战机降落在航母上还能复飞吗
1
要问世界上最贵的绳子是什么绳子,可能答案众说纷纭,有人说是三峡大坝升降机上能够承载上万吨重量的绳索,也有人说是什么什么的都有,其实世界上公认最贵、技术最复杂的绳子就是航母上用于拦截舰载机“稳稳”降落在航母甲板的拦阻索,美国卖给法国的拦阻索单根价格150万美元,换算成人民币就是975万,一艘航母上需要这样的绳子五根,其中四根正常使用,一根备用,而且这么贵的拦阻索使用寿命也就100次左右,如果频繁拦阻重型舰载机的话,这个使用次数至少得打七折才行。
很多看过舰载机降落得人可能只知道舰载机只要勾住拦阻索就能降落在航母上,但是不明白得是一根大拇指粗的拦阻索,是如何在短短三四秒内让一架重达二十余吨的舰载机从二百多公里的时速减速到零的,而且这个过程中舰载机实际打开发动机处于加速状态,所以很多人对拦阻索背后的拦阻装置很是好奇,好奇的就是拦阻索是如何在短短三四秒内稳稳的拉住一架重达二十余吨的舰载机的。
我们以美国尼米兹级核动力航母装备的MK7型液压拦阻装置为例来说明一下其原理是什么?是如何在短短几秒内歼几十吨舰载机稳稳拦截在甲板上的。其实在航母甲板下面共有四套液压拦阻装置,每套拦阻装置对应一根拦阻索。拦阻索在待命状态时是被甲板上的金属钢条支撑起来的,这样方便舰载机拦阻钩更快更稳的钩住拦阻索,当拦阻索被舰载机钩住被迅速拽出的时候,舰载机向前的冲跑力通过滑轮钢索传递到阻拦机中连接主油缸柱塞上的动滑轮组钢索上,动滑轮组便向阻拦机中固定滑轮组的方向运动,同时柱塞推动油缸中乙烯基乙二醇油液通过定长冲跑控制阀流向蓄能器,在整个液压油被挤压的过程中产生了巨大的阻尼,从而对飞机产生阻拦力。简单一点来说的话,就是舰载机钩住拦阻索并向外拉扯的过程中,链接拦阻索一头的液压油缸内缸被拽着挤压缸内的液压油,液压油被挤压到一定压力的时候开始产生阻尼,同时液压油比较粘稠,在挤压的过程中流速并不是很高,所以整个挤压过程还是比较线性的,在液压油被挤压的过程中舰载机作用在拦阻索上的拉力也被完全释放,舰载机就这样稳稳的降落在航母甲板上了,说白了其实和汽车上的液压减震器一个原理。
美国最新一级的福特级核动力航母上改进了这一设计,因为MK7型液压拦阻系统因为液压油的原因,除了拦阻重量有一定上限外,还有一定下限,而且体积大反应速度慢等都是其缺点。所以福特级航母采用了一套结构简单、高效的电驱动水涡轮拦阻装置,这个水涡轮拦阻装置最早是美军为陆地上的战机设计研发的,其相比液压拦阻装置具有结构简单、拦截效率高、体积小、重量轻、价格便宜的优势,美军在其基础上增加了一套感应电机使得其拦阻过程更加线性、拦阻重量范围更广、同时还提升了水涡轮失效情况下的应急拦截能力。
这套电驱动的水涡轮拦阻装置主要包括水力涡轮、带有一定惯量的锥形鼓轮、机械制动装置、感应电机以及一根连接以上构件的旋转轴组成。这个原理就更为简单了,依然是拦阻索被拽出的过程中,滑轮索从锥形鼓轮中牵出,使旋转轴转动,旋转轴连接的水力涡轮吸收了70%的舰载机动能,辅助的感应电机则通过传感器控制电机的转速,从而控制作用在旋转轴上的扭矩,使锥状鼓轮上的缆索以充分恒定的张力释放,最终实现舰载机的安全降落。
2
拦阻索堪称世界最贵的绳索,它是如何让20吨战机3秒停下的?
航母上的阻拦索那是特别珍贵的绳索,一般国家是没有能力研制该绳索,目前估计就中美两国拥有该技术,所以它特别昂贵,每套阻拦装置国际价格是150万美元,折合人民币那就是975万元,能顶几座单元楼的价值。但是还不能常用,用了100多回就得换,防止在阻拦时断裂出事故。
那么航母上的阻拦索是啥原理在3、4秒中就能拦住20吨的舰载机呢?其实它的原理很简单,我们不能光看见甲板上就一根阻拦索,其实甲板下面还有四套液压阻拦装置,每套阻拦装置对应一根阻拦绳索。阻拦索在待命状态时,是被甲板上的钢条支撑起来,这样能方便舰载机在降到甲板上及时钩住拦索,当飞机钩住拦索用力拽开时,飞机向前的冲跑力通过滑轮上的钢索传递到阻拦机中连接主油缸柱上的动滑轮组钢索上,这时动滑轮组便向阻拦机中固定滑轮组的方向同时向柱塞推动,油缸中乙烯基乙二醇油液通过定长冲跑控制阀流向蓄能器,在液压油被挤压的过程中所产生巨大的阻尼,从而对飞机产生强有力的阻力。就能在三秒内拦住舰载机。
综合上述就是阻拦索拦住飞机的原理,万一飞机没有钩住阻拦索,必须再加大油门,再次冲向蓝天后,找准机会重新登陆航母。一般情况下一次阻拦就能成功,不会出现任何事故。
3
4
歼15“飞鲨”战斗机空重量18吨左右,着舰时机内至少要有2吨燃油,如果执行任务时航空弹药没有使用完,还要将它们带回来,飞机自身的重量加上油料和弹药,质量要在20~22吨左右,而它的着舰速度大概在180~220公里/小时,这么大的重量在加上高速着舰对四道拦阻索来说真的是极大的挑战!
