1.3 航空母舰相关名词
■舰岛
舰岛也称为岛式上层建筑,它是现代航空母舰外形特征标志之一,与主船体尤其是飞行甲板有着重要的关联,直接影响到舰载机的作业效率。从飞机起降的要求上讲,航空母舰的飞行甲板上空无一物是最理想的,早期处于摸索阶段的全通甲板航空母舰曾经省略过上层建筑,如英国“百眼巨人”号和“暴怒”号,但后来发现这种设计对导航与航空管制不利而作罢。现代航空母舰的上层建筑力求外形简洁,从而减少雷达反射截面积。
在航空母舰的发展历程中,大多数航空母舰的上层建筑均配置于右侧,仅有极少数航空母舰(如日本“飞龙”号)配置于左侧。这是因为大多数飞行员在起飞或进行攻击时习惯往左弯(由于飞行操纵杆为右撇子设计,设置于右侧,若要转弯,飞行员向左拉动远比向右顺手),而且舰载机在降落过程中要逆时针旋转(即左弯)进入环绕航空母舰的环形航线。另外,二战时期大部分战斗机追击轰炸机时也是由右至左。英国正在建造的新一代航空母舰采用了双舰岛设计,前舰岛负责航行,后舰岛负责航空管制,两座舰岛均比单舰岛设计更低矮。
正在装设舰岛的美国海军“福特”号航空母舰
■飞行甲板
巨大的飞行甲板是航空母舰外形上最明显的特征,它是航空母舰特有的也是极其重要的分层甲板。陆基飞机如果起飞时速度不足,仅需延长起飞时间,舰载机则完全不同,因为航空母舰飞行甲板的空间有限,舰载机没有多余的跑道来滑行,因此飞行甲板的设计对航空母舰的战斗能力有着至关重要的影响。
在航空母舰发展初期,飞行甲板就是在舰艉处装上一条长直钢板,因跑道长度有限而起飞速度不足,加上飞行甲板末端的上层建筑构造会产生不利于飞行的气流,这种设计很快被摈弃。之后,出现了全通甲板,外观为长直的矩形,拦阻网将甲板分为前后两部分,前段为舰载机起飞区,后段为舰载机降落区。当拦阻网放下时,前后两部分合二为一,舰载机就能从舰艉向前自由测距滑跑起飞。
喷气式飞机时代来临后,以往能够满足螺旋桨飞机起飞的前段跑道长度无法令其起飞,若从后段甲板起飞,则会令其他舰载机无法降落,从而降低起降效率。另外,全通甲板也存在如果降落失败可能会撞毁跑道飞机的问题。有鉴于此,英国率先提出了斜角甲板的设计概念,其优点是降落飞机未能钩住拦阻索时,可马上拉起复飞而不会与前甲板停放的飞机相撞。另外,舰载机起飞和降落可同时进行。时至今日,中大型航空母舰大多采用斜角甲板,舰体前方的直通部分用于飞机起飞,长70~100米,斜角部分位于主甲板左侧,用于飞机降落,长220~270米,两部分夹角6度~13度。而小型航空母舰(轻型航空母舰)由于尺寸较小,无法布置多条跑道和弹射器,加上没有成熟的弹射器技术,因此仍旧采用全通甲板,并结合滑跃甲板的设计。
滑跃甲板也是英国人的发明,它将航空母舰最前方的飞行甲板的仰角提高。这使得飞机一部分的速度转为向上的升力,相较于垂直起飞,这种方法较节省油料。滑跃甲板的成本和技术限制不大,建造相对简单,故障率也较低。不过,以滑跃甲板起飞的舰载机所能携带的武器数量远少于以弹射器起飞的舰载机,严重限制了舰载机的战斗力。此外,对飞行员的技术要求也很高。
英国“伊丽莎白女王”级航空母舰的滑跃甲板
■弹射器
弹射器是航空母舰上推动舰载机增大起飞速度、缩短滑跑距离的装置。弹射器最早由英国发明,在二战之前,大部分固定翼飞机弹射器是液压弹射器。20世纪50年代后,出现了蒸汽弹射器。21世纪,美国海军航空母舰开始引入电磁弹射器。>
