2022年6月17日，我国第三艘航空母舰福建舰下水。福建舰，采用平直飞行甲板，配置电磁弹射和阻拦装置，是我国完全自主设计建造的首艘弹射型航空母舰，也是我国国防重器发展史上一个重要的里程碑。

目前，全世界能独立建造航空母舰的国家只有美国、中国、英国、法国、俄罗斯、意大利、西班牙7个国家，有些旁友可能就要问了，航空母舰看上去只是一艘“平平无奇的大船”，到底有哪些技术难题限制着各个国家的研发和生产呢？这里就和大家浅浅地聊一聊~

实际上，航空母舰与一般的船只最大的区别就是它需要与舰载机配合使用才能发挥出真正的实力，其作为空军的海上移动机场，能够极大地扩大空军的作战面积，具有十分重要的战略意义。

• 难题1：舰载机的起飞

首先来说航母上舰载机的起飞问题，舰载机的起飞方式主要分为两种：滑跃式和弹射式。

滑跃式起飞要求航母具有上翘约12°的起飞甲板，在起飞过程中，飞机主要靠自身的发动机提供推力，这就要求飞机发动机的动力足够大、飞机质量尽可能的轻，才能保证其在短时间、短距离内达到起飞速度。滑跃式起飞的优点是航母的技术难度相对较低，方便建造和维护，我国的前两艘航母，辽宁舰和山东舰就是采用的滑跃式起飞。

然而，滑跃式起飞的缺点也十分明显：

①油耗大，起飞阶段舰载机就需要消耗大量燃料来提供足够的加速推动力；

②操作难度大，由于滑跃跑道是自由跑道，起飞过程中是否发生偏航完全取决于飞行员的水平，在遇到大浪颠簸时不易操作；

③占用空间大，需要更长的加速跑道，降低了空间利用率。

滑跃式起飞

另外一种起飞方式是弹射起飞。弹射起飞与滑跃起飞的区别是，在起飞阶段通过外力牵引，为舰载机提供额外的加速度，从而缩短起飞距离，绝大部分弹射起飞是配合平直飞行甲板。弹射起飞又分为两种：蒸汽弹射和电磁弹射。

蒸汽弹射顾名思义是利用高压蒸汽进行弹射，这里的高压蒸汽弹射和高压锅爆炸其实是一个道理，都是把高压蒸汽所蕴含的能量转化为动能然后做功。

（没想到做黑暗料理时造成的厨房高压锅爆炸事件竟能用在航母上，老脸一红）

回到正题，蒸汽弹射装置整体由储汽筒、气缸、活塞、牵引杆组成。在弹射的准备阶段，高压蒸汽和一定量的饱和水储存在储汽筒中，储汽筒能够调节温度从而控制其中的压强，压强的大小由舰载机的质量决定，越重的飞机需要储存的压强越大。舰载机的前轮被一根牵引杆拉住，牵引杆连接着位于气缸中的活塞，活塞能够在气缸中前后滑动。

弹射开始时，打开位于气缸下方的弹射阀，储存在储汽筒中的高压蒸汽快速流入气缸中，对活塞产生巨大推力，当这个推力超过用于固定飞机的应力螺栓的强度时，舰载机就会在活塞和牵引杆的带动下快速沿着气缸的方向被发射出去。

这，就是蒸汽弹射的整个过程。

蒸汽弹射原理图

另一种弹射手段，也就是电磁弹射，其原理同样也十分简单，就是利用了安培力的原理：将电流强度为I的长度为L的直导线，置于磁感应强度为B的均匀外磁场中，则导线受到的安培力的大小为f=IBLsinα，式中α为导线中的电流方向与B方向之间的夹角。

左手定则确定安培力的方向

将这个原理应用到电磁弹射中，如下图所示，带动飞机运动的牵引导体位于两条通电的轨道中间，轨道周围产生一定的磁场，在磁场和电流的作用下，牵引导体即可带着飞机沿轨道方向弹射加速起飞。

