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一夫挡关-浅析现代航母的飞机拦阻系统  

2011-11-26 15:53:09|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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一夫挡关-浅析现代航母的飞机阻系统 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

阻拦系统是航母的关键设备之一 

近日,有消息指俄罗斯拒绝向我出售航母飞机拦阻系统引起外界的关注。

实际上拦阻系统实际上并不是我们看到的几根钢索那么简单,还包括甲板下的制动机械及控制系统等,而根据相关网友的拍摄的视频和图片来看,瓦良格号应该已经安装了相关系统。

  我们知道,现代喷气式飞机的速度非常快,这样其降落的速度也很快,一般在数百公里/小时左右,因此所需要的降落跑道较少,一般军用机场的跑道的长度都在千米以上,但是航空母舰受到造价、体积和排水量等因素的制约,其飞行甲板长度很难超过300米,也就是说只相当于陆地机场的1/3不到,这样如何让舰载作战飞机在这么短的时间内停下就成为一个问题,航母甲板飞机拦阻系统就是解决这个问题的关键设备,航母对于阻拦装置的基本要求包括;保证飞机能够在预定的距离内被强制制动和停机,即使飞机偏离跑道中心线一定范围内也可以保证工作,从而避免使用飞机本身的刹车系统,并且在此过程中保证最大过载和过载变化率的平稳,不超过飞机结构的最大规定范围,另外考虑到飞机的起降速度,因此拦阻系统还要求能够在短时间内回复到初始状态。

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舰载机着舰全过程 

目前现代航母普遍使用的是液压式阻拦系统,它由以下部分构成;包括制动机械;包括带有滑轮系统的阻拦机构,如油缸和活,用于产生制动力,带有质量选择器的控制阀,可以根据飞机的质量要求来保持飞机制动缸中的压力,带有复位系统的蓄压器,以保证拦阻一架飞机后能够迅速的回位。液压缓冲系统;用于降低制动初始瞬间的过载,以延长系统的寿命,阻拦索组件、动力传递装置、控制系统等,由于在制动过程中会产生巨大的动能,根据能量守恒原理,这些动能大部分会被转换为热能,所以还需要强大的冷却系统。飞机阻拦系统根据阻拦介质的不同,又分为阻拦索和阻拦网两类,由于阻拦索对于飞机的损伤较小,并且可以反复使用,所以一般用于飞机的正常着舰,而阻拦网则是对飞机进行全面的阻拦,因此对于飞机和阻拦网本身的损伤都较大,所以阻拦网一般只用一次就需要更换,所以仅用于舰载飞机紧急的情况下着舰,包括飞机的尾钩没有放下、发动机故障或者燃油耗尽无法复飞等。一般来讲除了阻拦索及制动力传递装置需要安装在甲板的专用基座以外,主要部分,如阻拦机机构等均安装在甲板下以下。也就是说并不能凭借甲板上没有安装阻拦索就确定一艘航母没有配备阻拦机构。另外一个许多网友经常迷惑的地方就是有时候一些岸基作战飞机也有着陆钩,如F-15作战飞机,并不说明这架飞机是舰载作战飞机,而是岸基拦阻系统的着陆钩,我们知道尽管陆地跑道较长,但是也不排除飞机因为操纵失误、刹车失灵等原因冲出跑道,根据有关资料,仅美国海军一年陆地起飞训练就会发生这样的事故数百起,所以陆地也安装有飞机拦阻系统,一般而言西方国家的空军基本上以拦阻索为主,如美国空军使用的BAK-12,这样就会出出现在一些岸基作战飞机上面也有着陆钩的现象,显然并不能凭借此点就认为一架飞机就是舰载作战飞机,特别是西方国家的作战飞机,而前苏联及我国主要使用阻拦网,如我国空军早早期使用的拦阻网-1/2型拦阻系统。

