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第5章 甲板起飞简介

所有大气层飞行器都依靠升力克服重力起飞,舰载机的升力来自自身的配套气囊,气囊中充满轻于空气的气体,例如氢气,只要舰载航空器及其携带气囊的总重小于它所排开空气的重量,它就会获得足够的升力来克服重力,从而上升。有翼飞机通过在水平面滑行来获得升力,传统的机翼附加在机身,飞机必须通过滑行来产生超过自重的升力,直升机机翼,即所谓旋转叶片,通过在机身上方旋转产生升力,直升机本身不需要滑动,直升机还能在空中悬停。在过去50年的喷气式起飞中,通过旋转喷嘴和安装垂直升力发动机,固定翼飞机能够垂直起飞和降落。

机翼剖面有一个指标称为最小速度,与此速度对应的升力不足以维持飞机起飞。机翼剖面有一个称为最大速度的指标,当飞机达到此速度时,发动机产生的推力不足以克服机翼在空气中运动产生的阻力。当作用在飞机上的各种力相互平衡时,即升力与重力平衡、推力与阻力平衡时,飞机就处于稳定飞行状态。一只机翼产生的升力的大小与飞机速度大小的平方成正比,这就是所谓的“V方定理”。因此,当关闭节流阀减小推力时,升力迅速下降,如果不采取正确措施,升力丧失导致机头下掉,飞机在重力的作用下快速下落,直至重新获得足够升力,这就是所谓的飞机失速,失速发生时飞机的速度称为失速速度。军用飞机,例如战斗机的机翼用来产生高速,它的失速速度也相对较高。为了在航母上降落,飞机的降落速度要低,稍大于失速速度即可,而为了战斗,飞机又需要较高的速度,设计师们不得不在两者之间采取折中方案。

飞机装备有测量周围气团即时相对速度的装置,即仪表空速(IAS)。仪表空速没有考虑风速,因此不能像汽车测速装置那样给出相对于地面的速度。根据温度和不同高度的气压校正后的复杂计算非上述解释能说清,且与飞机在航母甲板起降无关。海军飞机的空速以节,即海里每小时为单位。

飞机相对于周围空气飞行。当从陆地上的跑道起飞时,升空速度由飞机的重量和翼型决定,升空速度和加速滑行距离为常量。风中起飞不会降低升空速度,但会缩小滑行距离。例如,当风速为15节时,升空速度为100节的飞机与在无风条件下升空速度为85节的飞机的滑行距离相同;相反,升空速度为100节飞机逆风起飞时需要滑行的距离,与无风条件下升空速度为115节的飞机的滑行距离相同。

当飞机从甲板上起飞时,舰船相对水面的速度作为飞机相对空气速度的一部分。航母总是在风中出动舰载机,通过增加自身的速度来更大幅减少一定重量的飞机达到升空速度所需滑行的距离。如前例,如果飞机从航速为25节的航母上出动,升空速度仍为100节,但在它松开刹车沿甲板滑行前,它已获得了40节的速度,包括15节的风速和25节的舰速,它与升空速度为60节的飞机需要在甲板上滑行的距离相同。

飞机采用弹射方式起飞时,设备要求获得的速度称为“初速”,液压传送装置及其牵引飞机能够获得相对甲板的速度。如果前例中的飞机从英国的BHⅢ液压气动弹射器起飞,它可获得的固定初速为66节,离开甲板的空速为106节,即15节的风速、25节的舰速再加上弹射器的速度,如果例中的航母能达到30节的航速,飞机通过弹射起飞仅需要4节的风速。

在降落中,飞机恢复至起飞速度,但正如起飞一样,舰速对着舰也有影响。以早期的飞机为例,它们使用燃料并可能携带弹药,航行中的重量低于起飞重量,减小了它的失速速度。在着陆航线上,飞机以90节的仪表航速进场,此时航母的航速为25节,风速为15节。因此,飞机相对甲板的速度为50节,其能量被制动后轮所消耗,制动后轮的相关参数包括飞机着陆重量和相对甲板的速度。垂直降落或前冲量很小的飞机,不需制动后轮就能停下来。

“猎兔犬”AV-8型飞机配置了“飞马”型发动机,该型发动机使得从飞行甲板操纵固定翼喷气式飞机有了一个重大的变化。传统飞机在正常飞行中都利用机翼产生升力,起飞时加大引擎推力增加起飞速度,下降时减小引擎推力来减小飞行速度以便进场。飞行员将发动机喷嘴向下旋转90度,启动发动机到最大功率,当发动机推力超过飞机重力时,飞机就离开地面了,这就是所谓的垂直起降,简称为“VTOL”。发动机能负载的最大机重小于飞机的最大允许重量,但是,VTOL对飞机携载的燃料、武器数量有限制,该问题可以通过“转动”或短距起飞技术予以解决。典型情况下,飞机喷嘴向下旋转45度,当飞机离开甲板时,机翼升力增加,这项技术被称为“短距起飞,垂直降落”,即STOVL。第17章描述的“滑翘起飞”,更进一步地增大了STOVL起飞所能承载的飞机重量。当油料和弹药用完后,重量小于发动机最大推力时飞机在甲板上空盘旋,然后垂直降落在甲板上。

在正常飞行中,如果没有风,“猎兔犬”仅依靠传统的升降舵、副翼和方向舵还无济于事。为了控制低速飞行,飞机装有一套备份系统,当飞机喷嘴旋转到水平面下10度时,该备份系统发挥作用,而传统的装置继续发挥着作用,此外,一些接通引擎喷射高压气流的喷气装置,通过气管接到飞机上,驱动飞机俯仰、翻滚和偏航。飞行员通过操纵控制杆、脚蹬等常规方法来控制喷嘴、激活上述两套系统。飞机出动后,引擎喷嘴回到水平位置,喷气装置也被关闭。飞机从盘旋到航行,再减速进入盘旋状态,即是发动机推力渐增至额定值的过程。

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