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航母弹射起飞和拦阻着舰技术的进步为未来舰载机的设计提供更大自由度

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  美国海军最新的“福特”级核动力航母采用了“电磁飞机弹射系统”(EMALS)和“先进拦阻装置”(AAG),其技术进步将给未来舰载机的设计提供更大的自由度。
一、可减轻舰载机受力,从而延长寿命并允许未来舰载机减重


EMALS研究与发展过程中的主要节点(美国通用原子公司图片)

美国海军作战部长参谋部空中作战办公室主任迈克尔•马纳泽尔少将在2015615日明确表示,EMALSAAG对飞机施加的作用力比“尼米兹”级核动力航母上的Mk 13型蒸汽弹射装置和Mk 7型拦阻装置要小得多。当前的拦阻和弹射装置是以纯机械的方式(液压缸、线缆、滑轮等)工作,只能极为粗略地匹配飞机的重量,迫使舰载机在设计上需要考虑承受它们施加的巨大力量,这意味着飞机增重。与此相反,EMALS采用电磁场来为舰载机提供更为平顺的加速且无需在飞行甲板上接入蒸汽动力,AAG软件则能感知飞机的着舰重量并据此调整拦阻装置的拉力,从而减轻飞机受力。


AAG研究与发展过程中的主要节点(美国通用原子公司图片)


AAG系统组成和布局示意图(美国海军航空系统司令部图片)

这样,EMALSAAG不仅对F/A-18E/F“超级大黄蜂”和F-35C“闪电”Ⅱ这样较重的舰载机有利(延长其结构寿命),也有利于重量较轻舰载机例如无人机的使用。这使美国海军能够采用当前不可行的飞机设计,很可能可以获得更多的重量、尺寸、结构和能力设计余地,为外形和重量与现有有人驾驶飞机均不相同的无人机登上航母铺平道路。
二、EMALS具有更大的弹射功率,允许更重的舰载机上舰

与“尼米兹”级核动力航母上的Mk 13型蒸汽弹射装置相比,EMALS的最大输出弹射能量提高近29%,由95兆焦增至122兆焦,这使该弹射系统能够在91米(300英尺)的距离内,可将45吨(10万磅)重的舰载机加速到240千米/时(130海里/时),这个速度已足以让舰载机安全离舰爬升。这一弹射能力比“尼米兹”级航母对舰载机通常近32吨(7万磅)最大弹射起飞重量的限制要高得多,这就意味着EMALS允许美国海军为“福特”级航母研制更重型的舰载机,或者允许现有的舰载机以更大的起飞重量弹射起飞。

“福特”号航母利用EMALS弹射F-35C战斗机想象图,该系统将使“福特”级航母能将更重型的舰载机弹射起飞(美国通用原子公司图片)

美国海军已在考虑利用EMALS的这一特点。例如,马纳泽尔少将曾在20141220日表示,正在发展的舰载无人作战飞机的起飞重量将达到32-36吨(7-8万磅),其尺寸将与已退役的F-14“雄猫”重型舰载战斗机相当。这样的重量允许该机作为航母舰载机联队内的建制加油机,为其他舰载机提供空中加油,在为他机提供9吨(2万磅)燃料之后自身仍可连续飞行7.5小时。另外,此前美国国内在探讨第六代战斗机时,曾认为该机需要具有比现有隐身战斗机更大的内埋弹舱,这基本意味着飞机空重和最大起飞重量都会有明显增加;美国知名国防智库战略与预算评估中心(CSBA)在20152月完成的研究报告《空对空作战的趋势及对未来空中优势的影响》中也提出,未来战斗机可能应当更像轰炸机(详见《空天防务观察》2015410日内容)。

美国海军曾宣称其正在发展的舰载无人作战飞机的最大起飞重量将达到32-36吨,图为美国洛马公司竞争该无人作战飞机项目的方案想象图(洛马公司图片)

不过,设计自由度的提高并不意味着未来舰载战斗机、无人作战飞机就一定会更重或更轻,其最终特征将取决美军对其使命任务、作战概念、研制风险等因素的综合权衡,美军也正在对其六代机和舰载无人作战飞机的需求进行综合分析。从技术角度而言,有一些因素有可能平衡掉一些被认为是固有的发展趋势。例如六代机是否需要采用更大的内埋弹舱?考虑到美军将该机的首要使命任务定位为空战,那么如果更大的内埋弹舱是为提高空战能力而考虑的话,那么美国国防高级研究计划局(DARPA)和美空军研究实验室(AFRL)已开展的新型小尺寸超视距空空导弹技术研究和战术飞机机载定向能武器研究,又可能使六代机不需要显著增大的内埋弹舱。因此,包括EMALSAAG在内多种新技术的探索、预研和演示验证,将为未来作战飞机提供大的技术权衡空间,使美国国防科技工业有能力应对多种不同的可能需求,这也显示出在未来武器装备基本形态和主要特征未定之时,全面开展新技术研究与发展工作并推动其成熟的重要性。