在广袤无垠的大洋之上,航空母舰如同一座移动的钢铁岛屿,是现代海军最核心的战略力量。而这座“岛屿”上最激动人心的瞬间,莫过于重达数十吨的舰载战斗机在短短百余米的甲板上,由极致的静止瞬间化作雷霆万钧,呼啸着冲向天空。这背后,是人类工程技术百年演进的智慧。

从最初的迎风奔跑到今天的电磁弹射,舰载机的起飞方式不仅是技术迭代的缩影,更是衡量国家综合实力与科技水平的重要标尺。

近期,我国海军宣布,歼-15T、歼-35和空警-600在福建舰上完成首次弹射起飞和着舰训练。对此,全球媒体与多国军方高度关注,纷纷予以报道、评论和分析。

今天,就让我们一同探寻这“雷霆之跃”背后的奥秘,顺着技术演进的脉络,解析航母舰载机的起飞之道。

靠风借力的“迎风狂奔”

将飞机搬上战舰的想法,几乎与飞机诞生于同一时代。但一个致命难题从一开始就拦住了工程师——航母甲板太短,远不足以让飞机像在陆地机场那样从容加速。即便是早期仅几吨重的螺旋桨飞机,也需要足够的速度才能产生升空所需的升力,于是,人类开启了舰载机起飞的第一次技术探索:“迎风狂奔”。

这是最原始也最直接的解决方案:航母以最高航速(通常30节以上)逆风行驶,让迎面而来的海风与航母自身的航行速度叠加,形成“合成风速”。比如航母航速30节、风速20节,叠加后就能产生50节的相对风速(约92公里/小时),相当于为舰载机“提前提速”,大幅缩短起飞所需的甲板距离。

1910年,美国飞行员尤金・伊利驾驶双翼机从“伯明翰”号巡洋舰上起飞,正是依靠军舰逆风航行创造的风速优势,才完成了人类历史上首次舰载机甲板起飞。在螺旋桨飞机时代,“迎风狂奔”凭借简单、无须额外设备的特点,成为当时舰载机起飞的主流方式,也为航母与舰载机的协同运用,打下了最早的基础。

随着航空技术进入喷气式时代,“迎风狂奔”很快显得力不从心。喷气式战机的重量从几吨跃升至几十吨,起飞速度要求也从百公里时速提升到250公里以上,仅靠自然风与航母航速叠加的“合成风速”,早已是杯水车薪。人类必须找到更强大的“外力”,把战机“推”出甲板。

为战机搭起“空中跳板”

当“迎风狂奔”难以满足喷气式战机需求时,一种结构简单、成本可控的起飞方式应运而生——滑跃起飞。它由英国海军军官道格拉斯·泰勒于1973年首创,核心思路是在航母甲板前端设计一道向上翘起的斜坡(通常倾角12°-14°),为战机搭建一座“空中跳板”。

舰载机起飞时,无须依赖外部助力,只需将自身发动机功率开到最大,在甲板上全力冲刺。当战机冲至斜坡顶端时,会被斜坡赋予一个向上的动量分量,相当于被“向上抛起”。这个向上的力,为战机在离舰后争取了宝贵的爬升高度和时间窗口——即便此时战机速度尚未完全达到平飞要求,也不会立刻掉入海中,能从容地继续加速、爬升至安全高度。

滑跃起飞的优势十分突出:结构简单,不需要复杂的弹射装置和庞大的辅助系统;成本低廉,无论是建造还是日常维护,都远低于弹射系统;可靠性高,减少了机械故障的风险,能快速形成战斗力。也正因此,它成为许多国家发展航母的“优选方案”——俄罗斯的“库兹涅佐夫”号、印度的“维克拉玛蒂亚”号,以及中国的前两艘航母“辽宁舰”和“山东舰”,都采用了滑跃起飞方式。