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F-15使用阻拦索进行降落

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 舰载作战飞机也有阻拦网 

     目前比较典型的航母阻拦机构是美国航空母舰上配备的MK7型飞机拦阻系统,MK7系统在航母的着舰区布置着3~4台液压缓冲式阻拦索装置,其中舰尾向第一根阻拦索距舰尾约55米左右,然后向舰首方向每隔约14 米布置l部阻拦索装置;一般在第3与第4根阻拦索之间设置1部阻拦网装置,舰载机尾钩挂上跨过飞行甲板着舰区的阻拦索后,飞机向前的冲跑力通过滑轮钢索传递到阻拦机中连接主油缸柱塞上的动滑轮组钢索上,动滑轮组便向阻拦机中固定滑轮组的方向运动,同时柱塞推动油缸中乙烯基乙二醇油液通过定长冲跑控制阀流向蓄能器。定长冲跑控制阀是一个流量可调整的节流阀,液体通过该阀时会产生压力损失,对液压油缸中的流动液体产生阻尼,对飞机产生阻拦力;同时在动滑轮组运动的过程中,与其相连的滑轮通过钢索系统使得定长冲跑控制阀的凸轮旋转,控制阀杠杆系统的支点位置发生改变。控制阀的开度会越来越小,在冲跑的末端,开口完全封闭,柱塞和其相连的运动滑轮组停止下来,进而控制飞机停止向前冲跑。蓄能器与阻拦装置的膨胀空气瓶相连,随着油液的进入,其压力越来越大,压缩空气便推动浮动活塞使蓄能器中的油液进入油液冷却器,将液体温度降低。当甲板边缘控制站操作人员通过操作控制杠杆,复位阀便打开。油液经冷却器回到阻拦机主液压缸,推动柱塞带动动滑轮组回到初始位置,准备下一架飞机的阻拦。

 

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美国航母上的拦阻索布置图 

MK7型阻拦装置的优点就是适应范围之广,可以拦阻重量变化较大的飞机载重,也就是说可以让着舰重量不同的舰戴机在相同的距离内阻拦住.它是通过飞机重量量选择器来整整定长冲跑控制阀的初始开口大小,以吸收不同重量的飞机着舭动能”,当一定质量的飞桃要求降落时.使用飞机重量量选择器设定飞机质量,飞机重量选择器丝杆推动上摇块水平移动,通过改变摇块机构的臂长比来调节阀芯的初始开口度,降落的飞机质量增大.摇块机构的臂长比应随之增大,阀芯初始额开口减小,这一点比较重要,因为现代舰载飞机的重量范围较大,大型作战飞机如苏-33的最大降落重量可能在22吨以上,而小型的T-45鹰式教练机可能还不到10吨,这样如果按照前者的重量来设定拦阻数值,那么质量较小的飞机拦阻的时候,就会出现飞机过载过大,折断起落架、飞机结构损伤较大的情况,而如果选择较小的飞机作为参考,那么又会出现拦不住较大的飞机的局面,从目前舰载作战飞机的发展来看,特别是无人作战飞机的上舰,这种情况可能越来越普遍,因此拦阻系统也需要相应的灵活性来拦阻重量不同的飞机,另外MK7型阻拦系统还使用了滑轮缓冲装置可充分消减飞机挂索时钢索的张力峰值;钢索末端缓冲装置可充分消除由于拦阻机中滑轮转速不同引起钢索的振颤。

 

