舰载机的矢量喷管化演进

邓涛

1994年，NASA将一架F/A-18加装了推力矢量喷口，用以研究F/A-18大迎角性能。

对舰载战斗机来讲，矢量推力（TVC）技术多用于短距起飞/垂直降落（STOVL）构型。不过，常规起降舰载战斗机与TVC技术并不排斥。毕竟今天的舰载战斗机大多是陆基型号的衍生版本，将后者的矢量推力喷管用于前者在理论上是可行的。当然，这不会是一个简单的拿来主义。

技术保守主义的问题

即便是陆基战斗机，TVC喷管也只获得了有限范围的应用，这意味着TVC技术并不成熟。而海军又一向以技术保守著称，这就决定了将TVC喷管用于舰载战斗机，首先要迈过思想上的那道门槛。

坦白地说，这取决于美国海军是否先有所行动。美国海军对于航空技术一惯保守，即便在冷战年代也是如此。从喷气式飞机上舰到隐身技术，始终比空军慢了半拍。冷战结束后又进一步冷却了美国海军对先进技术的热情，TVC技术迟迟没有用于舰载机也在情理之中。更何况，今天的美国海军仍然拥有地表最强大的海空力量，保守估计，其航母力量至少占全世界的8成左右。当然，或许这些航母平台搭载的F/A-18E/F与F-35C没有F-22、F-35A强大，但这只是相对而言。在其他国家的同类面前，它们仍然是强悍的存在。无论是数量还是质量都是如此。所以在美国海军眼中，TVC不是用来维持技术优势的必须，毕竟过度的技术也是一种浪费。某种程度上美国海军是一个风向标。历史经验告诉我们，一项没有经过美国海军验证的前沿技术，很难有别的国家愿意当这个出头鸟——技术试错的过程从来都代价不菲一当然英国人或许除外。

然而，随着美国的国防战略重归大国竞争，就不能排除海军对TVC态度的由冷转热，将之视为“抵消战略”（用技术优势抵消对手的数量优势）的一个可行选项。说穿了，海军所谓的技术保守主义，归根到底反映的是威胁环境——威胁强一些，保守就要消退一些。

TVC舰载机的优势

舰载机的使用环境有其特殊性，TVC技术是否有助于满足这些需求，这还得具体问题具体分析。

首先是短距起降。合理的利用TVC技术无疑将大幅度提高舰载机的短距起降能力。舰载机起飞时，推力矢量不但可以产生直接升力，还能利用推力矢量产生抬头力矩，使飞机在较低的速度下抬起前轮，增大迎角，尽快离地。1989年5月16日，F-15 STOL/MTD验证机进行了安装推力矢量喷管后的首飞。试飞表明在同等起飞重量下，推力矢量喷管能使起飞滑跑距离降低25%（一说38%）。在后续试飞期间F-15 STOL/MTD又进行了多次推力矢量起降，抬前轮速度低至67.6千米/时，最短的降落距离低至416米，而标准F-15的降落距离为2286千米。将这种能力用于航母甲板的方寸之间是很自然的想法。事实上，世界上第一种装备推力矢量喷管的喷气式军用飞机就是一架舰载机——美国海军A-6攻击机的原型机——绝非偶然。该机的尾喷管在起降时可下偏产生直接升力，用于提高起降升力，降低起降速度。虽然由于技术不够成熟的原因，推力矢量喷管最终在量产型版本的A-6上被放弃，但这已经很能说明问题了。

航母是一个系统工程，舰载机只是其中的一部分。这个系统工程除了单纯的性能考量外，最重要就是成本问题了。十万吨级核动力超级航母的使用成本在每天百万美元级，造价更是天文数字。造价高达129亿美元的“福特”级已经让美国国会大呼吃不消了。所以在2016年預算案中，便责成美国海军研究降低航母造价和寻找“福特”级替代方案的问题。2017年10月6日，兰德公司为此发布了题为《未来航母选择》的研究报告，仅从公开的缩略版来看，兰德公司为美国海军建议了4个用来替代“福特”级的选项：CVN 8X，CVN LX，CV LX，CV EX。这些选项从10万吨级到2万吨级不等，但即便是10万吨级的CVN 8X，也是“福特”级的简化版本，着眼点在于以适度的性能缩减来换取成本的可控。由此可见，在航母系统工程的建设中，造价与成本因素的重要性。但这与TVC提供给舰载机（战斗机）的短距起降能力有关么？答案是肯定的。航母的最高航速越大，舰载飞机的离舰速度越高，起飞重量越大，战斗力越强。假定在航母静止状态下弹射可使得30吨重的典型舰载战斗机达到270千米/小时的离舰速度，那航母速度从25节增加到30节可使机翼升力增加3%，也就是说，飞机可额外携带大约800千克的有效载荷，这是相当可观的。但巨大的航母要提高速度，动力代价必然巨大，并且不可避免地转嫁到成本上来。增加弹射功率是相对简单的办法，但无论是蒸汽还是电磁弹射器，归根到底都是从动力上打主意。大量的研究表明，从28节到34节，在这个速度范围内，航母平台功率与航速大体成立方关系。适当降低对航母最高航速和弹射功率的要求，可显著降低对动力功率要求，也就是降低成本。CVN 8X降低成本的一个重要举措，就是将航速由“福特”级的30节降低到28节，从而省下1台反应堆。退一步来讲，即便不考虑成本因素。TVC为舰载机提供的短距起降能力，对于某些关键技术储备相对落后（如航母平台动力），但又致力于发展航母的新兴海军国家来讲也是有意义的——比如法国海军的“戴高乐”号就由于动力不足，最高航速还不到27节。这是一个相当难堪的数字，对航母的作战效能造成了不小的负面影响。

除了缩短起降距离之外，TVC技术还能提高舰载机的敏捷性。而改善这种能力，对舰载机的使用环境来讲有着特别的针对性。舰载机的着舰经常被形容成在针尖上跳舞或者是受控的高速坠落，这与陆基飞机的着陆方式完全不同。下滑角和下沉率是影响飞机下滑轨迹的两个重要因素，要控制飞机在理想着舰点上安全着舰，就必须明确着舰过程中的下滑角和下沉率范围。在着舰过程中，只有将舰载机保持在这两个指标的设计范围内，才能保障安全。但在航母平台运动、尾流和自然风的影响下，舰载机下滑着舰时的实际下滑角和下沉率随时都在发生变化。虽然从进入下滑道窗口到着舰仅仅30秒时间，但飞行员则需要反复调整飞行姿态，以确保飞机在正确的下滑通道内。例如，F/A-18E/F“超级大黄蜂”飞行员在实施着舰的最后18秒内，就需要对航线、攻角和速度进行数十次微小的调整。因此降落是舰载机飞行作业最危险的阶段，也是飞行员淘汰率最高的阶段。而引入TVC技术无疑将提高飞行员对舰载机进场着舰时的精确控制能力，这相当于降低了着舰难度，并使飞行员的安全着舰更有保障。

责任编辑：王鑫邦

航母是个系统工程，某种程度上舰载机也是这个系统的一部分。舰载机性能的提升等同于降低了航母的设计难度，从而节约了整个系统的费用。图为正在对弹射器进行维护保养的“林肯”号航空母舰。