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当头一砖的航空小屋

军事,航空,航母,沉迷于科技和力量的艺术

 
 
 

日志

 
 

舰载机哪些事(二)折叠  

2011-04-12 00:55:54|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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        舰载机和陆基飞机外观上最大的不同应该是机翼折叠了,航母上密集摆放的折叠了机翼的飞机的场景总是让人印象深刻,舰载机出动前舒张机翼的动作给人一种奇妙的机械产生的力与美感,这也许是电影变形金刚的原形.绝大多数的现代舰载机机翼都是需要折叠的,机翼折叠是需要在面积狭小的航空母舰甲板和机库内存放超过正常存放数量的一种变通方法,它是航空母舰提升自身作战威力的有效手段.以美国航母尼米兹号为例,如果航母搭载机翼不能折叠的F/A-18C,甲板上如果留下降落通道的情况下,航母一共可以搭载约44架,而如果机翼可以折叠,那么尼米兹上可以摆放127架,很显然,飞机数量多会导致以飞机为主要战斗武器的航母总体战斗能力增加.更极端的例子是俄罗斯的库兹涅佐夫号,在保留降落通道畅通的情况下,航母最多能摆放下38架折叠了机翼的苏33战斗机,而如果苏33全部不折叠机翼,那么航母这种状态下容纳的飞机数量不超过14架.并非所有的舰载机都需要折叠机翼,美国的轻型攻击机A-4天鹰就没有设计折叠机翼,还有法国的阵风战斗机,这两种飞机的共同点在于他们都采用了展弦比较小的三角翼,机翼翼展小,不需要折叠机翼就能让飞机存放数量满足需求,A-4的翼展只有8.38米,与同吨位的能折叠机翼的超级军旗翼展7.8米很接近,而法国阵风战斗机的翼展只有10.8米,与吨位接近的可折叠机翼的战斗机F/A-18机翼折叠后9.32米尺度接近.这两种飞机不折叠机翼主要是为了减少对三角翼进行大弦长的切开添加折叠铰链,可以大大简化结构和减轻重量,在能满足载机数量的情况下,这种做法效益非常高,比如阵风战斗机的空重比F/A-18C轻1.7吨,不管是对空还是对地,性能远高于F/A-18c。这样的例子同样出现在Av-8繇式系列飞机上,这种飞机通常搭载在两栖类的军舰上,携带数量很少,对其尺度要求不高,而这种垂直起降的飞机对飞机重量异常敏感,因此也没有采用折叠机翼。

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        回忆一下我们前面对三角翼在舰载机上的回顾,我们可以惊人的发现,历史上取得成功的三角翼舰载机恰好只有上述这两种没有折叠机翼的家伙,这种特殊的例子有些缺乏说服力。其他所有的舰载机们,都不约而同选择了折叠机翼,特别是那些尺度很大的低速的胖家伙,E-2C翼展超过24米,它的折叠方式很特殊,要先扭转90度再折向机身,这样可以在不影响高度的情况下飞机宽度缩小到9.3米,摆两架的宽度可以摆下5架。折叠机翼看起来效益是非常高的,但是,舰载机要采用折叠机翼并不容易,它本身有许多技术难题,一方面结构上会因为切断机翼导致大量的受力需要通过铰链传递,形成较为集中的应力,会导致结构的增加,另外一方面,折叠机翼会缩短飞机的有效翼展,尤其是涉及到机翼上那些活动舵面的时候。现代喷气式飞机机翼外侧通常会设计副翼,他们是控制飞机航向和滚转的主要舵面,在机动性越强的飞机上,需求就越高,此外,舰载机起飞降落速度较低,很多时候都需要整个机翼展长都设置用于增升的襟翼,还有有利于巡航和机动的前缘缝翼或前缘襟翼,这些活动翼面每平米会产生3-5吨以上的载荷,驱动这些翼面活动需要很大的力量,只有液压系统才能承担这个任务,5,60年代时舵面部分的折叠很小心的被避开了,一方面是结构设计还比较谨慎的面对大应力集中的问题,另一方面,当时还没有太好的手段设计可以折叠的液压系统,只有很庞大的飞机亚音速才能容纳这样复杂的系统。我们可以看到这一时期的很多飞机的可折叠部分是没有可动的翼面的,比如A-5,超级军旗,这两种飞机为了降低结构设计的复杂程度和实施难度,都选择了只折叠翼尖固定翼段,但是由于襟翼需要很大的展长,尽管已经采用双缝襟翼这样复杂的设计,机翼上可供折叠的部分也并不多,A-5翼展16.16米,折叠以后都还有13米。随着技术的进步,传统的10兆帕向高压系统发展,27.6兆帕,34.5兆帕的超高压液压系统开始在舰载机中慢慢普及,这些系统不仅能提供更大的驱动力也能大大缩小液压管路的直径,使传动机构小型化,这使其能够在超音速飞机的薄机翼上获得应用,折叠的最厉害的飞机应该算俄罗斯的苏-33,飞机翼展14.7米,折叠以后仅有7.8米,几乎一架张开机翼的飞机所占的位置就能停下两架飞机。

