[原创]滑跃式航母舰载机的中国定制方案

2018/09/30 18:49 兵部主事 T大

滑跃式航母舰载机的中国定制方案

兵部主事

军用飞机由于其用途和使用环境的要求,短距离起降,是应当具备的基本性能之一。用于航空母舰的舰载固定翼飞机在这方面的要求就更加突出。舰载固定翼预警机是航母舰队在远海独立实施高强度空中作战所必需的,是航母舰队战鹰中的“鹰王”。在当前信息化战争条件下更是如此。目前中国辽宁舰使用的预警直升机存在续航时间短、飞行高度低、探测距离近,载重量小等问题,无法满足航母舰队在当前信息化战争条件下远海独立作战需求,根本担当不了“鹰王”的重任,发展舰载固定翼预警机是中国海军的必然发展趋势。另外,歼15因为采用滑跃起飞方式而不能保持满油满弹的舰上起飞状态,也使战机无法充分发挥其战力。为辽宁舰以及刚刚建成的第一艘国产航空母舰尽快配属舰载固定翼预警机,使我们的航母舰队也能够在远海独立作战,让歼15以满油满弹的状态从舰上起飞,使中国航母舰队成为有强大作战能力和威慑力的深蓝舰队,是中国当前最佳的选择。

目前世界上舰载固定翼预警机采用的机型均为双发涡桨飞机,这是航空工业现在的发展水平所决定的。

采用双发涡桨机型的舰载固定翼预警机要上航空母舰,至少须做到飞得起,落得下,飞的远(滞空时间长)。这些在采用弹射起飞方式的航空母舰上已经做到了,但是在采用滑跃起飞方式的航空母舰上还没有应用的先例。这是因为涡桨发动机没有喷气发动机的加力功能,无法在飞机起飞时段提供额外的巨大推力来提高推重比,使双发涡桨飞机无法确保飞机在满载的状态下获得可靠的起飞升力。这是双发涡桨机型的舰载固定翼预警机在采用滑跃起飞方式的航空母舰的主要使用障碍!中国已经拥有2艘采用滑跃起飞方式的航空母舰,为了他们在未来战时的必然需求,我们必须克服这个障碍。

有过一些为双发涡桨飞机助飞的方案,如为飞机加装火箭助推器等等。迄今为止,都没有被拥有航空母舰的国家采纳,其可行性是不高的,我们应当另辟蹊径。

在喷气机上航空母舰前,使用活塞发动机的螺旋桨舰载机都是滑行起飞的,使用的是平板跑道。最著名的例子是二次世界大战中空袭东京TokyoRaid),也称为杜立特空袭Doolittle Raid),这是第二次世界大战太平洋战争中,美军对日本本土实施的首次空袭。当时海面状况恶劣,阵风及大浪令船身剧烈摇摆,使起飞更为困难。而率先起飞的杜立特只有142.3米飞行甲板可用,B-25B米切尔轰炸机此时的起飞重量达14074千克。但是杜立特仍然成功起飞了,1942年4月18日9时20分16架B-25B米切尔轰炸机全数成功起飞,前去轰炸日本境内的军事目标。

其实,美英做过的试验已经证明,不仅E-2舰载预警机是可以采用滑行起飞方式的从航空母舰上起飞的,C-130F运输机、U-2R侦察机不进行改造也都可以采用滑行起飞方式从航空母舰上起飞(不是滑跃起飞)。只是比较勉强,不能满载,可靠性差。在美国航母普遍装备着弹射器,其固定翼舰载机均按照弹射起飞要求制造的现状下,美国人最有理由不愿看到固定翼舰载预警机成为滑跃起飞方式的航空母舰上的标配。而中国人应当清楚,通过改善类似E-2机型的飞机短距离起降能力,让固定翼舰载预警机成为我国滑跃起飞方式的航空母舰上的“鹰王” ,是中国的不二选择。以下是一些飞机的数据。

机型

B-25B

E-2

U-2R

C-130F

运-7(Y-7)

歼15

尺寸数据

翼展(m)

20.60

24.56/

8.94(机翼折叠)

31,39

40.4

29.2

14.948

机长(m)

16.13

17.54

19.2

29.8

23.7

22,28

机高(m)

4.8

5.58

4.88

11.6

8.55

5.935

机翼面积(m2)

56.67

65.03

57.30

162

74.98(74.98X1.5=112.47)