电磁弹射原理

电磁弹射装置

说了这么多，蒸汽弹射和电磁弹射到底哪个更好呢？我们看一个表，

从表中可以清楚地看到，电磁弹射相对于蒸汽弹射，能够提供更大、更稳定的加速度，能适用于更广阔的质量范围，有着远高于蒸汽弹射的能量效率，系统体积和质量也更小......优点太多了！

但是电磁弹射也有它的缺点。第一就是贵，拿美国福特号航母来说，其上的电磁弹射器就花了数亿美元，还不包括后期维护等等。其次，就是电力需求量巨大，之前国外专家普遍认为，如果不是核动力航母，其电力系统根本不足以维持电磁弹射器的使用，但是，我国动力与电气工程专家马伟明院士，发明了中压直流综合电力推进系统，并运用在福建舰的电磁弹射系统上，比美国的中压交流更高级也更可靠！

马伟明院士

• 难题2：舰载机的降落

我们印象中的机场一般都有长约一公里的跑道，为的就是给飞机的起飞和降落留下足够的加速和减速距离，但是咱航母甲板也就300来米，起飞能依靠弹射，那降落呢？

答案就是——拦阻索

拦阻索

拦阻索，也可以叫阻拦索，是布置在航母降落甲板的金属线绳阻拦装置，一般有4-6条，当舰载机以200-300km/h的高速降落在甲板上时，其尾部的挂钩会钩住阻拦索中的某一条，随后飞机将会在2-3s的时间内完全停下。

就是这样一个看似简单的装置，全世界目前只有英、美、俄、中国可以自主生产，其难点在于：拦阻索不仅要承受重达数十吨的舰载机以200-300km/h的速度的冲击，还需要具有超强的抗疲劳能力，这就对拦阻索材料的强度和韧性提出了极高的要求；同时，与之配套的液压、电磁缓冲装置也是十分令人头痛的难点，但在我国技术人员的努力下，皆不是问题！

除了拦阻索以外，航母飞行甲板表面材质也有很大的学问。

如果仔细观察，不难发现，航母甲板表面不能说十分粗糙，只能说是坑坑洼洼，咱要是搁这光着腿摔上一跤，嘿！波棱盖儿都得秃噜皮儿了~~

航母粗糙的甲板表面

怎么回事儿呢？原来咱为了防滑，专门给甲板表面弄了特质的褶皱状涂层，需要保证飞机轮胎和甲板之间的摩擦系数在0.7-0.9甚至更高。您想想，舰载机起飞和降落那么大的加速度，终究是几个小小的轮子带着跑，如果轮胎打滑，就别想飞得起来了。另外，咱的甲板还得抗高温（抵抗飞机尾部火焰）、耐腐蚀（抵抗海水腐蚀）、高韧性（抵抗降落冲击不变形）等等，这小小的甲板图层居然也会这么复杂。

但奈何有的人他不信这个邪[手动狗头]，前些年，咱的友好邻邦印度，搞了一艘名叫“维克兰特”号的航母，拍了照片大肆宣传，如下图，各位发现什么不对劲了吗？

问题就在这个甲板上，太亮了!

印度媒体甚至还嘲讽中国航母的甲板不平整，咱就笑笑，不说话~幸运的是后来意识到不对的印度朋友还是及时纠正了这个错误，避免了投入使用后闹出更大的笑话~

• 结语

当然，航母在设计、建设、使用的过程中所碰到的困难远不止以上几条，比如骨架结构的强度、舰载机的可折叠机翼等等等等。。。

但是，既然咱已经能自主设计、制造世界先进水平的航母了，说明这些问题在我大中华智囊团的手下，都不再是问题。为了解决它们，一个又一个默默无闻的科学家、工程师曾前赴后继，付出了几十年的心血汗水，才让坚固的移动堡垒巍然于海面之上。

如习大大所说：“真正的大国重器，一定要掌握在自己手里。核心技术、关键技术，化缘是化不来的，要靠自己拼搏”，从福建舰的下水来看，现在我们做到了，日后，看到这篇文章的你，也一定可以做到。

来源: 力学科普