艦載戰鬥機起降技術發展分析
原標題：艦載戰鬥機起降技術發展分析
光學助降設備
彈射機構
電磁攔阻裝置
滑躍起飛
航空母艦是當今世界上擁有強大綜合戰鬥力的海上「堡壘」，而艦載戰鬥機是航空母艦的主要攻防武器平台，是形成航母戰鬥群作戰能力的基礎和根本。由於航空母艦在海上受到海浪的作用，總是在不停地搖擺和升沉運動，並且航空母艦尺寸有限，因此，能否實現在航空母艦上安全起降是艦載戰鬥機最主要的問題。
艦載戰鬥機有四種起飛方式（自由滑跑、垂直/短距滑跑起飛、滑躍起飛和彈射起飛）、兩種著艦方式（垂直著艦、阻攔著艦），本文就艦載戰鬥機的各種起降方式及起降技術發展趨勢進行簡要的介紹。
一、艦載戰鬥機的起飛技術
在早期的航母上，由於艦載戰鬥機重量輕、安全離艦起飛速度低，因此艦載戰鬥機通過自身動力，利用有限長度的飛行甲板就能直接起飛。二戰後，特別是噴氣飛機的出現，艦載戰鬥機的起飛方式發生了變化，起飛方式主要有垂直/短距滑跑起飛、滑躍起飛和彈射起飛等。
垂直/短距滑跑起飛方式是利用航空發動機推力矢量控制實現起飛的，其主要應用在輕型航母上。滑躍起飛方式是採用航母艦艏部的上翹甲板結合大推重比的航空發動機實現起飛的，其主要應用於如蘇聯/俄羅斯「庫茲涅佐夫」級中型航母的米格-29K、蘇-33艦載戰鬥機的起飛作業上。彈射起飛方式是利用母艦上布置的彈射裝置，在一定距離內對艦載戰鬥機施加牽引力來達到艦載戰鬥機的離艦起飛速度，其主要應用於大型/中型的攻擊或多用途航母上，如美國或法國的現役航母。
（1）滑躍起飛
滑躍起飛又稱斜板躍飛或斜曲面甲板起飛。它是指艦載戰鬥機先依靠自身動力在航母水平甲板上滑跑，後經航母艦首斜曲面甲板（一般與水平面呈6°～20°斜面，又稱滑跳式甲板），使艦載戰鬥機在離艦瞬間被賦予一定航跡傾斜角和向上垂直分速度，使艦載戰鬥機躍入空中，實現離艦起飛。目前採用滑躍起飛的國家有英、俄、西班牙、義大利、印度等。
20世紀90年代以前，滑躍起飛航母均為小型航母，而小型航母的艦載戰鬥機數量種類有限，限制了航母的遠洋作戰能力，但這主要受到航空技術本身發展程度的制約，不影響滑躍起飛技術的先進性。隨著航空技術的發展，出現了推重比接近或超過1.0的現代高性能飛機，它有良好的起飛加速性，僅藉助於斜板即可安全、可靠起飛。
滑躍起飛有以下優勢：①與水平增速滑跑升空方式相比，在起飛重量和推重比相同的情況下，可使滑跑距離減少60%。②結構簡單，造價低廉，不需對飛機作較大改進，且具有操作簡單、安全性好等優點。③可簡化航母設計、降低造價、節省訓練和維修費用。
當然，滑躍起飛也有其缺陷：①對艦載戰鬥機的飛行性能要求高，需要具有足夠的推重比，以及要有大的升阻比和較好的安定性和操穩性能。②需要較大面積的作業甲板，不利於艦載戰鬥機在艦首停放，使航母的載機數量減少，在一定程度上影響航母作戰威力。③滑躍起飛所需的跑道長度大於彈射起飛的長度。④採用滑躍起飛方式時，發動機一般需開加力，油耗加大，使飛機留空時間減少，使其執行任務的能力大打折扣。
（2）彈射起飛
彈射起飛是指用彈射器給艦載戰鬥機施加外力，使其迅速增速而「彈射升空」。蒸汽彈射起飛方式是目前應用最廣泛的起飛方式。
彈射起飛的過程是：首先，升降機把飛機提升到飛行甲板上；彈射起飛前，飛機依靠自身動力滑行到彈射起飛點就位，掛彈射鉤和鉗制釋放鉤。彈射器啟動後在2～3秒內把飛機加速到接近300千米/時的速度，在彈射衝程末端脫鉤離艦。離艦後迎角增大到起飛狀態，然後進入爬升。彈射起飛過程是在行程90米左右的平甲板上進行的，縱向過載峰值高達4～5g，飛行員在短時間內將失去協調操縱的能力，離艦後飛行員一般無法立刻有效地操縱飛機。在彈射衝程末端，為使飛機脫開彈射滑塊後迅速增大迎角，前起落架設有突伸機構。由於彈射起飛過程中作用在飛機結構上的載荷很大，因此對起落架及彈射結構部件的強度要求更為苛刻。目前，美海軍艦載戰鬥機全部採用這種起飛方式，法國、巴西、阿根廷等國的航母上也採用了該種起飛技術。