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       当机翼折叠不再受技术的影响了以后,一些其他的因素开始限制机翼折叠的位置,通常有两个尺度决定机翼折叠点的选择,一是平尾的翼展,或襟翼所需的翼展限制,平尾限制是机翼折叠的最小宽度,超音速战斗机的平尾翼展尺度都比较大,超过了机翼翼展的一半,以苏-33为例,它的平尾翼展达到11米,如果按照通常的折叠策略,它折叠以后尺度应该略超过11米,俄罗斯航母比较小,需要更小的停放尺度,因此苏33必须克服这个规律,这次它选择了折叠尾翼。当原有的折叠限制因素被解决以后,新的规则会出现,苏33采用折叠尾翼以后,可以尽量靠近翼跟,但为什么它没有选择更小的折叠尺度?飞机的高度是新的门槛,苏33垂尾高大,机翼又采用上单翼,位置较高,航母上机库的高度通常为6.1米,考虑到一些结构或附属设施的限制,实际上航母机库允许全通存放的高度是5.7米,苏33机翼折叠到7.8米时,机翼折后飞机高度恰好5.7米。苏33系列飞机有一种衍生的双座飞机,这种飞机尽管并没有最终完成研制进入现役,但它广受关注,这就是苏33KUB,在这个型号的飞机出现了一些有趣的变化,首先是飞机重量大大增加,为了平衡重量增加,苏霍伊设计局采用了加大机翼的做法,飞机翼展从原来的14.6米加宽到16.5米,问题出现了,飞机不能按照原来的折叠线折叠机翼,因为那会使飞机的高度超过机库的允许限制,于是苏霍伊设计局准备了两个方案,一是把机翼折叠线移到9.8米处,尾翼保持原来的设计折叠线不变,另一个方案是机翼折叠线设置在10.8米处,平尾不折叠,这两种方案都破坏了原库兹涅佐夫航母上的尺度控制,都会让飞机携带数量和使用数量出现较大影响,因此,尽管这种型号飞机性能较苏33提升很多,且弥补了苏33缺乏对地攻击能力的弊端,但仍然被束之高阁,一直得不到足够的经费用于发展成现实型号。

