载机在航母一般采用精确的无拉平着舰,其下沉速度是陆基飞机的2. 5倍,所以,起落架吸收的垂直动能是陆基飞机的6倍多。与弹射起飞一样,要维持20年或更长的使用期,结构设计就必然会碰到3000次拦阻循环和大下沉速度着舰的疲劳寿命准则。而高热处理的300M钢用于高强度的舰载机起落装置是不能令人满意的。舰载机停放在不断运动的航母上时,其机上系留点与舰上系留点的适配,可按美军标“机身系留设计要求”(MIL-T-81259)进行设计。
再者是国产新一代舰载机的气动适配性。在甲板风条件下,航母的弹射和拦阻能力会严重影响到舰载机机翼面积、翼展和高升力系统的设计选择。为了满足单发机在接舰前后的安全复飞要求,机翼设计参数以及所选择发动机的动力大小就必须加以考虑。舰载机针对其主要任务应设计成可在零甲板风条件下弹射,超载状态可在10节或20节的甲板风下进行弹射。在非紧急情况条件下,常规动力航母基本上只能提供23节的甲板风,而核动力航母可产生30~35节的甲板风。新型舰载机的设计着舰质量应可在零甲板风下回收或最好能在-10节甲板风条件下回收。

普京在最近发表国情咨文时说:今天的俄罗斯成了只向西方和世界供应油气,矿产,农业,木材等原材料(其实资源出口占百分之七十多),而没有现代化的工业制造产品,今后俄罗斯要独立自主发展自己的工业化……。”

普大帝这样说,其实并没有实事求是。在敌对情绪的背景下,欧美甚至拒绝直接接受俄罗斯的油气了。但好在,他们总还在间接接收……

但假如,我们为了维护国家的领土完整与欧美发生了间接冲突,欧美也不惜代价制裁我们,我们到时候有什么硬通货是欧美离不开的呢?

在极右思想的左右之下,欧美现在已开始大幅度偏离了自由市场经济和全球化的路线,这是非常危险的……

《教父》里很精辟地诠释了社会人生的台词:

1、永远不要动怒,绝不要威胁,要讲道理。

2、不要憎恨你的敌人,那会影响你的判断力。

3、没有边界的心软,只会让对方得寸进尺;毫无原则的仁慈,只会让对方为所欲为。

4、不要轻易说出你的理想,不给别人嘲笑你的机会。

5、除了朋友低估你的优点,世上最大的天然优势就是敌人高估你的缺陷。

6、我用了一生的时间,就学会了两个字:小心。

7、但凡男女之间的那点“意思”,常常是从“不好意思”开始,到“真没意思”结束。

8、最好的威胁是不采取行动,一旦采取行动却没收到效果,人们就不再怕威胁了。

9、永远不要让别人知道你的真实想法。

10、伟大的人不是生下来就伟大的,而是在成长过程中显示其伟大的。

11、在一秒钟内看到本质的人和花半辈子也看不清一件事本质的人,自然是不一样的命运。

12、你做出了这个决定,这是你的代价。

13、我伤了感情了,但是我这个人并不把自己的友谊强加于那些不重视友谊的人——那些认为我无足轻重的人。

14、要宽恕,要遗忘。生命本来就充满了不幸。

15、在这个世界上,常常出现这样的情况:最微不足道的人,如果他时刻留意的话,总有机会向那些不可一世的人报仇雪恨。

16、社会上常常会有突如其来的侮辱,那是必须忍受的。

17、巨大财富的背后,都隐藏着罪恶。

18、人可以不断犯错,但绝不能犯要命的错。

19、离你的朋友近些,但离你的敌人要更近,这样你才能更了解他。

20、人之常情,这世上最难处的就是人了。得罪一个人有很多原因,拂了对方一片好心,也是一种得罪。

21、和许多天才商人一样,他知道自由竞争是浪费的,垄断才有效率。所以,他的目标就是追求这有效的垄断。

22、第一个帮你敌人说话的兄弟是叛徒。

23、以猛虎之形,以蔷薇之声。


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