曾經(jīng)的輝煌—英國航母關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展研究

柳正龍

曾經(jīng)的輝煌—英國航母關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展研究

柳正龍

英國是傳統(tǒng)的海軍強國，也曾經(jīng)是航母大國。世界上第一艘航母誕生于英國，迄今為止，英國的航母發(fā)展歷史已近90年，共建造和改裝各型航母70多艘。目前，在2011年英國無敵級輕型航母皇家方舟號退役及卓越號改裝成直升機航母后，英國正式成為無航母可用的國家。

1999年，英國正式宣布將研制2艘下一代航母CVF。兩艘新航母將分別于2018年和2019年服役。2008年7月3日，英國國防部授出了CVF的建造合同，2009年7月7日，伊麗莎白女王級航母正式開始建造。CVF的研制，標(biāo)志著英國重新向具備獨立制海能力的海軍大國邁進(jìn)。

雖然從目前來看，英國航母裝備情況處于非常尷尬的境地，但從歷史上看，英國在航母發(fā)展中發(fā)揮了非常重要的作用，可以說正是英國人對航母的理解和創(chuàng)新，引領(lǐng)著航母的技術(shù)變革，為航母的萌芽孕育、創(chuàng)生出世、發(fā)展壯大做出了巨大貢獻(xiàn)。在世界航母發(fā)展的百年歷程中，幾乎所有的關(guān)鍵性技術(shù)難關(guān)，都是由英國作為開拓者、領(lǐng)航員率先攻克或指引了方向。1912年末，英國海軍將老舊的巡洋艦競技神號改造成了水上飛機母艦，標(biāo)志著航母時代的來臨。1924年，英國率先發(fā)明了艦載機液壓阻攔裝置，解決了航母降落問題，該阻攔裝置與美國海軍航母使用的液壓阻攔裝置原理是一致的。二戰(zhàn)后，隨著噴氣式飛機上艦，對航母發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)，又是英國，發(fā)明了斜角甲板、蒸汽彈射器、光學(xué)助降系統(tǒng)，奠定了現(xiàn)代航母的雛形，對現(xiàn)代航母的發(fā)展居功至偉。

2 1世紀(jì)，英國發(fā)展了航母CVF，該航母排水量6萬噸，是近半世紀(jì)以來英國建造的最大的海軍艦艇，該航母又創(chuàng)新性地采用了綜合電力系統(tǒng)，再次引領(lǐng)了航母發(fā)展的潮流。

競技神號航母的出現(xiàn)標(biāo)志著航母時代的到來

動力技術(shù)

英國無敵級航母采用全燃聯(lián)合動力裝置，新的伊莉莎白女王級航母原動機則包括燃?xì)廨啓C和柴油機，采用綜合電力系統(tǒng)，是首艘采用綜合電力系統(tǒng)的航母，相對于其它動力裝置，綜合電力系統(tǒng)具有無機械齒輪傳動、裝置布置靈活、燃油經(jīng)濟性好、人員少、維護(hù)簡易等優(yōu)點。雖然采用綜合電力系統(tǒng)初始投資和復(fù)雜性高，但伊麗莎白女王級航母是效費比最優(yōu)的方案。

綜合電力系統(tǒng)是指艦船原動機全部用于發(fā)電，整個艦船的所有用電負(fù)載均由同一電網(wǎng)分配和輸送的動力系統(tǒng)，其涵蓋了發(fā)電、輸電、配電、電力推進(jìn)等多個子系統(tǒng)。該系統(tǒng)有兩個特征：一是推進(jìn)完全采用電力；二是全部用電設(shè)備和武器（如電磁軌道炮、電磁彈射器、雷達(dá)等）均由一個電網(wǎng)供電。航母采用綜合電力系統(tǒng)有以下優(yōu)勢。一是提高航母機動能力。綜合電力系統(tǒng)中，由電機驅(qū)動螺旋槳，可在不改變原動機及發(fā)電機工況的情況下，利用變換器調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速和方向，實現(xiàn)航母航速調(diào)整及正倒車控制。二是節(jié)省燃油，增大航程。采用綜合電力系統(tǒng)的海軍戰(zhàn)艦比采用相同的原動機的戰(zhàn)艦?zāi)芄?jié)約10%～25%的燃油，而像航母這類艦船能節(jié)約15%～19%的燃油。在相同的燃油儲備情況下，采用綜合電力系統(tǒng)的航母可以提高續(xù)航力。三是更利于高能耗設(shè)備上艦。綜合電力系統(tǒng)最大的優(yōu)勢是可以實現(xiàn)推進(jìn)用電和日用電（包括作戰(zhàn)系統(tǒng)用電）之間的調(diào)配使用，當(dāng)日用電不足以支持高能耗設(shè)備（如電磁彈射器）用電時，可以調(diào)用推進(jìn)用電，而不需要另外增加專用的發(fā)電機組。