拦阻系统是大型航母的重要设备之一,也是高级技术的工业设备,要想将舰载机有效的在几秒钟内从180公里/小时的高速冲击降为0,是非常不容易的事情,需要拦阻索的制造材料非常的坚韧,且耐久性很长。
那么拦阻索是怎么制造出来的?它的横截面就是图片里这个样子,有多种不同材质和粗细绳股组成,早年间没有凯夫拉或者其它高级化工材料纤维时,索芯部分采用剑麻纤维浸油后编织成的索芯,在外面使用不同粗细的钢丝编织而成的钢丝绳,构成了拦阻索,并没有多少高技术含量,但是需要索的耐久性高一些,不能几十次就断裂不能再用了。
5
6
航空母舰作为世界上最贵的武器,不仅舰体安装了世界上最尖端的设备,同时还装载了这个国家最先进的战斗机,虽然航空母舰全身上下否是宝,但大家可能最熟悉的还是一些舰载机,但如果你了解航母中的其他不起眼的设备,你可以才会由衷地感叹一句:“这钱花得真值”。
舰载机在降落到航母甲板的时候,总会被一条绳索拦截,并有效的起到减速的效果,那么很多人都会好奇,这根绳索到底是用什么做的,毕竟要拦截重量高达20吨的战斗机,而且到底是用了什么材料,才能让它能够拦截战斗机长达3秒钟。这种航母专用的阻拦索,除了能够吸收舰载机降落的巨大动能之外,还需要精准地缩短舰载机降落时的滑行距离,虽然看起来非常简单,但这条绳索的价格却高得惊人,说它是世界上最贵的绳索都不为过。
这种阻拦索是由英国最先发明的,而后美国对它进行了改良,目前美军航母上的阻拦索有4条之多,而每一条的阻拦索间隔只有14米,第一道阻拦索的位置设在航母甲板的末端55米处,这么做的好处在于舰载机在降落的过程中自身会减少一些惯性,这样话,阻拦就不会那么的困难,而且这个距离也是经过多重计算出来的结果。别看这条阻拦索不起眼,如果没有它,航母都没有办法进行起降任务,如果没有它的存在,舰载机甚至都无法让舰载机返航。
在舰载机返航着陆的时候,是不可以发动机停车的,也就是说想要战斗机自己停下来是不可能的事情,一般情况下,舰载机都会以每小时200公里的速度下降到甲板,这个速度也导致着舰时的过载要超过6G,想要使用阻拦索将他安然无恙的拦截下来,需要承载上百吨的作用力,而为了能够有效拦截舰载机,航母上的阻拦索必须能够承受最大85万吨牛顿的拉力,最终要的是还需要将舰载机拉停超过3秒钟,这对于一些绳索来说是根本不可能做到的。
这也让航母对于这种绳索的要求必须满足以下几点:“韧性必须要强,能够承受高强度的工作次数,最重要的是成品还不能太粗”,想要满足这几点,也意味着这种阻拦索的材质和工艺都必须满足各项的高要求。美国在研制出这种高强度的绳索之后,价格更是高得惊人,当年出售给法国的时候,一条绳索就要150万美元,折合人民币要900万,说说它是世界上最贵的绳索,没人反对吧。
7
只能说大多数人的思想还停留在盲人摸象的阶段,因此在表面上看起来,是一根堪称世界上最贵的绳索,才让20吨战机在3秒停下的。
其实拦阻索的本质就是加了特殊钢材,使得其抗拉强度更高,同时具有抗摩擦,以及良好的柔韧性和极强的耐腐蚀性而已。
而所谓世界上最贵的绳索的依据,则来自美帝曾以150万美元一根的价格卖给法国的MK7型拦阻索,正是这种令人咋舌的价格,才让人以为,这就是一根拦阻索的真正价值。
然而事实恰恰相反,贵的其实不是这根绳子,真正贵的是能够让舰载机安全降落在航母甲板上的一整套阻拦系统。
8
舰载机降落时会有拖钩下降,直接挂到拦阻索上,从而降低机速停车
9
航母拦阻索如何让舰载机停下来,
其实舰载机速度很高,质量很大,动能,动量,都非常大,
索降拦截,主要是处理动量,
动量是Ft=mv,
时间t越长,F力越小,
10
非常复杂的一个系统,