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       排除那些极端要求,现代航母开始放弃那些原始的数量方面的要求,转向关注效率和效能方面,新的理论把航母的战斗力从飞机本身转移到飞机实现这些任务的时间,次数,距离,载荷重量,操作人工数,维护耗时数,再次出动时间等等,同时,现代战斗机的价格越来越贵,飞机的全寿命费用也进入效能的考察范围,这种情况下,舰载机的设计也开始考虑这方面的要求。作为舰载机设计的重要指标之一,折叠机翼的设计也被设计者所高度重视, 新的飞机设计潮流中,飞机机翼的位置越来越高,很明显,那些最大尺度的外挂件只能吊挂在机翼下,飞机折叠与挂点设计的关系也变得密切。美国海军上一代所有的舰载机都考虑了这方面的问题,他们没有在飞机的机翼折叠段设计任何挂点,一个很重要的理由是,航母上的机械士们可以在飞机处于折叠的系留状态下就能完全进行飞机出动前的全部操作,加油,挂弹,检测,取保险等等,飞机只需在前往起飞区途中打开机翼就可以完成起飞准备的大部分工作,同样的道理也出现在飞机回收的时候,飞机可以直接折叠机翼,让飞机甲板尽可能停留回收更多的飞机,而不需要把机翼上的剩余弹药,油箱等附件取下后才折叠机翼,飞机回收后的一切操作也都可以在紧凑的停机状态下进行。这种高效率的设计思想一直被美国海军所坚持,即便在现代的多挂点设计趋势下也顽固的坚守这个规则,最新的F/A=18系列的两代飞机也仅仅允许在折叠机翼的翼梢位置设计两个近距空空导弹的挂点,这个挂点挂载物轻,操作容易,挂载速度快,即便如此,美国海军还是另行规定大黄蜂系列的翼梢武器的挂载操作流程和操作规范,避免因放下机翼挂载导弹而出现影响效率的事件。超级大黄蜂所有的多用途挂点都设置在不需要折叠的机翼部分,他们仍然保持了美国海军在紧凑的折叠停放状态下进行各项操作的能力。一个设计的反例则是俄罗斯的舰载机苏33,它的机翼折叠点非常靠近机翼根部,固定段仅余一对挂点,机翼上有6个挂点需要机翼处于展开状态操作,这大大降低了苏33的起飞降落操作速度,特别是处于大规模出动后的回收状态,如果苏33不能折叠机翼,那么整艘库兹涅佐夫号航母甲板上顶多能容纳6架飞机,对比相同吨位的美国航母中途岛号,在保持降落操作的同时,可以容纳F/A-18战斗机24架折叠机翼后停放在甲板上,同样库兹涅佐夫如果让苏33折叠机翼保持降落甲板回收,那么最多可以同时容纳超过16架飞机,基于航母操作法则中回收数量决定打击数量,很显然,折叠线的位置已经对航母战斗力因素形成了影响,所以机翼折叠线对于战斗力的影响并没有看起来那么简单。美国海军工程中心对俄罗斯航母进行长期观察后评价道:如果俄国人能有效地操作和利用飞机的各项设施设备,苏33设计上造成的天生出动和回收方面的缺陷使其对应美国海军的现役装备都还有较大的弱势,即便是仅限于单纯的防空任务,俄罗斯航母及舰载机操作方面的战斗力和效能仍然处于较低的初级阶段,美国航母发出一个相应数量的波次比俄罗斯快50%以上,俄罗斯人还没有证明他们有大规模操作高密度出动和回收的能力,我们恰恰认为,这是航母发挥能力的标志。

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      俄罗斯人也许并非没有认识到这方面的问题,在俄罗斯人不多的航母训练中,他们很少在飞机的折叠部分吊挂导弹武器,在战术操作手册上,俄罗斯海军明确规定军械士应该优先给机腹和翼根的6个挂点安排弹药,和美国人对待大黄蜂一样,俄罗斯海军大多数时候只允许苏33在翼梢吊挂一枚红外近距空空导弹,其余的导弹都被安置在飞机不折叠的部分,对空任务不是路基原形机的12枚空空导弹,而是8枚空空导弹,俄罗斯人也许意识到放弃4个导弹挂载可以大大提高整个军舰的操作能力,单机最大战斗力并不等同于舰队的最大战斗力。而被设计来实现航母对地攻击能力的苏33kub所有的重载荷挂点都在不可折叠的机翼部分,如果考虑他们不需要使用副油箱,那么他们即便不使用折叠部分的挂点,也能实现不错的武器携带能力,这一点至关重要。2000年以后,在美国海军的倡议下各国海军航母都在谨慎的实施减机赠效,其中一条非常重要的理由就是注意发挥航母上最高操作效率的工作部分,并训练尽量利用这些高效率的工作来推进整个机群的运作效率。

      小小的一个折叠,学问还真不少啊!

 

       

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