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海军型飞行器与空军型有何不同?一文说尽

2022-08-27 21:09:16 688

摘要:4月23日是中国人民解放军海军成立73周年的生日。在70多年的成长壮大中,人民海军除了在舰艇装备方面取得了长足进步以外,各型号飞机和直升机的发展也尤为引人瞩目。这就带来了一个很有意思的话题:海军和空军的飞行器到底有什么区别?运行环境更严苛对...

4月23日是中国人民解放军海军成立73周年的生日。

在70多年的成长壮大中,人民海军除了在舰艇装备方面取得了长足进步以外,各型号飞机和直升机的发展也尤为引人瞩目。这就带来了一个很有意思的话题:

海军和空军的飞行器到底有什么区别?

运行环境更严苛

对于几乎所有武器装备而言,海洋都是一个让人很烦恼的使用环境,而且越是复杂和先进的大型设备越是如此。

海洋以及滨海地区,空气中所含有的水分和盐分比例都特别高。如果这些水分和盐分不能被及时地从机体上去除,凝结沉积在机体的各个角落,就会迅速腐蚀机体结构和设备,导致各种结构和设备故障。

所以即便是与空军同样型号的飞行器,如果不做特别的改进和处理而直接交付海军使用,就会出现“毛病更多、可靠性更差、寿命更短”的问题。而对于轻质结构的各种飞行器来说,这一问题尤其显著。特别是热带和亚热带区域,由于气温高,湿度大,盐分高,海洋和滨海区域对飞行器的腐蚀尤其猛烈。

根据过往的经验来看,一些原本为空军设计的飞行器,在热带沿海地区服役时,机体寿命甚至达不到在高寒、高纬度内陆地区服役时的一半。

海军型歼10。

基于这样的经验,新近的海军型陆基飞机都采用了特别的设计,以对抗恶劣的运行环境:比如采用更耐腐蚀的结构材料和涂料,在易于积水的结构处开设排水的管道和孔洞,强化内部通风,对很多设备和部件进行密封化处理等。

而这些特别的强化措施,往往会要求对机体重量、机体内部空间布局进行重新设计,也会增加制造成本等。一个常见的例子就是发动机壳体结构件:空军型飞机使用的轻质镁合金对盐雾腐蚀非常不耐受,因此,海军型飞机必须将其换成钛合金壳体,虽然此举能大幅度改善防腐蚀性能,但重量和成本就要高很多。

更好的导航、通信与救生能力

和分布着山川河流的陆地相比,海洋上极少有标志性的地形地貌,来为飞行员提供确定自身方向和位置的依据,而且广袤的海洋也远离陆地上的各种通信设备。这使得海军型的飞行器往往需要更加精确可靠的导航能力,功率更大抗干扰能力更强的通信设备。

此外,一旦遭遇极端情况,当飞机不得不迫降、或是发生飞行员必须跳伞求生的情况,也难以有救援力量迅速赶到现场。此时的人员将面临溺水和失温的极大风险。这使得海军型飞行器在飞行员的救生装备也和空军型有较大的差异,譬如配备充气船。

另一个重大的差异,是在三代战斗机开始普遍削弱高空性能指标以后,各国空军基本上已经淘汰了不透气、闷热的密封式高空代偿服。但不少国家的海军却看中了其优异的防寒、抗沉能力,依旧将其用于高寒海域的飞行任务中,以保证飞行员落水以后依然能长时间漂浮并保持体温。

必要的海面起降和漂浮能力

以上区别虽然很重要,但是一般人难以通过外形特征来区分海军型和空军型飞行器。但有一些特殊的海军型飞行器,人们一眼就能看出来它们是专门为水上活动任务而设计的:比如船型底部、浮筒设计。

中大型固定翼水上飞机为了满足起降时承受高速水流冲击的要求,它的船底结构除了一般的密封和排水考虑外,需要进行增重代价极大的强化设计——不仅强度要高,还要设置大量的水密隔舱。