艦載機起飛技術(shù)

蒸汽彈射器 二戰(zhàn)后，噴氣式艦載機出現(xiàn)，起飛重量增加，對彈射末速度的要求也提高了，當(dāng)時采用的液壓彈射器的能力已發(fā)揮到了極限。

盡管液壓彈射器的能力已達(dá)極限，但航母對彈射能力的需求卻沒有終止。1950年，英國皇家海軍后備役軍官、愛丁堡MESSRS BROWN BROTHER&CO有限公司的科林C.米切爾完成了蒸汽彈射器的研發(fā)，其基本原理是將高溫高壓蒸汽儲存在儲汽罐內(nèi)，彈射時，將高壓蒸汽從儲汽罐內(nèi)迅速釋放出來，推動汽缸內(nèi)的活塞，帶動艦載機加速到起飛速度?？屏謴娬{(diào)，由于供活塞運動的汽缸必須開槽，使活塞能通過特定機構(gòu)與艦載機相連，從而將力傳導(dǎo)至艦載機上，活塞經(jīng)過后，必須立即密封汽缸，密封條的構(gòu)思是他的獨創(chuàng)。

第一部蒸汽彈射器安裝于英國英仙座號航母上，并前往美國諾?？撕＼娀?，由兩國海軍進(jìn)行聯(lián)合試驗。英仙座號對蒸汽彈射器進(jìn)行了140次靜載荷與最新型艦載機的彈射試驗。試驗證明，即使順風(fēng)行駛或在碼頭，彈射器也能將飛機彈射起飛。

1952年，美國確認(rèn)蒸汽彈射器是液壓彈射器的理想替代品，因此安排從英國獲得該彈射器的制造權(quán)，并獲得了設(shè)計圖紙。隨后，美國根據(jù)自身標(biāo)準(zhǔn)對彈射器進(jìn)行了重新設(shè)計，以滿足美國海軍的需求。1954年，美國航母裝上了自己研制的蒸汽彈射器。

但英國僅發(fā)展了2型蒸汽彈射器，由于國力衰退，大型航母相繼退役，蒸汽彈射器反而停止了發(fā)展。

電磁彈射器 英國科孚德公司2001年開始研發(fā)用于彈射陸軍無人機的小型電磁彈射器電磁動力綜合技術(shù)樣機，2005年4月正式獲得英國國防部的合同開始樣機研發(fā)，2007年成功完成試驗。這種彈射器軌道長15米，峰值功率3兆瓦，最大彈射重量僅524千克。

在研發(fā)小型彈射器基礎(chǔ)上，科孚德公司2009年獲得英國國防部授予的65萬英鎊（100萬美元）合同，用于研發(fā)全尺寸電磁彈射器（EMCAT）的高能電力系統(tǒng)，該工作已完成。EMCAT項目的后續(xù)工作是進(jìn)一步驗證直線感應(yīng)電機，并進(jìn)行全功能演示驗證，但由于缺乏經(jīng)費支持，進(jìn)展緩慢。EMCAT全長100米，彈射能量為60～80兆焦（美國電磁彈射器為122兆焦）。2011年美國電磁彈射器技術(shù)趨于成熟，英國決定從美國采購，放棄了繼續(xù)研制計劃。

滑躍起飛技術(shù) 英國是率先發(fā)明并應(yīng)用航母滑躍甲板的國家。1978年，英國率先在無敵號航母艦首加裝了一個上翹角度為7度的滑躍甲板，飛行試驗結(jié)果表明，滑躍式甲板可降低飛機起飛時所需的推力，機身有效載荷也可增加20%，或者，在同樣載荷情況下飛機滑跑距離縮短40%。后來，英國甚至把競技神號航母的彈射器拆除，將艦首換成12度的滑躍甲板，改裝后該航母可搭載海鷂式戰(zhàn)機。

在當(dāng)前發(fā)展的航母CVF上，英國再次采用了滑躍甲板。但CVF的滑越甲板與無敵級相比存在一定差異，無敵級艦首整體采用滑越式甲板，而CVF艦首僅有一部分采用滑越式甲板。

無敵號航母首先在艦首加裝了上翹的滑躍甲板

艦載機著艦技術(shù)

