正文 第22章 短距起飛垂直降落飛機(1 / 3)

英國皇家海軍對具備垂直起飛能力的戰鬥機的關注要追溯到1945年,當時需要快速反應的攔截機用於對付突破艦隊外圍防禦的日本神風特攻隊(Japanese Kamikaze)。在20世紀50年代人們相信,常規艦載機越來越快的著艦速度帶來的問題可以用垂直起降飛機來克服。然而,因為霍克P.1127型垂直起降飛機的性能都不如過時了的“海鷹”,所以海軍軍方最初對它的技術展示不是很感興趣,僅僅采購了彎刀型和海盜型戰鬥機替代海鷹型。1963年2月7日,1沒有著艦經驗的試飛員Bill Bedford駕駛編號為XP831的原型機,降落在“皇家方舟”號航母上。艦島為飛行員提供了懸停和降落的視覺參照物,龐大的飛行甲板使飛行員著艦很輕鬆。但是霍克P.1127型飛機確實給航母帶來了一些問題,當時“皇家方舟”號航母的艦長M.P.波洛克(Pollock)MVO DSC上校回憶說,當時這型飛機攜載的燃油不足以保證飛機從位於蘇瑞(Surrey)的頓斯福特(Dunsfold)機場飛到位於多爾賽特外的萊姆灣(Lyme Bay)試驗區。2於是它被部署到了更近的埃克塞特機場,但是“皇家方舟”號航母仍然需要向海岸接近到60英尺3的距離,使該飛機在著艦失敗後仍有足夠的燃料飛回埃克塞特機場。

自1945年後,海軍發布了一係列條文,要求新的航母持續改進可靠的CCA雷達、視覺助降係統和大量用於航空作業的高效指揮設施。英國海軍在1966年2月經受CVA01型航母建造計劃被取消的打擊後,規劃中的“海上垂直/短距起降飛機”的需求變得更加撲朔迷離,最初海軍希望直升機的滑行-傾斜指示器和導航雷達可以滿足夜間和惡劣天氣著艦的需要。位於貝德福德(Bedford)的皇家航空研究院被授予任務,評估艦上保障垂直/短距起降戰鬥機的特種設備,但是隨著海軍航空部的撤消,4滯後了檢驗垂直/短距起降飛機的前景的試驗工作,這導致了後續的實驗證明,幾項盲目開展的研究是徒勞的。因為大力支持垂直/短距起降飛機的突擊隊航母“堡壘”號艦長D.B.羅上校,促成了1966年“堡壘”號搭載P.1127原型機和韋塞克斯型直升機的試驗,積累了實踐的經驗,得出了上述讓人失望的結論。在他的報告中寫到,5P.1127原型機相對減輕了甲板作業的負擔,並且與直升機一同作業沒有幹擾。他強烈建議購買這型飛機部署在突擊隊航母上以支持兩棲作戰,並為艦隊提供有限的白天防空能力。他的想法在當時是相當進步的,但是在後續航母計劃被取消後,因為該機隻能白天出動,所以受到海軍軍務大臣Sir Varyl Begg的反對。他很少讓現實影響他對英國不再能維持航母的論斷,包括試圖用其他途徑維持航母艦載機的努力。

在受到短距起飛垂直降落戰鬥機起降作業潛在需求的強烈影響下,“無敵”級最終設計為支援航母(CVS),這種戰鬥機對跑道距離的需求影響了該級航母最終的噸位。因為有一條較長的平坦的艦島在右舷的甲板,對直升機作業的效率也有明顯提高。皇家海軍作戰需求處處長在1971年開始評估該型航母的設計對戰鬥機起降作業的潛力,61972年“海鷂(Sea Harrier)”戰鬥機獲得批準進行全尺寸研發,1973年該型航母的首艦鋪設龍骨。僅僅在1979年最後一種改進型“海王”直升機完成前的前幾個月,“海鷂”式戰鬥機按計劃最終與無敵級首艦的竣工同步完成。

