谈飞机的舰载适用性
本文原载于1997年7月的《Code One》杂志
翻译：无定河边骨
海洋上的大浪、低温、强风、还有腐蚀性盐碱的侵蚀对于人员和机械来说是一个相当苛刻的环境。航空母舰和两栖攻击舰艇需要有坚强的力量和足够的尺寸来应对这样的工作条件。但是，飞机在这些舰船上的运作，却是一件依赖于策略性和灵活性的事情。尽管这些舰船是如此的庞大，但它们的甲板空间却是非常宝贵的，每架飞机都在和它所占据的空间进行竞争。
飞机在这种严酷环境下进行使用的有效程度被称之为舰载适用性。一架具备舰载适用性的飞机应当具有在昼、夜间所有气象条件下良好的弹射和着舰回收性能。它应该增强起落架和机体框架的强度并增加用于短距离起降的专用设备。它应该具有良好的甲板操作性能并兼容操作与维护设备。此外它还应该可靠耐用并且能够在有限的飞行甲板和机库甲板中方便地进行维修。
当前美国海军的航空母舰都处于9万吨级排水量的级别，整体长度接近1,100英尺。它们有4台蒸汽弹射器用于飞机弹射。两台弹射器位于船首；另外两台位于航母舰桥附近的斜角甲板上。斜角甲板上的四道阻拦索用于回收飞机。对于紧急着舰有一道阻拦网可以用于快速应急。通常情况下航空母舰配置一个航空联队进行海上行动，包括七十六架固定翼飞机和六架直升机。
在携带指定任务挂载起飞以及携带指定回收挂载着舰时，舰载飞机必须满足特定的“甲板风”要求。在必要时，航空母舰必须用自己的航速来增大自然风速以达到弹射及回收飞机所要求的风速。满足舰载适用性的飞机应该最小化对这些数值的要求以提高航空母舰的战术灵活性。
进行弹射时，飞机在弹射器超过20万磅牵引力的拉动下获得足够的飞行速度。进行着舰时，着舰勾挂上一条阻拦索之后可以在350英尺内让飞机停下来。美国海军的航空母舰使用前起落架弹射系统和高强度的主起落架来应对弹射和着舰时产生的负载。机身结构本身必须承受的住接近每秒26英尺的下沉率，即飞机接触到甲板时的垂直速度分量。
美国海军的LHA和LHD两栖攻击舰大约有4万吨的排水量，820英尺长，要比美国海军的航空母舰小的多。这些L级的舰船载有6到8架具有短距离起飞、垂直降落能力的飞机和大约30架的直升机。
这些舰船是为支持多种方式的两栖攻击和作战部队及装备的快速运输而设计的。它们同时也向地面部队提供担负近距离空中支援任务的飞机。上述任务通常会同时进行，因此这些舰船相对较小的甲板必须得到有效的利用。甲板上的活动将会是非常的繁忙，固定翼的飞机要与CH-53“海上种马”直升机或者是CH-46“海上骑士”直升机竞争使用空间。
由于没有阻拦索和着舰勾，对于在这些舰船上使用的海军陆战队垂直起降飞机的强度要求要比航空母舰的舰载机小的多。但是，这些飞机的设计也必须要满足在恶劣海况下接近每秒15英尺下沉率的着舰要求。
当在L级两栖舰和海军航空母舰的平坦甲板上使用时，海军陆战队AV-8B“鹞”式战斗机的飞行员采用短距离起飞的方式。在起始阶段，飞机的刹车限制住发动机提速阶段飞机的移动。当松开刹车之后飞机将直接在加力状态下沿着甲板加速滑跑。当飞机获取到足够的速度之后，飞行员将飞机转入爬升及推力助升的综合模式开始起飞。尽管舰船最大的有效飞行甲板长度只有750英尺，但海军陆战队更喜欢在更短的空间内完成起飞，以便同时进行直升机的起降。
英国皇家海军拥有三艘“无敌”级航空母舰，称之为CVSG。该级航母的排水量大约为2万吨，总长度约为670英尺，要比美国航母和两栖攻击舰小的多。在海上行动时它们一般携带18架飞机，其中包括“海鹞”战斗机和一些直升机。CVSG最大能够携带24架飞机。
这种英国皇家海军舰艇飞行甲板的前端有一条150英尺长的“跃飞”斜坡。斜坡上升的高度和20度的脱离角度给飞机提供了一个向上的推力，可以增加数千磅的起飞负载。海鹞与美国海军陆战队使用的AV-8B鹞式战斗机一样，都是短距起飞、垂直降落的飞机。