62.04

重量数据

空重(Kg)

9070

17859

7030

34400

使用空重 14900

17500

正常起飞

重量(Kg)12907

最大起飞重量 24161千克。

最大起飞重量13154千克

测试时最大起飞重量54800千克

最大起飞重量 21800千克

最大起飞重量:32500千克

性能数据

最大平飞

速度(Km/h)

438

626

830

592

518(高度6000米)

2.35马赫,最大表速:2876,最大过载:9G,

巡航速度(Km/h)

370

480

670

423

升限(m)

7619

11275

27430

7077

实用升限 8750

实用升限:18000

航程(Km)

2173

2865

5700

3800

最大航程:4390

动力装置

发动机

两台莱特R-2600 活塞发动机

两台 T56-A-427涡桨发动机

一台J57涡喷发动机

4台艾里逊T56-A-15涡桨发动机

2台涡桨5A-1涡桨发动机

2×WS-10加力涡扇发动机

功率

(马力)

2*1700

2*5100

48.9千牛

4X4590

2X2900

2*125.4千牛(应急起飞最大推力125.4千牛)

推重比

0.272(杜立特空袭时起飞重量14074千克的)

0.4749

0.38

0.377(测试时起飞重量54800千克的)

0.2993

0.83

翼载荷

Km/ m2

248.35(杜立特空袭时起飞重量14074千克的)

371.54

229.5

338.27千克/平方米(测试时起飞重量54800千克的)

290.74

290

从以上数据可以看出,产于二次大战期间的B-25B的推重比并不高,能够从平板跑道上滑行起飞,主要得益于翼载荷小。所以,尽力减少飞机起飞时的翼载荷是保障固定翼飞机依靠自身动力获得足够的起飞升力一个极好方法。减少飞机起飞时的翼载荷可以通过减轻飞机的重量或者增加机翼面积实现。但是作为舰载固定翼预警机起飞重量至少应在24吨以上,所以只能主要从增加机翼面积着手,同时想办法为飞机增加些助推动力,这样就可能实现大大缩短满载状态下飞机的起降滑行距离(不超过200米)的目标。这对于所有固定翼飞机都是适用的。

航母舰载机的中国定制方案的主要目的在于大大缩短固定翼飞机的起飞降落的滑行距离并延长飞机的滞空时间。

这种能够以短距离(不超过200米)起飞降落的,长航时飞行的舰载固定翼预警机是可变式串翼型混发飞机,它具有2对下置的可以投放的串翼型配置的机翼和1对相对上置的的串翼型配置的固定机翼,飞机的主发动机安装在下置前机翼的后上方;飞机的助推发动机安装在尾翼上;飞机的主发动机与飞机的助推发动机是不同类型的发动机;下置的前机翼是安装在相对上置的不可以解脱的机翼下方前侧;下置的后机翼是安装在相对上置的不可以解脱的中机翼下方后侧;飞机的各对机翼的翼型,翼展和弦长各不相同;在下置的可以解脱的前、后机翼之间有连接杆连接;下置的可以投放的前、后机翼之间的连接杆上有支撑杆与飞机的上置的固定的中机翼相连;飞机串翼型配置的机翼的后緣装有扰流板;下置的可以投放的串翼型配置的机翼的翼梢,有方向向下的翼梢小翼;翼梢小翼下有滑行轮与地面相接;下置的可以投放的串翼型配置的机翼上装有降落伞。

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图-1

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图-2

图1至图2所示为一可变式串翼型混发三翼机状态的固定翼舰载预警机,包括前机翼1、中机翼2也可称为主机翼、后机翼3、翼梢小翼4、连接杆5、支撑杆6、滑行轮7、扰流板9、助推发动机10和主发动机11。下置前机翼1、后机翼3的配置结构是飞机机身前腹部和后腹部通过弹射式挂架的设置各安装一对下悬机翼,而中机翼2采用的配置结构是上悬机翼,是固定机翼。固定翼上安装着主发动机--双发螺旋桨发动机11,尾翼中间上安装着助推发动机--喷气发动机10,这样的配置便于保持飞机的配平状态。前、后机翼上表面的面积不小于主机翼上表面积的100%。由此,三对机翼的翼展在不大于原单翼飞机的翼展的条件下,3对机翼面积的总和可以达到原飞机单机翼面积的200%以上。前机翼1安装的位置在两个螺旋桨发动机的进气区,后机翼3安装在两个螺旋桨发动机的排气区,并置于中机翼2的滑流区。前机翼和后机翼之间通过连接杆5连接,连接杆5上固设支撑杆6,支撑杆6的上端与中机翼2构成可投放的连接结构,其也是通过弹射式挂架连接,通过支撑杆6使得前机翼和后机翼与飞机的中机翼2相连,加强了两对可投放的机翼在投放前与飞机机体连接的稳固性。