对我国而言,滑跃起飞更是具有重要意义:它帮助我国快速掌握了舰载机甲板起降的核心技术,积累了宝贵的舰机协同经验,为后续更先进的弹射技术应用,打下了坚实的基础。

但受限于“仅靠自身动力”的核心逻辑,滑跃起飞的短板也同样明显。一是作战半径受限:战机起飞时必须满功率运行,短时间内大量耗油,直接压缩了航程;二是起飞重量受限:在无法借助外力的情况下,战机不能“满油满弹”起飞,挂载的导弹数量、携带的燃油量都要“打折”,直接影响作战能力;三是适配机型有限:像空警-600这类推重比小、重量大的固定翼预警机,根本无法通过滑跃甲板起飞——没有了预警机的“空中眼睛”,航母编队的远程预警和态势感知能力会大幅削弱,体系作战效能难以与弹射型航母相比。

用“白雾”推开舰载机的“天花板”

与滑跃起飞的“轻量化”思路不同,另一条技术路线走的是“强力助推”的方向——弹射器。早期的弹射器曾尝试过液压、飞轮储能,甚至火药弹射等方案,但要么功率不足,要么结构复杂、故障率高,始终未能成为主流。直到二战后,英国海军指挥官柯林·米切尔发明的蒸汽弹射器,才真正突破了舰载机起飞的“重量天花板”。

蒸汽弹射器的原理并不复杂:利用航母核反应堆或锅炉产生的高压蒸汽,瞬间注入一个长达百米的密封汽缸中。高压蒸汽推动汽缸内的活塞高速前进,活塞通过“梭车”结构与舰载机的前起落架相连——在短短2-3秒内,就能将舰载机从0加速到250公里/小时以上,赋予其足够的离舰能量。

这一技术的出现,是航母发展史上的里程碑。它第一次让重型、满载的喷气式战斗机、预警机、电子战机从航母上起飞成为可能:美国“尼米兹”级航母上的F-18“超级大黄蜂”战斗机、E-2“鹰眼”预警机、法国“戴高乐”号航母上的“阵风”M战斗机,都是依靠蒸汽弹射器实现全状态起飞。几十年来,蒸汽弹射器工作时那标志性的“白雾蒸腾”场景,成了航母力量的象征,也成为大型航母的“标准配置”。

但蒸汽弹射器随着技术发展,其局限性也逐渐显现。蒸汽弹射是利用水蒸气受热膨胀产生的强大推力将飞机推出去的一种方法,可以瞬间输出百兆焦耳能量,使几十吨重的舰载机在百米内即可达到起飞速度。

这一起飞方式看上去简单,但其结构十分复杂,对制造工艺和材料的要求也极高,工程实现非常困难。比如,弹射气缸每段长约4米,分段制造后固定连接在气缸轨上,如果气缸材料或制造技术不过关,就会造成弹射失败,而这些元件只占蒸汽弹射器的“冰山一角”。

电磁弹射的“技术跨越”

当蒸汽弹射器的局限逐渐凸显,一种更具“未来感”的技术登上了舞台——电磁弹射系统(EMALS)。而我国福建舰完成歼-15T、歼-35、空警-600的弹射训练,正是这种技术成熟应用的标志,也让中国成为全球第二个掌握舰载机电磁弹射技术的国家。

相较蒸汽弹射,电磁弹射起飞有其独特优势:其一,电磁弹射推力调节更加灵活。比如电磁弹射重量可灵活调整,而蒸汽弹射只能弹射相对固定的重量;其二,电磁弹射效率更高。据统计,蒸汽弹射能量效率仅有6%,而电磁弹射可达到60%。

从百年前木质双翼机的“迎风一跃”,到今天福建舰上电磁弹射的“无声雷霆”。舰载机起飞技术的迭代,标志着航母战力的跃升,福建舰的电磁弹射实践,不仅填补了我国在这一领域的技术空白,更宣告着中国海军正式迈入“弹射时代”——这座“移动的钢铁岛屿”,正以更强大的姿态,守护着海天之上的和平。

参考资料:

1.人民海军丨海军三型舰载机成功在福建舰完成起降训练

2.人民网丨歼-15战机顺利起降航母

3.科普时报丨航母舰载机起飞 哪种方式更好

4.果壳丨福建舰电磁弹射五代机!连美国航母都做不到,到底有多厉害?

撰文:记者 段大卫

编辑:段大卫

来源: 北京科技报