无论是在L级的两栖攻击舰上，英国皇家海军的CVSG上，还是美国海军的航空母舰上，短距起飞、垂直降落的飞机在着舰时都是通过将机翼升力飞行状态改成喷口向下喷气的飞行状态进行垂直着舰的。这种飞行能力增加了飞机设计的复杂性，因为升力必须完全由发动机的推力来提供。理所当然地喷气的温度、速度以及噪音必须适合于舰船并且不至于危及飞行甲板上的工作人员。
甲板操作，或者详细说是飞机如何与飞行甲板及机库的活动相协调，是另外一项海上飞机所要具备的重要功能。在这些舰船上空间都是很拥挤的，机库中也只有有限的空间用于飞机维护。设计人员必须考虑到让整机外形的几何大小、起落架设计以及装备更换能够适用于这种狭小的空间。具备良好甲板操作性能的飞机尺寸上都很紧凑，并且重量较轻，经受得起恶劣海况下的颠簸，不妨碍甲板及相关设备的使用，易于进行加油和维修。这些性能将使之能够迅速为新的任务完成相关的准备工作。
高可靠性也是对舰载飞机的基本要求。毕竟在需要进行维护时，对应的机件要能够进行快速的修理，拆卸和更换。机载设备必须能够通过快速检修面板或者是直接通过起落架舱及武器舱进行维护。狭小的航母升降机和局促的机库需要轻量级的、紧促的飞机。飞机内部的辅助动力单元有助于减少对于“黄色装备”即电子、空调及发动机启动等专用车辆的需要。
在设计的初始阶段，结构工程人员在规划飞机的几何外形时就要考虑所有与舰载相关的约束条件。结构设计必须清除所有妨碍在最大在外挂载荷及最大控制面偏转条件下进行弹射起飞的因素。对于着舰及甲板操作的过程也是同样如此。但实际上舰载适用性的要求不是那么容易就能够满足的。任何一项尺寸的改变都要与其在其它方面产生的影响进行权衡。比如，机翼折叠的位置就会影响到机身内部载油量的大小（外部机翼不携带燃油），机翼挂架的布置，现场因素，以及维护过程中折叠及打开时对机库空间的要求。
空气动力学，性能，以及操作品质的工程人员要努力满足进行海上弹射及着舰回收时对于低速性能的需要。在接近航母的过程中飞机必须具备高度的飞行稳定性和敏捷性。由于任何一种新的舰载机都可能要在舰船上使用30年以上，其设计同样也要考虑到可扩展能力。
飞行驾驶系统的工程人员将综合飞行员的操作，飞机控制面产生的效果，以及发动机的响应来达成理想的操纵结果。他们将研究相关控制规律的计算算法并将其编写成为飞行控制计算机所使用的软件。
在整个系统中担当重任的计算机模型对机身几何、大量特性、空气动力学系数、推力效果、控制面偏转率及时间延迟、还有驾驶舱控制等众多因素进行综合计算。在进行真正的试飞之前这些因素将结合飞行员在飞行模拟器上的试验结果一道用于验证飞机的飞行特性。
设计单位及军方的试飞员使用这些模型进行弹射和着舰的任务飞行，并且加上了对航空母舰和舰船环境的模拟。模拟器包括了对来自岛屿和舰船运动所产生的湍流等各种海上状态的模拟。这种模拟有助于在飞行从航母或者是两栖攻击舰上进行弹射起飞之前确定飞机的设计是否具备良好的舰载适用性。
舰载机的设计是一项高难度的挑战。洛克希德·马丁公司将全力保证JSF的各种改型在美国海军航母、两栖攻击舰上和英国皇家海军CVSG上的使用能够应对这样的挑战。 |
下图为加装了LANTIRN吊舱的F-14，对地攻击性能大大增强。
下图是RF-14A，侦察型。加装了光学侦察照相机，机腹下挂有摄影侦察吊舱。
F-14的机翼为变后掠中单翼。飞行中机翼后掠角的变化范围为20%～68%，由机载设备根据飞行状态自动调节，最大变化速度为7°/秒。应急或必要情况下也可以由驾驶员手动调节。平尾偏转角为+15°到-15°，差动平尾起副翼的作用。
F-14使用了休斯公司的AN/AWG9脉冲多普勒雷达。 取决于目标的大小，可截获120到315千米内的空中目标，可以同时跟踪从超低空到30000米高空及不同距离之内的24个目标，攻击其中的6个目标。还装备有AN/AWG15火控系统，及AN/ASW27B数据传输系统，CP1050/A中央大气数据计算机等先进的现代电子设备。后在改进中，大约60%的模拟式设备换成了数字式设备，并安装新型的AN/APG-71雷达，具有单脉冲角度跟踪、数字式扫描控制、目标识别和空战效果评价能力。