夜間和惡劣天氣下降落的需求引起人們的關注,因為當時英國皇家空軍無意從有地麵控製雷達和長而且照明良好的主要機場之外的地方起降其鷂式戰鬥機。實際上,盡管英國已經進行了近十年的實驗,但是沒有積累任何除了白天和良好天氣之外短距起飛垂直降落飛機的作業經驗。在沒有很好的視覺輔助情況下,燃料所剩無幾的艦載機在海上減速並懸停在艦船附近,這將是困難的,因為負責測試的試飛員從來沒有在甲板上常規降落的經驗,無法與之進行比較。在皇家航空研究院發起的探索階段的研究成果是“獵兔犬”航線指示器/近距接近指示器(HAPI/CAI)。這些指示器使用3個獨立的能夠發射紅光和白光的平台來發送北約標準協議信號。這些指示器用於取代扇麵燈來指示接近區域,但是飛行員不能看到下降率,除非這種設備能夠快速的並有更正功能的輸入。雖然DLPS的綠色數字在半英裏外可以看清楚,艦船和飛機右舷都有5海裏外可見的綠燈,RAE的科學家們還是認為綠燈在半英裏外很難看清楚,所以這套係統沒有采用綠色燈光。“獵兔犬”航線指示器/近距接近指示器(HAPI/CAI)還是存在缺陷,在正確的下滑角顯示紅燈,不符合皇家海軍、美國海軍和北約體係的做法。後者采用紅色顯示角度過低的危險情況。投影燈給出精確的下滑角指示,即使是最輕微的偏離也可以通過手動控製進行微調。最終這個指示器裝在艦島飛行控製室的後方,從半英裏外的懸停轉換點到飛行甲板層上方50英尺的左舷正橫的懸停點,飛行員均可以看到下滑指示燈。7我把這種燈稱做甲板接近投射視域。

如何引導高速的噴氣式飛機回到母艦視距內的問題引起人們的關注,令人驚奇的是,即使飛機戰術導航係統近期在常規航母上有些拓展的應用,海軍航空兵戰鬥理事會因為飛機戰術導航係統是一種“在戰時不允許使用的”的主動發射器,所以對飛機戰術導航係統的作用持保留態度。最終用於在海岸丘陵地帶輔助降落的微波飛機數字引導設備(MADGE)在北約競標中脫穎而出,並投入艦上使用。這種設備使用視距內直線傳播的頻率(微波),因此比飛機戰術導航係統更加安全保密。美國海軍陸戰隊在“塔拉瓦”號兩棲艦上評估了類似的裝置,該裝置是陸戰隊遠距降落係統,但是並未推廣使用。航母上陸戰隊遠距降落係統的處理器通過位於航母尾部的發射機給出下滑角的信息,但是這種係統存在很多缺陷。它的作用距離隻有10英裏,因此不能在艦載機的作戰空域引導其返航。更糟糕的是,這套設備隻作用於艦艉90度的扇區,所以除非艦載機頂風平穩接近到母艦的後方,否則不能進行降落作業。在類似於SPN 35型的CCA雷達出現之前,海鷂戰鬥機隻能依靠航母上的導航雷達提供的方位指示,按照規定的高度接近航母。符合頻譜管控(Emission Control)要求時,“海鷂”戰鬥機可以用雷達鎖定母艦,進行接近。實踐證明,這種方法比用母艦的導航雷達的方法更加準確。

