百科：飛機(jī)是如何在航母上起飛的？

航空母艦是一種以艦載機(jī)為主要作戰(zhàn)武器的大型水面艦艇。航母一般總是與防空巡洋艦、多用途驅(qū)逐機(jī)、護(hù)衛(wèi)艦、核潛艇及補(bǔ)給艦組成航母編隊(duì)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)。航母編隊(duì)中的其他艦船為航母提供護(hù)航和補(bǔ)給，而航母則為整個(gè)編隊(duì)提供空中掩護(hù)和遠(yuǎn)程打擊能力。

　　作為目前世界上最大的技術(shù)兵器，航母給人最大的視覺(jué)沖擊就是其寬大的飛行甲板。盡管航母甲板巨大，卻也無(wú)法讓艦載機(jī)像在陸地機(jī)場(chǎng)上那樣起飛。因?yàn)榧词故悄壳艾F(xiàn)役最大的航母——美國(guó)的“尼米茲”級(jí)，其飛行甲板全長(zhǎng)達(dá)到了334米，仍然遠(yuǎn)小于大部分艦載機(jī)的正常起飛滑跑距離。此外，為了避免發(fā)生事故和提高艦載機(jī)的出動(dòng)效率，現(xiàn)代大甲板航母普遍采用了斜角甲板，即起飛區(qū)和降落區(qū)分開布置，這樣起飛滑跑距離就更短了。除了搭載直升機(jī)、垂直/短距起降飛機(jī)或采用滑躍起飛方式的輕型和部分中型航母外，目前采用常規(guī)起降方式的大中型航母普遍采用了蒸汽彈射器來(lái)放飛起飛重量日益增大的艦載機(jī)。
　　蒸汽彈射器實(shí)際上就是一種活塞沖程很長(zhǎng)的往復(fù)式蒸汽機(jī)，利用艦上蒸汽鍋爐產(chǎn)生的蒸汽作為動(dòng)力，將其壓縮到特定壓強(qiáng)后存儲(chǔ)到儲(chǔ)汽筒中。彈射飛機(jī)時(shí)，儲(chǔ)汽筒擠壓蒸汽，使其通過(guò)彈射閥進(jìn)入彈射發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)汽缸內(nèi)的活塞運(yùn)動(dòng)，活塞再帶動(dòng)往復(fù)車，將飛機(jī)彈射出去。美國(guó)影星湯姆·克魯斯的成名作《壯志凌云》，就生動(dòng)地表現(xiàn)了使用蒸汽彈射器的美國(guó)航母艦載機(jī)的訓(xùn)練和作戰(zhàn)過(guò)程。反映得是如此細(xì)致，以至于很大一部分影迷認(rèn)為片中的主角應(yīng)該是F-14“雄貓”戰(zhàn)斗機(jī)，而非湯姆·克魯斯本人。
　　幾十年的實(shí)踐證明，蒸汽彈射器技術(shù)較為成熟，可靠性較強(qiáng)，能較好地滿足航母作戰(zhàn)的需求。但是，蒸汽彈射器也存在著一些固有的缺陷，如：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)成本高昂，尤其是密封帶需要頻繁更換;無(wú)法對(duì)彈射力進(jìn)行精確控制，因?yàn)椴煌呐炤d機(jī)有不同的起飛要求，彈射質(zhì)量從幾噸到近40噸，具體要根據(jù)航母搭載艦載機(jī)以及艦載機(jī)需要執(zhí)行的任務(wù)情況來(lái)確定;彈射的機(jī)型受限較多，如無(wú)法彈射無(wú)人機(jī)等?，F(xiàn)有蒸汽彈射器最主要的缺點(diǎn)就是操作過(guò)程沒(méi)有閉環(huán)控制，彈射時(shí)會(huì)對(duì)飛機(jī)產(chǎn)生不必要的應(yīng)力，縮短艦載機(jī)的壽命。因此，美國(guó)海軍正在研制電磁彈射裝置，并決定在新一代的“福特”級(jí)航母上采用。
　　電磁彈射系統(tǒng)是如何工作的

