国外舰载机滑跃起飞关键技术分析

王 豪

（中国人民解放军海军驻南昌地区航空军事代表室，江西 南昌，330024）

0 引言

舰载机作为航母编队主要的作战力量，兼备防空、反舰、袭岸、两栖、反潜和登陆等作战任务，从海、陆、空三个层次、全方位展现了航母编队强大的作战能力。然而，严峻的外界环境对舰载机的总体综合设计提出了其特殊的要求，首先必须要保证舰载机在舰上的起落和存放，还要保证舰载机在海上气候环境中得以使用，这些均对舰载机提出了比陆基飞机苛刻得多的要求，因而形成了它不同于陆基飞机的设计特点。本文针对国外舰载机的滑跃起飞方式，重点分析其概念、原理、特点、现状及影响因素，为工程技术人员提供技术参考。

1 滑跃起飞概念、原理与特点

滑跃起飞又称斜板起飞，指舰载机依靠自身动力首先在航母飞行甲板跑道上加速滑跑，后经航母舰艏斜曲面甲板（又称滑跳式甲板或滑橇式甲板），使舰载机在离舰瞬间被赋予一定航迹倾斜角、向上的垂直分速度，使舰载机跃入空中，实现离舰起飞的方法。

滑跃起飞的原理是利用航母的上翘斜板使舰载机依靠自身的发动机动力加速滑跑离开甲板，获得正的轨迹角和垂直方向的速度，由于飞行速度较低，升力和推力在垂直方向上的分量不足以克服重力，而阻力远小于推力，因此在推力的作用下，飞机继续加速，在垂直方向速度减小到0之前，飞机升力和推力在垂直方向上的分量大于重量，飞机达到正常加速爬升点。

滑跃起飞方式使舰载机的结构简单、可靠性高，这种方式既省去了舰载机相应的弹射结构重量，又可以省去航母上的弹射器。但滑跃起飞也有一些缺点，与弹射起飞方式相比，采用滑跃起飞的舰载机离舰速度较低，一般低于最小平飞速度，为保证起飞安全，限制了最大起飞重量，将影响飞机的载油量，对舰载机的航程和训练效能会产生较大的影响。滑跃起飞时，发动机一般需开加力，油耗加大，减少了飞机的留空时间，并且飞机起飞所用时间较长，故导致航母甲板的利用率低及影响机-舰战斗力[1]。

2 国外发展现状

目前国外舰载机起飞方式主要有两种，即弹射起飞和滑跃起飞。这两种起飞方式各有优缺点。弹射起飞能发射大质量的飞机，但技术门槛高；滑跃起飞相对容易实现，但飞机起飞质量受到很大限制[2]。

滑跃起飞技术是20世纪70年代中期发展起来的起飞方式，它是由英国海军军官道格拉斯·泰勒首先发明的，该技术最先应用于“无敌”级航母上，“海鹞”舰载机采用短距起飞垂直降落的方式，与垂直起飞垂直降落方式相比，使“海鹞”舰载机的起飞重量、载弹量、作战半径均得到较大提高，从而提高了其作战能力。意大利和印度海军也随后仿效，采用了滑跃起飞技术。

20世纪80年代末，俄罗斯海军将空军型的战斗机Su-27，MIG29和攻击机Su-25进行了少量改进后，利用滑跃起飞技术，成功地使上述三种型号的飞机从航空母舰上起飞，证明了滑跃起飞技术可以作为非短距垂直起降舰载飞机的一种简单实用的起飞技术。几乎与此同时，美国海、空军也专门建立了斜板起飞跑道，使用F-14型舰载战斗机和F/A-18型舰载战斗/攻击机以及F-l5型战斗机进行了滑跃起飞试验，以研究滑跃起飞技术的良好效果，并探索陆基常规跑道被空袭破坏后，利用上翘斜板进行短距紧急起飞的可能性[3]。20世纪90年代定型的苏-33舰载机（见图1）也采用滑跃起飞技术。俄罗斯租用过乌克兰境内的“尼特卡”海军飞行训练中心作为舰载机飞行员的训练基地。“尼特卡”训练中心主要培养飞行员在航母甲板上的起降技能，拥有包括模拟航母甲板、滑降航迹定位器、无线电信标，以及光学助降系统等在内的全套航母训练系统。

法国也十分重视陆上模拟航母起降训练。法国的朗迪维肖模拟航母起降训练基地占地约950英亩，跑道长2700米，拥有10架“阵风”M型战斗机、50架“超军旗”攻击机和10架“隼”式飞机。在这里受训的飞行员有21%的时间用于白天陆上模拟着舰练习，6%的时间用于夜间陆上模拟着舰练习，另外73%的时间用在其他训练课目中。