F-14武器包括1门M61A1“火神”20毫米六管机炮，备弹675发。截击时外部挂架可以挂6枚“麻雀ⅢB”AIM-7E/F导弹加4枚AIM-9G/H“响尾蛇”空空导弹，或者挂6枚AIM-54A“不死鸟”远距空空导弹加2枚“响尾蛇”导弹，除此之外还可以携带AIM-120先进中距空空导弹、AGM-88高速反辐射导弹、Mk82炸弹以及其他武器。下图分别为M61机炮、AIM-9、AIM-7、AIM-120。
2004年，经过30年的服役，美海军第一种远程空空导弹AIM-54“不死鸟”空空导弹于9月30日退役。AIM-54“不死鸟”远程空空导弹于1960年开始概念开发，休飞机公司于1962年被选中研制该型导弹，随后雷声公司于1988年加入研制队伍。经过5年的研发，AIM-54于1965年进行首次飞行试验，当年完成全控制系统的首次机载发射试验。
“不死鸟”AIM-54A是目前西方国家装备部队的重量最大、射程最远的空对空导弹之一。该弹于l962年开始研制,1972年装备部队,1980年停产。它主要配挂在美国海军的舰载机F-14“雄猫”飞机上,一次可挂6枚。F-14的机载雷达具有制导多枚空对空导弹攻击多个目标的能力。1973年11月，该机在试验中用6枚“不死鸟”击落不同方向、不同高度的6个目标,从而震惊了世界。“不死鸟”AIM-54A采用正常式气动布局,小展弦比、大后掠角的4个弹翼均布于发动机舱的周围。弹翼的后方是4个矩形的舵翼。其动力装置为一台固体燃料火箭发动机。该弹的一大特点是可以采用多种制导方式攻击目标。在拦截目标的过程中,它可根据不同情况,采取主动雷达制导、半主动雷达制导以及干扰源寻的等制导方式。“不死鸟”导弹的弹头处装有一部主动雷达,这种弹上雷达的探测距离可达18千米左右。 AIM-54A是一种大型空对空导弹,能使用它的飞机不多,该弹长3.96米,弹径0.381米,翼展0.914米,发射重量443千克,战斗部重60.3千克,射程150千米左右,最大速度约等于M数5,允许发射过载3-4g,单轴最大过载17-22g,最大跟综角速度约15度。
“不死鸟”AIM-54C是AIM-54A的改进型，用以对付九十年代的空中威胁。该型在1976年开始研制，1979年交付首批样弹进行发射试验，1982年正式投产。计划该型生产持续到1992年，总计约生产2455枚。在研制AIM-54C之前，休斯公司还进行了B型的设计，该型号是在A型的基础上改为一种无液体导弹即“干不死鸟”。虽然“干不死鸟”可以简化维护，但是性能没有多大改进，而且研制费用很高，所以军方没有采纳。随后休斯公司又推荐了一种“低成本干不死鸟”。该型成本降低了30％，但费用还是偏高，也没有继续发展。C型继承了B型的部分优点，性能比A型有所提高，而价格与A型大致相同，所以美海军对此很感兴趣。AIM-54C弹长3.96米，弹径380毫米，翼展915毫米，发射重量454公斤，使用高度3万米，最大射程150公里，最大飞行马赫数超过5。导弹主要在数字式电子设备、新的捷联式惯性基准装置、固态收发机和新的目标探测器4个方面进行了改进，使作战性能有了进一步提升。
“不死鸟”导弹可采用边跟踪边扫描发射、单目标跟踪发射、空战中机动发射等多种发射方式，最多可以跟踪24个目标，能有效地攻击多种目标，特别是小目标和低空目标，在严重的电子干扰或恶劣气候条件下，具有较高的攻击能力，其攻击区域大，杀伤概率高。“不死鸟”的几次试验震惊世界。据统计，在1962~1980年间进行的200多次试验发射中，其命中率竟高达88%%。
上图是美国NASA用F-14改装的试验机。
F-14A曾出口到伊朗，共计80架。后因为伊朗伊斯兰革命，美国制裁伊朗，这些F-14A处境艰难。但出于种种原因，伊朗一直能够通过非正常途径获得该战斗机的配件，因此该国的F-14A一直处在能够使用的状态。军事专家指出，在F-14从美军退役后，伊朗将成为世界上唯一一个装备这种战斗机的国家：美国政府曾于1974年向伊出售了80架该型战机。当然，伊朗空军也是F-14仅有的海外用户。