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MK7拦阻系统的结构图 

     随着上世纪60年代,国产歼击机速度的提高,我国开始研制飞机拦阻系统,根据国内工业技术基础,我国选择的以拦阻网为拦阻介质的飞机拦阻系统,我国第一种飞机拦阻系统拦阻-1于60年代后期投入使用,然后又进行了改进改型设计,我国拦阻-1型飞机拦阻系统采用水压涡轮设计,它的结由水压涡轮、拦阻网、拦阻带等组成,拦阻原理是在容器内注入一定的液体,然后把涡轮通过拦阻带与拦阻网相连,当飞机撞网后,拉到拦阻带,后者带到涡轮转动,在转动的过程中,液体会对涡轮产生阻力,这样就可以把飞机的动能逐渐消耗掉,达到降低飞机降落距离的目的,这种拦阻系统具备拦阻阻力大、刹车力柔和、噪声小、结构简单的优点,进入80年代随着歼-7、歼-8等新型作战机的投入使用,国产歼击机在速度和重量上都有了较大的提高,因此需要新一代飞机拦阻系统,为此我国研制了拦阻-2型飞机拦阻系统,与拦阻-1相比,它最大的特点是采用尼带式拦阻网,替代了原来的钢丝绳,这样既减轻了系统的重量,加快了撤放的速度,又避免了对被拦阻飞机造成较大的损伤,90年代随着引进的苏-27/-30等重型作战飞机的服役,原来的国产拦阻系统已经不能适应使用的要求,象苏-27的空重已经达到已经超过15吨,而国产歼-6、7作战飞机的最大起飞重量还不到10吨重,这样我国又研制了拦阻-3型飞机拦阻系统,主要增大拦阻网的能力,以解决重型作战飞机的拦阻问题,不过使用部队也发现现有的拦阻系统存在较多的问题,首先是机动不便,国产拦阻系统均属于固定安装,需要事先确定基座,费时费力,抗毁能力和机动作战能力较差,另外就是不调节飞机的重量范围,而随着空军作战训练水平的提高,特别是远程机动作战能力的增加,因此一个场站可能要保障多型作战飞机起降,这样就会出现苏-30和歼-7B在同一个机场训练的情况,在这种情况下,国产拦阻系统只能按照苏-30来设定相关的参数,对于歼-7B来说,就会出现飞机承受的过载可能会超过指标限定问题,使飞机产生损伤。针对这种情况,新世纪我国研制机动式飞机拦阻系统,从相关新闻报道来看,这种系统收放时间不超过2个小时,拦阻系统采用系统采用的技术先进的液压控制旋转多盘摩擦式制动器。它的拦阻力大小依据飞机重量及速度进行调节.使得被拦阻的不同类型飞机受到的载荷最小。满足了空军新时期作战训练的需要。

 

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 MK7在甲板上的安装示意图

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 注意瓦舰上的基座和安装架

     从瓦良格号航母的甲板、机库的尺寸,以及国产歼-15舰载作战飞机的尺寸来看,瓦舰未来的舰载机作战团很可能以歼-15单一机型为主,但是考虑到未来L-15舰载训练机甚至未来国产舰载无人作战飞机上舰的需要,瓦良格号航母的飞机拦阻系统需要较大的调节范围,以适应不同重量级别的舰载机降落的需要,从网友发表的相关图表、视频来看,笔者注意到两个圆柱形气缸一样的设备、以及甲板上圆形和方形的基座,特别是后者几乎与MK7的相关设备安装几乎一模一样,而在此前相关位置应该也进行了切割施工,显现主要设备已经安装完毕,因此可以推测瓦舰安装的设备应该和美国的MK7飞拦阻系统相当,都是采用了液压缓冲式原理,可以通过调节初始开口面积来适应不同重量作战飞机的起降。

     从整体上来看,瓦良格号航母的建造在有条不紊的进行之中,当然成事开头难,我国海军组建航母编队的道路肯定不会一帐同顺,但是我国海军迈向远洋的步伐是不会停止的。

      本文专供网易军事,禁止商业性转载,非商业性转载请尊重网易首发权,发表十天以后方可转帖

注:

参考资料:

1、舰船技术与设计概论

2、 飞机拦阻系统的现状及其发展  李贯成 姜志峰 吴云生

3、MK7—3阻拦装置拦阻特点分析  王海东 毕玉泉 杨炳恒 黄奎

4、http://www.globalsecurity.org/military/library/policy/navy/nrtc/14310_ch3.pdf

5、本文配图来源于网上,权利归原作者所有

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