美国海军勤务人员正在检修“尼米兹”级
航空母舰的蒸汽弹射器
现代弹射器一般以蒸汽作为动力,其管线铺设于飞行甲板下,并在甲板的沟槽上连接一个滑块,舰载机用弹射杆勾住滑块,当弹射器充气完成后,甲板会立起阻挡热蒸汽、保护甲板作业人员的喷流挡板(分为耐热砖和流水冷却式两种,目前新建航空母舰大多采用前者,在不需进行弹射作业的情况下可盖起来成为甲板的一部分),飞机再借由蒸汽的强大推力驱动滑块前进而起飞,多余的蒸汽再于管线末端排出。
由于蒸汽弹射器造价昂贵,制造和安装技术比较复杂,保养非常费功夫,占用航空母舰空间过大和过重,所以只有极少数国家拥有制造技术。目前,美国拥有C-13型蒸汽弹射器(除供给美国海军使用外,法国海军也有使用),英国拥有BS5型蒸汽弹射器。
目前,美英等国正在研制最新一代航空母舰专用飞机弹射器——电磁弹射器,其中美国已公开宣布研制成功,并且安装在刚刚服役的“福特”号航空母舰上。电磁弹射器的原理类似磁悬浮列车,能有效降低维护和发射成本,并能提升航空母舰自动化程度。电磁弹射器使用一台直线电动机作为动力来源,这是它与传统的蒸汽弹射器最大的不同。
■拦阻索
拦阻索是用于吸收着舰飞机动能、缩短着舰滑行距离的装置。拦阻索技术首先由英国发明使用,目前能独立生产拦阻索的国家有英国、美国和俄罗斯等。早期飞机着舰时要由甲板人员上前挂住钩索,之后进步为飞机着舰时会打开下方的拦阻钩来钩住甲板上并排的拦阻索,拦阻索两端连入甲板下的液压制动器,吸收飞机剩余的动能,进而让其在甲板上停下。
美国海军“艾森豪威尔”号航空母舰的勤务人员正在检查拦阻索
■拦阻网
拦阻网是让着舰飞机免于意外的一项保险,如果着舰飞机没有挂到拦阻索,拦阻网可以避免飞机撞上甲板停放的飞机或是摔出飞行甲板,也不会毁损机体,还可以调整降落位置。因此,拦阻网的发明大幅提升了飞机的降落效率。与可以重复使用的拦阻索不同,拦阻网使用一次后必须更换。
美国海军“小鹰”级航空母舰的拦阻网
■升降机
升降机是将舰载机自机库运输至飞行甲板的装置,早期配置于全通甲板的舰身中线的前、中或后方,通常为2~3座,也是甲板上最脆弱的部分,如果升降机发生故障或是遭到破坏会导致舰载机无法起降,进而丧失战斗力。此外,炸弹也可能击穿升降机,直接进入机库中,而机库又与堆积弹药与燃料的隔舱接近,一旦引爆将导致严重的后果。后来,美国海军将升降机位置调整到侧舷,除了不妨碍起降作业以及安全性高外,还有飞机翼展超过升降机宽度时也能使用的优点。现代大型航空母舰的升降机宽约20米、深达15米,可负重100吨,可在1分钟内将一架舰载机从机库运至飞行甲板。
美国海军“艾森豪威尔”号航空母舰的升降机
■燃气轮机
燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转,将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械,是一种旋转叶轮式热力发动机。英国“无敌”级航空母舰、西班牙“阿斯图里亚斯亲王”级航空母舰等均使用燃气轮机。
通用电气公司LM2500燃气轮机结构图
燃气轮机的第一个优势是功率密度极大。一般情况下,同等功率的燃气轮机体积是柴油机的1/5~1/3,是蒸汽轮机的1/10~1/5。燃气轮机本身精巧的连续转动热力学循环结构决定其体积小、功率大,非常适合军舰分舱小、航速要求高的