前机翼和后机翼翼梢设置翼梢小翼4,该翼梢小翼4的方向向下的翼梢小翼4防止了诱导阻力的产生,前机翼和后机翼的翼梢小翼4的下面还设置接地滑行轮,该接地滑行轮7在起飞前既可以支撑串翼自身的重量,又保证了飞机在航母上移动、滑行时,串翼与地面距离不变。两个螺旋桨发动机运转时产生的强大气流吹拂着下置前后机翼上表面,使其单位面积产生的升力远大于飞机中机翼的升力,其效果远胜于机翼吹气的效果,助推发动机10,在飞机起飞阶段为飞机提供了更多的推力,提高了飞机在起飞阶段的推重比,也就提高了飞机在滑跃型航母的降落跑道上起飞滑行的速度,确保飞机能够在滑跃型航母的降落跑道上以满油满载的状态自主滑行起飞。起飞后,舰载预警机在两个螺旋桨的主发动机和助推发动机10提供的推力的共同作用下,以较快的航速飞抵预定警戒区,而后助推发动机10就可以被关闭。因为固定翼舰载预警机在警戒区巡航时,对航速的要求并不高。助推发动机被关闭可以减少燃油的消耗,延长固定翼舰载预警机的警戒巡航时间。由于可变式串翼型混发三翼机的三对机翼所处的空气动力环境不同,三对机翼的翼型,翼展也各不相同,其中,中机翼翼展最大,前机翼次之,后机翼最小。由于螺旋桨发动机,前面筒形吸气区域的直径比后面筒形排气区域的直径大而风速相对小,因此,为了适应这一空气动力环境,前机翼1的平均气动弦长比后机翼3的平均气动弦长小;前机翼相对后机翼,更长且更窄,都能够更好地获得升力。在三对机翼内设置油箱,在为飞机满载起飞提供足够升力的同时,三对机翼其内置的油箱将大量的燃油携带升空,大大增加飞机的滞空时间。如果当时执行任务的条件许可,飞机可以在保持可变式的串翼型混发三翼机的状态,以中、低速超长时间飞行,并以可变式串翼型混发三翼机状态返回航母。如果任务条件不许可,在飞机进入稳定飞行状态,将前、后串翼携带的燃油输入飞机内的油箱后,可投放的下置的前、后串翼被弹射投放与飞机分离,并且在打开的降落伞拖拽下可以被在附近巡游的直升机回收。此时可变式串翼型混发三翼机就变身为满油满载的混发单翼机型状态。

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图-3

图3为一种串翼型混发三翼机状态的固定翼舰载预警机,其中的前机翼1和后机翼3都与中机翼2一样,与机身固定连接。一对前机翼1分别固定在前机身的两侧壁上,一对后机翼3也分别固定在后机身的侧壁上。因为三对机翼与飞机机体固定连接的稳固性已经足够了,就可以不安装连接杆和支撑杆了。

固定翼舰载预警机,如果推重比不小于0.4,起飞时段翼载荷小于220公斤/平方米时,就完全能够依靠自身的动力从滑跃型航空母舰的降落跑道上滑行起飞。而且是以较低的离舰速度起飞的。当前我国的涡桨-6C发动机已经达到5100马力,助推发动机可以采用推力在2-3吨间的小型涡扇发动机。研制使用了串翼型混发三翼机型的固定翼舰载预警机,它的起飞重量不超过28000公斤时(美国E-2D型舰载预警机的舰上最大起飞重量只有 24161公斤),推重比可以达到0.4以上,机翼面积至少可以达到原单翼飞机机翼面积的200%以上。此时飞机的翼载荷一定小于220公斤/平方米。飞机变身成串翼型混发三翼机不仅大大提高了飞机起飞阶段的升力,减少了所需的起飞滑行距离,还为适当缩小飞机机翼的翼展创造了条件,这对飞机在航母上的更方便地停放和移动都有益处。由于串翼型混发三翼飞机的翼载荷小,飞机在起飞降落时段都可以保持较低的速度,加之飞机上使用的螺旋桨发动机在降落时可以反转提供很大的阻力,结合三对机翼上的扰流板9及减速伞的使用,串翼型混发三翼飞机就完全可以不借助拦阻索,自主地在航母上完成降落。串翼型混发三翼飞机起降距离短,飞行稳定性好,载重量大。不仅仅适合作为固定翼舰载预警机,也适合于要求能够短距离(不超过200米)起飞降落的反潜机、加油机和运输机等在航母或是拥有直通甲板的大型两栖攻击舰上使用。串翼型混发三翼飞机由于机翼有三对,飞行阻力相对单翼机要大,最大飞行速度低一些。但仍然比直升飞机速度快,航程远,载重大。由于串翼型混发三翼飞机的翼载荷小,起降速度相对较低,可以不借助航母上的弹射器和拦阻索就能够自主完成起降,使得飞机和飞行员必须承受的最大加速度小了很多,这对于飞机设计制造和飞行员本身带来的益处是很大的。