目前国外采用滑跃起飞技术的国家有英国、俄罗斯、法国、西班牙、意大利、印度、泰国等。

3 滑跃起飞技术分析

3.1 滑跃起飞过程分析

滑跃起飞甲板由两段组成，前段为平甲板，末端为上翘斜板。滑跃起飞过程可以划分为5个阶段[4]（见图 2）。

1）平直滑跑段（Ⅰ） 飞机从起跑点到其质心到达斜板起始端点A；

2）斜板三轮滑跑段（Ⅱ） 过程终止于前轮到达斜板末端B点或前轮抬起离开舰面；

3）斜板两轮滑跑段（Ⅲ） 结束时飞机主轮离开甲板；

图1 苏-33舰载机从航母上滑跃起飞

4）半抛物飞行段（Ⅳ） 结束终点定义为“飞离点”，它具有两个特征，一是飞机的爬升率不为负值；二是飞机所受的向上的合力不小于重力，即飞机可转入正常爬升飞行或平飞加速飞行。飞机在“飞离点”上应满足 θ≥0 且 ny＞1；

5）正常爬升或加速平飞段（Ⅴ）

图2 滑跃起飞过程各阶段

上述5个阶段中，飞机在斜板三轮滑跑段受力最为复杂[5]，见图3；其中v为飞机的绝对速度，vr为飞机相对于舰的速度，α为迎角，γ为上翘角，θ为航迹角，φp为发动机安装角，P为发动机推力，L为升力，D为阻力，F为甲板摩擦力，G为重力，N1为主轮反力，N2为前轮反力。

图3 斜板滑跑段飞行受力图

3.2 滑跃起飞的影响因素

影响滑跃起飞的关键参数有[1，6]：

1）推重比

推重比越大，舰载机增速快、增升快、离舰时速度更大，离舰后的垂直方向动量也大，可提供足够的升力保障安全起飞。

2）升阻比

升阻比反映了舰载机的气动力效率，在相同推重比条件下，升阻比大的舰载机增升效率高、增升幅度大。

3）离舰速度

离舰速度通常小于水平方式中的起飞速度，甚至小于飞机的最小平飞速度，但须保证不能小于某一最小安全离舰速度。离舰速度越大，升力会更大，离舰后的爬升率会更大，下沉量会因此而减小，同时经过半抛物阶段达到正常爬升阶段的时间也会更短，有利于舰载机安全起飞。

4）滑跑距离

滑跃起飞时的滑跑距离是舰载机从起飞点到滑跃甲板末端的距离，当滑跃甲板形状和推重比等因素确定时，滑跃距离是否足够直接影响了滑跃起飞安全性。滑跑距离越长，加速时间越长，离舰速度越大。

5）甲板风速和环境温度

当甲板风速较大时，由于飞行动压以速度的平方关系增大，升力大大增加，爬升角和爬升率都相应加大，可改善滑跃起飞的航迹。由于舰载飞机离舰后的升力因甲板风速而增大，一定程度上缓解了舰载飞机离舰后法向过载太小的失重状态，改善了滑跃起飞过程中的品质。

高的舰面环境温度将使飞机发动机可用功率有较大幅度下降。

6）航母斜角甲板形状和出口角度

增大斜甲板的出口角提高了舰载机离舰后的初始迎角，增加升力，提高垂直速度分量，改善了滑跃起飞的航迹，但过大的斜甲板的出口角会使飞机的初始迎角过大，对起飞安全带来不利影响。

7）舰面运动

航母受风浪的影响将产生各种运动。可以把舰面运动分解为航母质心的平动和绕质心的转动，后者又可分为舰面纵摇、横摇、沉浮以及偏转。有研究表明，在起飞过程中，航母横摇运动对飞机起飞性能影响不大，因此在制定方案阶段，可仅考虑航母的纵摇和沉浮运动，这两个运动对起飞离舰后轨迹有影响。如遇到大风天气或海浪使得航母摇晃，发生纵摇、升沉，则此时离舰就比较危险。

8）起落架设计

飞机在滑跃起飞过程中，飞机所受的支反力随甲板斜角曲率、起飞速度、起飞重量增长而增长。起落架支柱的压缩速率不足以引起正常的缓冲阻尼，必须重新设计。另外，两主轮在斜板上滑跑时的摩擦阻力不同可能引起方向偏转，并且两起落架缓冲支柱的伸张长度如果出现差异，将引起起飞横侧不平衡，这些情况都会造成滑跃起飞离舰时纵向和横侧向的失衡，严重时会造成翼尖失速，引发事故。因此，起落架系统设计需特殊考虑。

4 结语

随着发动机技术和空气动力技术的发展，提高飞机的推重比和降低离舰速度成为可能，影响滑跃起飞的限制条件将进一步放宽。可以预见，滑跃起飞技术在一段时间内还将长期存在，尤其是与另一种起飞方式——弹射起飞方式结合使用，两者的综合使用将成为未来国外舰载机起飞的主要方式。