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艦載機著艦與陸基飛機著陸有什麼不同?

2021-12-27由 聊航空 發表于 歷史

你注意過飛鳥落地嗎?

你看到過猛禽捕獵嗎?

如果你有過觀察,將有助於你瞭解陸基飛機是怎麼著陸的,艦載機是怎麼著艦的,從而更好地理解艦載機著艦與陸基飛機著陸有什麼不同。

艦載機著艦與陸基飛機著陸有什麼不同?

飛鳥與猛禽

一、黑天鵝著水與陸基飛機著陸

黑天鵝著水與陸基飛機著陸,貌似八竿子打不著,怎麼扯到了一塊了?其實不然,很多事物都是相通的,瞭解了黑天鵝的著水,也就知道了陸基飛機是怎麼著陸的。

這是一組黑天鵝著水的照片,鳥兒無論著水還是著陸,都與陸基飛機的著陸過程極為相像,都可以劃分為飛行、下滑、平飛、飄落、滑水(滑跑)等幾個階段。

艦載機著艦與陸基飛機著陸有什麼不同?

圖1 黑天鵝著水過程

參見圖1,黑天鵝著水過程。

之1,飛行。夕陽西下,黑天鵝忙碌了一天,該返回它的棲息地了。

之2,下滑。一片水域出現在黑天鵝的眼前,這就是它的棲息地。黑天鵝認真觀察,仔細搜尋,尋找適宜的著水區域。很快,黑天鵝昂首挺胸,身體微微上仰,迎角增大,速度減小,平穩下滑,降低高度,接近水面,飛向預定水域。

之3,平飛。黑天鵝結束下滑,拉平,緊貼水面,輕輕扇動翅膀,身體進一步上仰,迎角繼續增大,速度繼續減小,保持平飛,緩緩接近預定水域。

之4,飄落。黑天鵝身體幾乎直立,接近失速,伸出雙腿,蹬向水面,阻力增大,升力減小,最終黑天鵝在平飄中稍一後仰,以一個失速動作便柔和地落入預定水域。

之5,滑水。黑天鵝順勢收起翅膀,划動腳蹼,轉入滑水狀態。

艦載機著艦與陸基飛機著陸有什麼不同?

圖2 飛機著陸過程

陸基飛機的著陸過程與鳥類大體相似,參見圖2,但控制過程大不相同。在漫長的進化過程中,著陸(著水)已經成為鳥類的本能,與生俱來。但是駕駛飛機,需要飛行員經過長期訓練,才能熟能生巧、人機一體。對於飛機安全著陸,參見圖3,有三大關鍵:①飛機下滑點的確立和下劃線的保持;②飛機拉平時機的把握和平飛高度的保持;③飄落時機的把握與飄落動作的完成。完成上述過程既依賴於飛行員的及時觀察與正確判斷,更依賴於飛行員對油門杆和駕駛杆的精準操控,只有做到了眼到、心到、手到,才能實現著陸過程的完美無缺。

艦載機著艦與陸基飛機著陸有什麼不同?

圖3 陸基飛機的下滑點與著陸點

民航業有“危險十一分鐘”的說法,指的是飛機起飛後的三分鐘和著陸前的八分鐘,這十一分鐘的特點是飛行員的操縱動作多、飛機狀態變化大、人-機-環境協調關係複雜、空中/地面各種突發情況隨時可能出現,一旦處置不當,極有可能導致嚴重飛行事故。資料表明,“危險十一分鐘”的飛行事故數佔到了整個飛行事故總數的70%左右。

二、魚鷹捕獵與艦載機著艦

魚鷹捕獵與艦載機著艦還真的有些距離,不像黑天鵝與陸基飛機那樣環環相對、絲絲入扣。因此,這裡追求的是二者之間的相近與神似,希望透過對較為熟悉的事物的描述,更好地瞭解陌生事物。

這是一組魚鷹捕獵的照片,無論是魚鷹還是其它猛禽,它們的捕獵過程都與艦載機著艦有幾分神似,都可以劃分為搜尋、俯衝、捕獵、復飛等幾個階段。

艦載機著艦與陸基飛機著陸有什麼不同?

圖4 魚鷹捕獵過程

參見圖4,魚鷹捕獵過程。

之1,搜尋。魚鷹在獵物經常出沒的水域上空盤旋。由於眼睛的特殊結構,魚鷹具有非凡的視力。視力範圍可以達到30多千米,可以發現10千米距離外的獵物,可以從2000多米的空中發現地面運動的小動物,甚至可以看清水下幾米處的魚類。

之2,俯衝。一旦發現有貼近水面活動的獵物,魚鷹立刻收緊翅膀,前伸利爪,在重力作用下疾速俯衝,射向水面。資料表明,魚鷹的俯衝速度可以達到130千米/時。

之3,捕獵。魚鷹看準水下獵物,或者從水面快速掠過,或者一頭扎入水中,利用其粗壯有力的腳趾,快速、準確、緊緊地鉗住獵物。長期的捕獵實踐與生物進化,使魚鷹練就了排除光折射現象的本能,捕捉水下獵物極少撲空。

之4,復飛。魚鷹緊緊地鉗住獵物,或者從水下衝出,或者從水面拉起,振翅高飛,飛向遠方。魚鷹不僅可以捕獲輕於自身體重的獵物,有時也會捕獲超過自身體重的大型獵物,可見其飛行能力之強。

艦載機著艦與陸基飛機著陸有什麼不同?