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图-4

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图-5

图4至图5为一种可变式串翼型双翼机状态的固定翼舰载战斗机。只在主机翼的前下方机身上设置前机翼1,下置前机翼1的配置结构是在飞机前腹部通过弹射挂架安装一对可投放的下悬置前机翼,前机翼的翼梢有方向向下的翼梢小翼4防止诱导阻力的产生,前机的翼梢小翼下的接地滑行轮7在起飞前既支撑了串翼自身的重量,又保证了飞机在航母上移动、滑行时,串翼与地面距离不变。可变式串翼型双翼机状态的固定翼舰载战斗机,通过使用下置前机翼1增加了飞机的机翼总面积,减少了翼载荷,起飞时所需的滑行距离和离地速度都随着减小,并可以做到满油满弹起飞。而下置前机翼1上表面的面积不小于飞机主翼50%即可。因为它采用了高升力翼型和较平直的机翼外形,安装的位置在两个发动机的进气区,使得前机翼上表面的单位面积产生的升力远大于飞机主机翼的。这在起飞阶段能够产生较大的抬头升力,大大减少了飞机前轮的滑行阻力,使固定翼舰载战斗机能够以更快的速度冲上滑跃跑道。前机翼内油箱的燃油量还兼有调整起飞阶段飞机配平的功能,并将大量的燃油携带升空,可大大增加固定翼舰载战斗机的滞空时间。为了平衡下置前机翼给飞机带来的起飞阶段较大的抬头升力,原来在起飞阶段通常是提供负升力的飞机水平尾翼也可以调整为提供正升力的状态,这进一步增加了飞机起飞阶段的总升力。当飞机已经升空,不再需要下置前机翼给飞机带来的升力时,可以打开下置前机翼上的扰流板,以消除下置前机翼产生的多余抬头升力。在飞机进入稳定飞行状态,并将前机翼内油箱的燃油输入飞机的油箱和或其他副油箱后,下置前机翼就可以被弹射投放与飞机分离。此时可变式串翼型双翼机状态的固定翼舰载战斗机就变身为单翼机状态了。如果当时执行任务的条件许可,飞机可以保持可变式串翼型双翼机状态,以超长时间中、低速巡航飞行,并以可变式串翼型双翼机状态返回航母。

我国的隐身战机如果使用了可变式串翼型双翼机型,也可以轻松地以满油满弹的状态从我国现有的航空母舰上起飞。在较短的时间里就可以实现以码头装载上舰,从航母或是拥有直通甲板的大型两栖攻击舰上自主起飞,完成任务后在加油机配合下,直接返回陆地基地的作战方式加入航母舰队的海上作战序列。隐身战机在自主起飞进入稳定飞行状态,并将前机翼内油箱携带的燃油输入飞机的油箱和或其他副油箱后,下置前机翼就可以与飞机解脱,在打开的降落伞拖拽下被抛弃。隐身战机所用的下置前机翼如果采用隐身设计,同样可以让隐身飞机保持一定的隐身状态,以超长时间中、低速巡航飞行,并以可变式串翼型隐身双翼机状态返回母舰。在战时机场跑道部分受损的情况下,所有的固定翼战机都能够通过使用可变式串翼型双翼机型的方式,减少起飞时的滑行距离来保持升空战力。

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中国航母上的《鹰王》

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从中国航母上起飞的J-31

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