　　電磁彈射是指以電磁力為加速手段、在短距離內(nèi)使飛機(jī)達(dá)到或接近起飛速度并實(shí)施起飛的一種發(fā)射方式。與傳統(tǒng)的蒸汽彈射器相比，電磁彈射器具有容積小、重量輕、效率高、對(duì)艦上輔助系統(tǒng)要求低、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)。
　　電磁彈射器實(shí)質(zhì)上是一種能量型直線電機(jī)。直線電機(jī)的動(dòng)子滑塊在電磁力作用下，通過(guò)拖鉤拖動(dòng)艦載機(jī)，使其達(dá)到規(guī)定的起飛速度。人們俗稱的用于彈射艦載機(jī)的電磁彈射器，實(shí)際上是一個(gè)非常復(fù)雜和精密的高技術(shù)集合體，應(yīng)當(dāng)稱之為電磁彈射系統(tǒng)。電磁彈射系統(tǒng)主要包括：儲(chǔ)能系統(tǒng)、電力電子系統(tǒng)、直線電機(jī)、控制系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)、預(yù)加動(dòng)力裝置、減速緩沖與剎車裝置等。這些不同功用的分系統(tǒng)和裝置有機(jī)組合在一起，才能形成一個(gè)高性能的彈射系統(tǒng)。
　　為何電磁彈射系統(tǒng)更有優(yōu)勢(shì)
　　與現(xiàn)役的蒸汽彈射器相比，電磁彈射系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)非常突出。首先，電磁彈射系統(tǒng)具有更好的性能，而且控制調(diào)節(jié)的范圍很廣，適合彈射多種不同起飛重量的飛機(jī)。電磁彈射系統(tǒng)能彈射幾乎所有現(xiàn)役以及將來(lái)服役的固定翼艦載機(jī)。根據(jù)所需彈射飛機(jī)起飛重量的不同，電磁彈射系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)速度和功率，精確控制彈射能量，將彈射速度控制在100～370千米/小時(shí)之間以適應(yīng)各種不同機(jī)型的彈射起飛需要。
　　反觀蒸汽彈射器，受其基本工作原理的限制，蒸汽控制閥門一旦打開便好似開弓沒(méi)有回頭箭，無(wú)法精確控制彈射能量。艦載機(jī)在彈射的剎那間需要承受極高的過(guò)載，對(duì)飛機(jī)的結(jié)構(gòu)造成很大的沖擊，也降低了飛機(jī)的使用壽命。有些無(wú)人機(jī)無(wú)法使用蒸汽彈射器彈射起飛，就是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)比較脆弱，無(wú)法承受巨大的瞬時(shí)加速度。
　　其次，電磁彈射系統(tǒng)還能滿足為下一代航空母艦提供更多彈射能量的需要，解決了當(dāng)前蒸汽彈射器彈射能接近設(shè)計(jì)極限的問(wèn)題。未來(lái)的電磁彈射系統(tǒng)所提供的能量將比蒸汽彈射器增加近30%。此外，因?yàn)槿サ袅舜罅颗c蒸汽彈射器有關(guān)的高壓、高溫蒸汽管路、閥門和機(jī)械結(jié)構(gòu)，電磁彈射系統(tǒng)的重量和體積大大減小了。電力電子系統(tǒng)的使用和系統(tǒng)的模塊化程度的提高，使得維護(hù)人員也減少了近三分之一。
　　當(dāng)然，電磁彈射系統(tǒng)也存在一些缺點(diǎn)，比如高功率的電磁電動(dòng)機(jī)會(huì)對(duì)艦載的電子裝置產(chǎn)生干擾。因此需要進(jìn)行相應(yīng)的電磁兼容設(shè)計(jì)并采取“磁封閉”電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，讓電磁波的影響降到最低程度。電磁彈射系統(tǒng)在工作時(shí)還會(huì)產(chǎn)生巨大的熱能，需要消耗極大的功率來(lái)冷卻。另外，電磁彈射系統(tǒng)還面臨預(yù)算超支的困擾，但這也是新技術(shù)裝備研發(fā)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題。
　　與在天空翱翔的戰(zhàn)斗機(jī)相比，彈射系統(tǒng)是一個(gè)貌不驚人的裝置，但如果沒(méi)有它，所有艦載機(jī)都將成為擺設(shè)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，相信在不久的將來(lái)，電磁彈射系統(tǒng)一定會(huì)出現(xiàn)在超級(jí)航母的甲板上，它會(huì)讓飛機(jī)的起飛更加輕而易舉，更迅速、有效地完成保衛(wèi)母艦及進(jìn)攻敵方的任務(wù)。
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