彈射起飛具有以下特點：
a）降低了對艦載戰鬥機的要求。無論是什麼型號、種類、起飛重量多大、推重比多少，均可通過彈射器的彈射離艦起飛。
b）保證多架艦載戰鬥機以較短時間間隔起飛作戰。如美國「尼米茲」級航母上配置的4台C-13彈射器，在同時工作時，可使起飛間隔僅為15秒。
c）彈射器技術難度大。目前世界上只有美國能設計製造彈射器。在使用和維修過程中，彈射器的關鍵部件——開口汽缸和密封帶的冷作加工、形狀校準、密封恢復等操作過程不僅需要高超技術，而且還應具有相當的經驗。
d）彈射器重量重、體積大。如「尼米茲」級航母上的四台C-13彈射器重量為2800噸，體積為2265立方米，佔用了70多平方米的甲板艙室空間，影響其他武器裝備的配置。
二、艦載戰鬥機的著艦技術
對艦載戰鬥機飛行員來說，著艦的真正考驗要大於起飛，因為從空中看，航母就像漂浮在汪洋大海上的一片樹葉，海上氣候十分惡劣（如大風、颱風、海霧和潮汐等），不斷搖晃的著艦甲板，相對陸上機場要狹窄很多……這些都使艦載戰鬥機的著艦難度遠大於陸地著陸。據統計，著艦階段所有時間只佔整個任務飛行過程所用時間的百分之三左右，但卻有三分之一以上的飛行事故多發生在這一階段。因此在艦載戰鬥機飛行的各個階段中，安全著艦是最困難的任務之一。
目前，世界各國航母艦載戰鬥機的著艦方式有兩種，分別是垂直著艦、阻攔著艦。中小型航母上搭載的垂直/短距起降飛機，如「海鷂」戰鬥機，一般採用垂直降落方式。而大型航母一般採用阻攔著艦方式。
阻攔著艦方式採用攔阻索裝置和攔阻網（又名防沖網）裝置。攔阻索裝置在正常情況下是艦載戰鬥機縮短著艦滑跑距離的裝置；攔阻網是在艦載戰鬥機處於危急情況下著艦時使用的應急設備。將在航母上降落的艦載戰鬥機首先要進入環繞航母的環型航線以降低飛行高度和速度，在降落時艦載戰鬥機的速度要降低到幾乎失速的地步。飛行員將放下起落架、襟翼與減速板，將攔阻鉤放下，維持一定的速度和下滑速率，航母上的降落官指揮艦載戰鬥機降落。在航母的飛行甲板布置有四條攔阻索，飛行員必須讓艦載戰鬥機攔阻鉤掛上其中一條，理想著艦點是第2、3索，同時必須將發動機開到最大，這樣假如沒有掛上攔阻索的話，可以在最短的時間內離艦升空，再次加入著艦航線。
攔阻網是一張橫向張開在著艦區的巨大尼龍網，一般設在第3根和第4根攔阻索之間（平時不架設，應急情況下幾分鐘就能臨時架設完畢），寬略大於攔阻索，可承受的衝力大於攔阻索，當艦載戰鬥機因故不能放下攔阻鉤或因其它故障不能正常著艦時，使用攔阻網，艦載戰鬥機沖入攔阻網後，一般會連機帶網衝出40～50米後停下來，不但所用的攔阻網而且艦載戰鬥機也會受到一定程度的損壞。
艦載戰鬥機要想安全的降落在航空母艦上，必須依靠一系列的助降措施。這些措施主要包括設置助降裝置以及配備降落引導人員等。航母上的助降裝置主要包括「菲涅爾」透鏡光學助降系統（FL0LS）和攔阻索、攔阻網等。近幾年，隨著電子技術不斷應用於航母，又出現了「全天候電子助降系統」。此外，艦載戰鬥機的全自動降落技術也得到了長足的發展。航母上的降落引導人員中最重要的是著艦指揮官，他負責控制各種助降裝置、引導飛機降落。早期的螺旋槳飛機，艦載戰鬥機是由航母著艦指揮官用信號旗和信號牌引導著艦。二戰後，由於噴氣式飛機的進場速度較高，引導方式採用菲涅爾透鏡光學助降系統的人工引導著艦。
三、艦載戰鬥機起降技術的發展趨勢
（1）電磁彈射
電磁彈射系統採用了先進的檢測技術和閉環控制技術，具有彈射性能好、重量輕、佔用空間小、適裝性好、可靠性高、所需人力少等突出優勢，與蒸汽彈射方式相比，電磁彈射能量利用效率提升近10倍。
電磁彈射系統從冷態到彈射準備好只需不到1小時的時間，快速反應能力強，系統可靠性大大優於蒸汽彈射器。