水轰5甚至没有设计陆地起降功能。

不过,由于仅能在海面起降的大型水上飞机在飞行性能等方面付出的代价实在是太高了,从航空器发展的历史来看,其应用机会可谓昙花一现。眼下,即便是中型水上飞机,在各国海军装备中也不算多见。

目前,全球范围内真正保留水上飞机的海军都不多,仅能在海面起降的固定翼水上飞机可执行的任务已经被各种陆基飞机和中大型两栖直升机所瓜分。

直8兼具船底和浮筒设计。

相比水上飞机,直升机采用船底设计的代价要小得多。不过由于直升机可以在前进速度为零的情况下垂直起降,因此船底造型对于两栖直升机而言不是必需的条件。

更常见的成功设计是通过整体协调设计、两侧加设浮筒,令直升机机体获得更大的浮力和水面漂浮稳定性。

CH-47在设计时被要求具备30分钟以上的水面漂浮能力。

一般来说,在纯粹为陆军和空军使用所设计的直升机上,为了减少飞行阻力和油耗,机身往往更追求较小的迎风面积和流线造型,通常不会采用浮筒设计。但这个规律也有例外,比如美国的CH-47直升机。虽然严格意义上CH-47是陆军的装备,但是由于它大量承担了各种特种作战和支援任务,需要频繁在海洋、湖泊、河流上投放和回收人员装备,因此也设计了一定程度的水面降落能力。

机体更坚固,兼有“锁骨术”

另一个常见的区别,是舰载飞行器通常都具备特殊的引导和助降设备来指引飞机或直升机准确接近军舰,完成降落和固定工作。这就使得海军舰载飞机比陆基飞机的机体更坚固,也更重一些。

陆基飞机在降落时高度下降率一般被限制在3米/秒内;接地之后,也有较长的跑道能够从容减速。

而舰载机降落平台如航母,不仅甲板跑道较短,舰载机还必须精确用拦阻钩准确地挂上拦阻索,因此必须采用精确的着陆方式,高度下降率往往可达到6-8米/秒,然后被拦阻索在很短的距离内强制拉停。

舰载机歼15。歼15作为舰载型飞机,机体更坚固。

因此,舰载机在机体,尤其是起落架和相关结构上,强度设计标准比空军的同类陆基型号要高得多。当然结构重量增加也较为显著。

虽然从近些年来的发展趋势看,飞行器设计师也正在尝试将包括拦阻钩和自动引导降落在内的设计用在空军飞行器的陆基型号上,以应对临时设置的野战/战损抢修跑道、强化恶劣气候下的起降作战能力等任务。

但从国外空军已经设计成型的带有拦阻钩的陆基型飞机来看,这些陆基型飞机也是基于原有型号的轻量化版本,只能使用地面拦阻系统,完全不能满足舰载机标准。

具备可折叠机翼的歼15。

另外,由于机库和升降机的尺寸限制,很多尺寸较大的舰载机的机翼等部件必须采用折叠设计。

在正常情况下,可折叠机翼等设计并不会被空军的陆基飞机所采用,因为这会使飞机的结构和液压系统变得非常复杂,并不可避免地降低飞机可靠性、提升维护难度。但从全球各国部队的装备情况来看,也有不少舰载机成功的销售给了空军类型的客户,依然保留了原汁原味的海军特色。甚至连波音777X这样的民航飞机也使用了折叠翼尖的设计。

这说明从飞行器设计的角度来说,机翼折叠已经是相当成熟的技术,对飞行性能、航母战斗群战力来说是如虎添翼。

参考文献:

《海军飞机结构腐蚀控制设计指南》

《飞机设计手册第14册——起飞着陆系统设计》

《中航工业首席专家技术丛书——水上飞机水动力设计》

《中航工业首席专家技术丛书——现代火箭弹射救生技术概论》

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