2002年6月，美海军暂停了全部156架F-14战斗机在航母上的飞行任务。此次停飞主要是为了深入调查该型飞机前起落架的腐蚀问题。2002年3月2日，在地中海发生了F-14前起落架外气缸腐蚀、导致弹射事故飞行员丧生的事件。2002年6月17日美海军F-14经过两周检查后，全部重新投入现役使用。海军最初估计需要2周时间对整个F-14机队进行检查，但只花了5天时间即告完成。海军发现有3架F-14存在相同的隐患，进行了相关维护。
2003年3月，美海军的F-14D进行了两周的紧急改装，随后在对伊拉克空袭中首次成功的使用JDAM制导炸弹。一架F-14D在开战前曾向伊拉克禁飞区的一个目标投放了一颗908千克MK-84 JDAM。之前F-14D并没有使用JDAM的软件。改进完成后，部署在海湾地区海域的3艘航空母舰上的总共30架F-14D都可以携带JDAM，从而获得了全天候精确攻击能力。还有17架F-14D仍按原订计划，在5月份完成JDAM的装机任务。
尽管在伊拉克战争中展现了较佳的多用途能力，F-14仍步步逼近其退役机龄，大量的现役F-14已到达服役寿命。F-14与现在的新型战斗机相比，需要太多的维修，尤其是老式的液压和电气系统，使维修更为困难。20世纪90年代，海军决定让F-14开始退役，代之以新型的F/A-18E/F。机型转换的过渡工作可能从2004年秋季开始。2004年6月，美海军大西洋舰队空军主管、太平洋舰队海军航空兵主管，海军少将左特曼表示，由于一项加速计划的实施，美海军目前剩余的“雄猫“战斗机将于2006年秋退役，这同时意味着F/A-18E/F战斗轰炸机能提前部署。
关于F-14与F/A-18E/F哪个更优秀的话题，美军及军工行业内部展开了连番争论。尽管F-14在部分性能上明显优于F/A-18E/F，但从目前的趋势来看，F-14完全退出现役已经是板上钉钉的事情。
2006年7月28日，F-14完成了其作为现役战机的最后一次飞行。美国海军装备的最后22架F-14均部署在“罗斯福”号航空母舰上。此前，两个中队的F-14战斗机刚刚结束了在波斯湾地区的作战任务--为驻扎在伊拉克的美军提供空中支援。在“罗斯福”号返回美国后，其搭载的F-14将全部被最新型的F/A-18E/F“超级大黄蜂”战斗机所取代。
2007年1月，五角大楼冻结了F-14“雄猫”战斗机零部件的销售，因为担心它们会被销往伊朗。F-14战斗机零部件的销售于1月26日暂停，国防后勤局的发言人道恩·蒂顿告诉法新社：“鉴于伊朗目前的形势，只能冻结销售F-14“雄猫”战斗机的零部件”。伊朗在1979年前从美国购买了79架F-14战斗机。目前，由于德黑兰坚持发展其核计划，致使美伊关系越来越紧张。目前，虽然美国的F-14战斗机已经退役，但是，在1月26日前，国防后勤局一直在拍卖其零部件。“此次F-14的所有零部件一律停止销售。此前，国防后勤局曾暂停销售一些特有的部件和对作战有影响的重要部件”，国防后勤局在其声明中说。
基本技术数据
机高 4.88米
机长 18.89米(19.10米)
翼展 11.45-19.55米 停放在甲板上完全后掠时:10.15米
机翼面积 52.50米(52.46米)
展弦比 7.28
空重 18191(18176)千克
无外挂起飞重量 26632千克
正常起飞重量 24948千克
最大起飞重量 33724(31101)千克
机内燃油重量 7348千克
副油箱燃油重量 1638千克
最大外挂重量 6577千克
最大平飞速度 M2.34(高度12190米,无外挂)M1.2(海平面)
巡航速度 741-1019千米/小时
实用升限 18290米
转场航程 4600公里以上
作战半径 725公里(载内部燃油,4枚"麻雀"Ⅲ，允许在3050米高度作战2分钟)
最大爬升率 152米/秒以上
最小起飞距离 427米
最小着舰距离 884米
·上一页:F-4 鬼怪II ·下一页:F-15