特点。
燃气轮机的第二个优势是启动速度快。虽然燃气轮机的转速是三种常规动力系统中最高的,但是由于整个转子十分轻巧,在启动机的帮助下在1~2分钟就可以达到最高转速。而柴油机由于转子运动源于活塞的往复,加速较慢,蒸汽轮机更是缓慢,整个系统达到最高功率输出可能需要长达1小时的时间。对于航空母舰的战时出动和反潜作战时加减速性能来说,启动速度有着直接的影响。
燃气轮机第三个优势是噪声低频分量很低。由于燃气轮机本身处于高速稳定转动当中,产生的噪声更多是高频啸声。而柴油机的活塞往复产生了大量低频机械振动噪声,恰好迎合了海洋容易传播低频噪声的特点,导致航空母舰容易被敌方声呐探测。
燃气轮机也存在不少缺点。由于它工作时需要吸入大量的新鲜空气,同时排放出大量的废气,因此排烟系统会占据大量空间,简单来说就是需要较蒸汽轮机更大的烟囱,从而导致其余设备在空间和结构上的局限性。
使用燃气轮机的西班牙“阿斯图里亚斯亲王”号航空母舰
■蒸汽轮机
蒸汽轮机是一种撷取(将水加热后形成的)蒸汽之动能转换为涡轮转动之动能的机械,它将蒸汽通过喷嘴喷到装有叶片的转轮上,使其旋转,带动推进器推进航空母舰。与燃气轮机和柴油机相比,蒸汽轮机有体积、重量重、热效率低、加减速能力差等缺点,但也有着单机功率大、润滑油消耗量小、运行平稳、噪声和振动小等优势。
常规动力航空母舰的蒸汽轮机依靠重油锅炉来提供蒸汽,消耗的是重油,即原油提取汽油、柴油后的剩余重质油,其特点是分子量大、黏度高。而核动力航空母舰是依靠核燃料燃烧发出的热将水加热成蒸汽,推动蒸汽轮机做功。
使用蒸汽轮机的美国“福莱斯特”级航空母舰
■核反应堆
核反应堆,又称为原子能反应堆,是能维持可控自持链式核裂变反应,以实现核能利用的装置。由于核能的能量密度大,只需要少量核燃料就能运行很长时间,这在军事上有很大优越性。对于航空母舰来说,核反应堆是一种具有独特优越性的动力,一次装料后可以长时间供能。核反应堆分为压水式、沸水式以及游泳池式,现在大部分使用压水式。核动力航空母舰是以核反应堆为动力装置的航空母舰。与常规动力航空母舰相比,核动力航空母舰的优势极为显著,它拥有前者难以比拟的航程,以美国海军“尼米兹”级航空母舰为例,其可连续航行约20年(单以舰上物资来看,自给力有90天之久),1克铀可产生2吨重油燃烧出来的热量,能量转换效率极高。核动力航空母舰在其他方面也有许多优势。它去除了以往设计师需费功夫排设的烟囱与排气道等诸多管线,后者总是占去舰上许多宝贵的空间,除了令舰体本身强度降低外,也让排出的废气腐蚀了设备与伤害了舰员的健康,突出的烟囱也增加了航空母舰雷达反射截面积,其排出热流多少也会危及到飞机的降落,同时容易成为红外线制导导弹的目标。此外,暴露在外的排气道还会让航空母舰的“三防”性能大打折扣。
核动力航空母舰可制造大量的淡水和充沛的电能,可用于空调及其他电器,改善舰员的生活环境。由于没有管线和储存油料的舱房,省下的空间可装载更多的物资(如航空燃油、补给品、炸弹)、人员起居空间变得更大、自给战斗能力更久。不过,核反应堆造价极高,远非一般国家所能承受。目前,世界上只有美国海军大量建造核动力航空母舰。除美国外,目前世界上只有法国还拥有一艘核动力航空母舰。
美国建造的“尼米兹”级核动力航空母舰