圖5 航母艦載機著艦過程示意圖

艦載機著艦與陸基飛機著陸有什麼不同?

圖6 航母飛行甲板示意圖

艦載機著艦過程中與魚鷹最為神似的當屬著艦與復飛,參見圖5。如果把艦載機比作魚鷹,那麼它要捕獲的不是水中的魚,而是航母飛行甲板上的攔阻索,參見圖6。攔阻索起到強制飛機減速,拉停飛機的作用。為避免掛索失敗時,艦載機衝入海中,艦載機著艦時發動機必須滿油門,一旦掛索失敗便立即復飛。不難看出,艦載機從著艦到復飛,與魚鷹從水面掠過完成捕獵與復飛有異曲同工之妙。

艦載機的搜尋與下滑與魚鷹也有幾分相似。在蒼茫的大海上,航母就是滄海一粟。要發現航母,真得認真搜尋一番,特別是在沒有指揮引導的條件下更是如此。從空中搜尋到完成著艦或者成功捕獵,中間必定要經歷一個過渡過程,這個過程對於艦載機就是下滑,對於魚鷹在大多數情況下都是俯衝,偶爾也有下滑。

如前所述,用魚鷹捕獵類比艦載機著艦,就是想用大家較為熟悉的事物來說明尚不熟悉的事物,希望這種嘗試有助於大家更好地瞭解艦載機的著艦過程。世界上的許多事物都是相通的,一些條件下可以觸類旁通,當然,相通不等於相同,世界上沒有兩片完全一樣的樹葉。

三、艦載機著艦與陸基飛機著陸的主要不同

艦載機的飛行員被譽為“刀尖上的舞者”,一個重要原因就在於艦載機的著艦過程極為複雜,對於飛行員來說,壓力極高、操作極難、風險極大。突出表現在艦載機著艦與陸基飛機著陸主要有三個不同:

降落環境不同

。航母飛行甲板上降落跑道的長度只有100多米,不及陸地機場跑道長度的十分之一,而且這個跑道還是運動的,並且隨著海浪上下起伏、左右搖晃。降落環境不同,是艦載機著艦與陸基飛機著陸的根本不同,並由此帶來了其它的一系列不同。

降落方法不同。

主要體現在三個方面:

一是艦載機著艦時取消了陸基飛機著陸下滑過程中的拉平、平飛和飄落三個動作,這是因為陸基飛機降落時,有足夠的跑道長度,可以透過拉平、平飛和飄落實現平穩著陸。而艦載機不行,完成拉平、平飛和飄落三個動作所需要的地面投影距離之和就超過了300米,這是艦載機無法接受的。

二是艦載機要求飛行員著艦後即將發動機油門推到最大位置。陸基飛機著陸後,將發動機油門拉至慢車位置,減速滑行,最終停車。而艦載機著艦時必須做好萬一掛索失敗立即復飛的充分準備,因此要求飛行員著艦後必須立即加大油門,以備復飛。直至確認掛索成功後,才能收回油門,完成著艦。

艦載機著艦與陸基飛機著陸有什麼不同?

圖7 艦載機尾鉤即將掛索

三是艦載機著艦依賴於攔阻索系統,保證艦載機的著艦滑跑距離在100米以內。航母飛行甲板著艦阻攔區一般設定四道攔阻索,第一道接近撞艦極限,第四道掛索失敗的風險極高,掛住二、三道攔阻索最安全。參見圖6、7,艦載機著艦時,如果位置正確,尾鉤將穩穩鉤住攔阻索,透過攔阻索系統迫使艦載機迅速減速,實現短距急停。

飛機設計不同。

與降落方法相對應:

由於艦載機著艦時取消了陸基飛機著陸下滑過程中的拉平、平飛和飄落三個動作,使艦載機的下滑點即為著陸點,參見圖3,艦載機著艦時將直接“撞向”甲板,從而要求艦載機的起落架和相關結構必須更加粗壯和結實。

由於艦載機要求飛行員著艦後立即將發動機油門推到最大狀態,之後如果掛索失敗,飛行員將立即復飛;如果掛索成功,飛行員將收回油門,關機停車。整個過程只有幾秒鐘,從而要求飛機和發動機的控制系統對於飛行員的操縱動作具有極好的靈敏性,同時發動機具有良好的加速性。

由於艦載機著艦高度依賴於攔阻索系統,因此無論是飛機還是機上人員和裝置都將承受極大的衝擊載荷,從而要求飛機整機結構、系統結構以及部附件結構等,特別是艦載機的尾鉤、尾框以及機身後段等都要足夠結實。尾鉤已經成為艦載機最醒目的獨特標誌,美國海軍的尾鉤協會就是以航母艦載機飛行員為主體的非營利性組織,並以尾鉤做為協會徽章的主體要素。

艦載機著艦與陸基飛機著陸有什麼不同?

圖8 美國海軍尾鉤協會徽章

可以看出,上述三個不同是逐層遞進的,降落環境不同引發降落方法不同,降落方法不同引發艦載機設計上的某些不同,最終結果就是艦載機著艦要比陸基飛機著陸所面臨的飛行環境更復雜、操縱難度更大、任務風險也更高。

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