蒸汽彈射器的絕大部分能量都被排出的大量蒸汽帶走，而電磁彈射系統的效率明顯提高，這意味著電磁彈射減少了對艦上動力系統的需求。
電磁彈射系統體積小、質量輕，有利航母總體布局，節省費用。
當然，電磁彈射技術也存在一些問題，主要難點包括高效儲能、直線電機和彈射控制等。但是，電磁彈射器代表了未來航母的發展方向，美軍已經在「福特」號航母上配備電磁彈射系統，同時，英國和俄羅斯等國也在進行相關研究工作。
（2） 自動著艦系統
為克服惡劣天氣、海況對著艦的影響，降低飛行員的著艦負荷，美國海軍提出了自動著艦系統，特別是在大氣擾動、甲板運動、低能見度及飛行員飛行疲勞等情況下，自動著艦系統更為重要。
自動著艦系統由艦載設備和機載設備兩大部分組成。艦載設備包括精密跟蹤雷達、數字計算機、穩定裝置、顯示控制台和數據傳輸編碼/發射裝置等；機載設備則由數據傳輸接收/解碼裝置、進場/著艦耦合器、飛行控制系統和自動油門系統等組成。
飛機進場窗口離航母約32千米，進場導引由儀錶著陸系統完成。當飛機進入跟蹤雷達截獲窗口後，由自動著艦系統完成著艦導引。艦載精密跟蹤雷達捕獲並跟蹤飛機，系統將所測得的飛機空間位置信息與甲板運動信息輸入計算機，處理後與預先設定的理想著艦軌跡比較，得出空間位置誤差信息，經導引律得到的控制指令以數據鏈形式發送至飛機，由飛控系統和自動油門系統不斷糾正飛行軌跡，以期使飛機按設定的理想軌跡著艦，若實際軌跡超過著艦安全區，復飛決策系統發出復飛指令，迅速停止著艦運動進入逃逸/復飛模式。
（3）精密著艦的先進控制與顯示技術（即「魔毯」MAGIC CARPET）
為降低人工著艦操縱負荷，提高著艦安全性和回收效率，結合當今飛控、航電和動力技術的發展，美軍提出了精密著艦的先進控制與顯示技術（即「魔毯」）,並於2016年在F/A-18E/F飛機上取得初步試驗驗證結果。
「魔毯」本質上是飛控系統在進近著艦過程中的一種工作模態，控制律設計核心是採用綜合直接升力控制技術，實現著艦階段姿態與下滑軌跡的解耦控制，並應用動力補償技術，實現迎角與速度自動保持，平顯的顯示內容根據「魔毯」技術的操作需要，進行補充和裁剪，增加顯示下滑道誤差、對中誤差、指令的幅值、接通的控制律模態、HOTAS指令以及多功能下顯等信息，以便飛行員可以快速、準確、可重複地修正誤差，提高著艦精度，優化著艦流程，簡化飛行員操縱負荷，提高艦載機著艦成功概率和安全性。
「魔毯」技術優勢為：①降低飛行員操縱負荷。②減小飛行員著艦操縱難度。③觸艦更加精準。④著艦更加安全。⑤出動架次率更高。⑥艦載戰鬥機機體疲勞壽命得以改善。
（4）電磁攔阻
現役航母上使用的攔阻裝置均為液壓攔阻系統，主要由攔阻索、滑輪組、液壓制動缸、蓄能器四大部分組成。液壓攔阻裝置對艦載戰鬥機著艦的重量和著艦速度都有嚴格的要求，即使如此嚴格要求，艦載戰鬥機著艦時拉斷攔阻索的情況依然時有發生。為了優化攔阻效果，提高回收速度，美國開發了電磁攔阻裝置，並在即將服役的「福特」號航母上部署該裝置。
與液壓攔阻裝置相比，電磁攔阻裝置具有重量輕、體積小等優勢。電磁攔阻裝置由液體渦輪阻尼器、錐形捲筒、電磁阻尼器三部分組成，沒有最大的液壓制動缸。電磁攔阻裝置可把制動載荷波動控制在1%之內，在攔阻艦載戰鬥機的動態過程中，位於攔阻索兩頭的電動機能夠根據制動過程中的載荷變化主動調整攔阻索的張力峰值，精確控制戰鬥機著艦攔阻鉤的受力，並且能夠通過調整攔阻鉤兩側攔阻索的長度，使艦載戰鬥機滑行出著艦區後停止，不需要再移動就可進行下一架艦載戰鬥機的著艦作業。
電磁攔阻裝置具有以下優勢：①制動載荷非常平穩，可延長艦載戰鬥機的壽命。②制動阻尼參數變化靈活，提高回收速度。③維修簡單，有效降低運行費用。④降低著艦危險發生概率，增加著艦安全性。
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