液壓阻攔裝置 1924年，英國人諾登和巴思兩人同本國海軍簽訂合同，設(shè)計成功了較為完善的液壓式阻攔裝置。1927年，美國駐英國大使將這一成果引進(jìn)到了美國，最先安裝在列克星敦號上進(jìn)行試驗。這種阻攔裝置除部分零部件的結(jié)構(gòu)外，其基本原理與今天的阻攔裝置基本一致。

但此后，英國并未將該技術(shù)發(fā)揚光大，反而由美國航空局航空部在諾福克海軍船廠設(shè)計并建造了第一代真正的液壓阻攔裝置，其由兩套獨立的制動機構(gòu)組成，阻攔索兩端各連結(jié)一套，其設(shè)計阻攔力為35.3千牛，著艦速度為97千米/小時，它替換了列克星敦號上的阻攔裝置，并安裝在突擊者號航母上，這種阻攔索已具備現(xiàn)有阻攔裝置的雛形。

關(guān)于此后英國是否繼續(xù)研發(fā)阻攔裝置的信息不得而知，但二戰(zhàn)后隨著其大型航母的紛紛退役，英國航母就未安裝阻攔裝置。

垂直起降艦載機 20世紀(jì)60年代初，英國率先研制出了首型具有實用價值的鷂式垂直起降戰(zhàn)斗機。70年代，英國在鷂式的基礎(chǔ)上發(fā)展了艦載型海鷂，成為世界上首型垂直起降型艦載機，使得小型航母也擁有了搭載固定翼艦載機的能力。

21世紀(jì)后，英國提出了“全球抵達(dá)，世界一流”的海軍建軍目標(biāo)，計劃發(fā)展排水量6萬噸的2艘中型航母代替無敵級輕型航母，即未來CVF。該型航母原設(shè)計為滑躍起飛形式，搭載F-35B艦載機，首艦2009年開始建造。F-35B是美國海軍陸戰(zhàn)隊正在研發(fā)的聯(lián)合攻擊機（F-35）中的垂短起降型艦載機。此外，F(xiàn)-35還包括海軍航母艦載型（F-35C）和空軍的常規(guī)起降型（F-35A）飛機，在設(shè)計上保持著高度的共同性，能同時分別滿足美國各軍種及各盟國的獨特需求。

在設(shè)計之初，英國即考慮了CVF型航母的可改裝性，預(yù)留了加裝彈射器和阻攔裝置的空間，在未來需求發(fā)生變化時可通過改裝，加裝彈射器和阻攔裝置，以搭載常規(guī)起降型艦載機。

未來，在需要改裝的情況下，英國將從美國購買電磁彈射器與渦輪電力阻攔裝置。

光學(xué)助降系統(tǒng) 1950年代以前，航母著艦主要依靠站在飛行甲板左端的著艦信號官雙手持旗發(fā)送信號指揮飛機著艦。但隨著噴氣式飛機上艦，這種方法已不適用。1952年，英國海軍中校格特哈特從女秘書對著鏡子搽口紅的動作中得到啟發(fā)，設(shè)計出了早期的光學(xué)助降裝置—助降鏡。它是一面大曲率反射鏡，設(shè)在艦尾的燈光射向鏡面再反射到空中，給飛行員提供一個光的下降坡面（與海平面夾角為3.5～4度），飛行員沿著這個坡面并以飛機在鏡中的位置修正誤差，直到安全降落。

但是，這種光學(xué)助降鏡只是一定程度上起了作用，新的問題又來了：航母的艦體會因海濤涌浪的起伏而升沉搖擺，反射鏡射出的光很不穩(wěn)定，因此仍免不了時有事故發(fā)生。20世紀(jì)60年代，英國又發(fā)明了更先進(jìn)的菲涅爾透鏡光學(xué)助降系統(tǒng)，它在原理上與助降鏡相似，但其可在波浪下保持角度不變，可向空中提供一個穩(wěn)定光的下滑坡面，提供的信號更利于飛行員判斷方位，修正誤差。

菲涅爾透鏡式助降鏡使用簡單可靠、目視直觀，一問世便為英美等國航母普遍使用，目前美國航母上普遍使用改進(jìn)型菲涅爾透鏡系統(tǒng)。

隨著二戰(zhàn)后英國航母凋零，其相關(guān)技術(shù)發(fā)展也陷入停滯。

鷂式垂直起降戰(zhàn)斗機

航母上的阻攔索

責(zé)任編輯：劉靖鑫