“無敵”號航母可以讓短距起飛垂直降落戰鬥機從450英尺的跑道上起飛,該跑道向左舷傾斜1度,為“海標槍(Sea Dart)”導彈發射架騰出位置,它的圍欄僅僅在敞開的前甲板後方。當時他們都停放在跑道的前端,艦載機可以加速到90節的初始起飛速度(IAS)。通常甲板上有20節的逆風,則艦載機離開前甲板時可以加速到110節,正好低於飛機後水平尾翼的旋轉速度。為了補償,飛行員讓噴嘴從水平位置旋轉50度,略微抬起機頭讓機翼受風麵積更大。大部分的飛機重量由發動機的推力承擔,但是仍有一部分力量向機尾方向,並讓飛機沿直線加速逐漸爬升。幾秒鍾後,當飛機速度增加到讓機翼產生常規飛行所需的足夠升力時,噴嘴向機尾旋轉,飛機即可正常飛行。這種短距起飛的方法讓飛機比垂直起飛時能夠多帶30%的負載。這樣就有可能有更好的表現。然而,一位當時服役的英國皇家海軍軍官對短距起飛垂直降落技術的進步有明顯貢獻,他就是當時正在南安普頓大學研究航空工程學的D.R.Taylor少校,他提出有旋轉噴嘴的艦載機滑躍起飛可以增強其在小型航母上的起降能力。隨後包括印度、西班牙、意大利和泰國等國家的海軍采用了此種方法,但是出人意料的是,美國海軍沒有采用此種方法。

P.1127/茶隼式/鷂式/海鷂式係列艦載機適應這種短距起飛方式,因為它們從設計開始就能夠懸停,它們有完全一致的飛行控製係統,當機翼不提供升力,普通飛行控製的翼襟麵沒有氣流通過而無法起作用時,這套飛行控製係統就發揮作用了。在依靠機翼飛行時,飛機由常規的電機、副翼和舵進行控製。當噴嘴在10度以內旋轉時,這些控製麵仍然可以工作,但是有些額外的矢量噴嘴開始工作,通過一組噴管導出引擎中的部分氣流,產生讓飛機縱傾、橫搖和偏航的力量。飛行員通過偏離正常工作模式來啟動兩套係統,控製小噴嘴的工作。當噴嘴處於水平狀態時,隻有常規控製麵板保持工作狀態。美國海軍陸戰隊選擇平飛方式,這樣可以為直升機的起降作業提供更大的空間,而且海鷂式飛機起飛距離基本上是在無敵級航母上的兩倍。然而,平飛方式讓艦載機在離開母艦15秒之內的高度上低速飛行。在夜間和惡劣天氣下,這就增加了飛行員的緊張情緒,一旦出錯,留給飛行員彈射的時間極短。英國式的短距起飛方式的另一個缺陷是海鷂戰鬥機常常不能以最大的重量從無敵級航母較短的跑道上起飛。

在D.R.Taylor少校的論文中,8他仔細研究了幾種更高效的短距起飛垂直降落飛機的起飛方式,包括使用彈射器,在壓縮空氣下快速延長的軟管,甚至頂端是一個帶有巨大杠杆的設備,類似於中世紀的投石機可以將艦載機像巨石一樣投射出去。實際上,這種係統將使飛機變得無法控製。最簡單的方法是,用弧線的斜坡即在前甲板的盡頭滑躍起飛,可以使飛機在離開弧線甲板的頂端時旋轉噴嘴方向,此時飛機的速度與平飛時的起飛速度相差無幾。這種效應可以使飛行甲板的跑道距離更短,飛機以更大的重量起飛,甚至以上兩種情況都可以實現。20度的滑躍可以讓飛機以同等起飛重量的情況下,起飛速度比平飛減小30節。在執行對地攻擊任務時,以艦載機最大起飛重量起飛,滑躍甲板起飛方式可以比平飛方式在末速度上減小30%,因為起飛距離與速度的平方成正比,甲板滑跑距離減小50%。在執行空戰任務中,艦載機掛載輕,對末速度的要求降低意味著速度可以降低40%,這樣滑躍甲板的起飛距離隻有平飛方式的1/。或者,在滑躍甲板上以更遠的距離開始起飛,末速度接近到平飛方式的末速度時,隻有4節速度的分量是向上爬升的。當艦載機有效的以額外的30節的速度逆風起飛時,每節額外的速度可以多攜帶66磅的負載,這樣就比平飛方式超載大約2000磅。