中国自行研发出的航母拦阻索,这根钢绳的重要性有多大?
⇅♠中国自行研发出的航母拦阻索,这根钢绳的重要性有多大?
关于阻拦索这个东西,全世界目前有能生产的也只有中美俄三个国家(英国有技术储备),也就是说在中国研制出来之前美俄是基本处于垄断的。而阻拦索这种东西作为大中型航空母舰上的重要设备(应该说极其重要)一般不会有人直接给你供货,在现在这个弱肉强食的国际环境中他们对一个正在急速崛起的国家是不会手下留情的,甚至他们希望你最好什么都没有,最好什么也不要研究出来。这就是我们为什么一定要在各方面都要做到能够“独立研发和生产”的原因。下图就是展出的“辽宁”舰航空母舰的阻拦索截段,侧面截面部分被特殊处理了(其实这个截面能看出不少道道,我们下面再说)。
至于他的作用有多大,这么说吧,没有这根“不起眼”的阻拦锁中国的航空母舰诞生还要继续推迟,或者“辽宁”舰现在只是一艘直升机航空母舰。航空母舰的整体尺寸是无法与陆地机场相比的,跑道长度十分有限,所以这些超过20吨的固定翼舰载机是无法不借助外力进行起飞和降落,所以没有阻拦索就无法完成固定翼舰载机着陆(舰)任务。虽然还有一种叫做“垂直起降战斗机”的固定翼飞机(F-35B、海鹞、雅克38、雅克141等),但是短距起飞/垂直降落的模式对舰载机的作战半径和载弹量削弱非常明显,海鹞在垂直起飞和垂直降落的情况下作战半径只有90公里了。所以垂直短距起降战斗机在大中型航空母舰上一般不采用,只有一些无法安装弹射器和阻拦索的轻型航空母舰还会选择这种模式。英国“伊丽莎白女王”级重型航空母舰虽然也搭载F-35B,但是这出于英国的“腰包”比较紧缩,将弹射器和阻拦索都给裁减,如果不是因为囊中羞涩,那么“伊丽莎白女王”级也将是搭载F-35C进行弹射起飞+阻拦着舰的重型航空母舰。
下面我们说一下这个阻拦索,从下图中可以清晰看到“辽宁”舰的阻拦索,表面上只是一根钢丝绳,但是甲板下面有一个非常庞大的机构在支持这跟“钢丝绳”的工作。其实这跟所谓的“钢丝绳”也不是普通的“钢丝绳”,我们手头上没有“辽宁”舰阻拦索比较形象的尺寸对比,我们来看一下美国航母的阻拦索。下图为美国海军航空母舰现在使用的阻拦索,可以看到他其实是非常粗的,完全可以称的上钢索。
而且这也不是简单单根钢丝绳制成,下图为美国阻拦索的截面图,他实际是由多股钢索“拧”出来的,每股钢索又是由多根钢丝绳拧出来的。阻拦索必须韧性好,但是又不能太硬,否则尾钩拉扯时容易直接断裂。所以小小的阻拦索对材料、力学、加工工艺等方面是考验是非常强的,所以为什么只有美俄现在能生产这个东西?要是专业人员从截面图就能分析出里面有哪些道道,这就是为什么开头那根展出的阻拦索要对截面进行特殊处理的原因。
说完阻拦索,其实阻拦索只是一个能看见的“表面”,实际上还有更庞大的机构在下面配合。下图为美国MK7型阻拦装置的简易图,了阻拦索之外还有滑轮缓冲装置、主液压缸、阻拦器系统、尾端缓冲装置、动十字头、复位系统、冷却系统等结构组成。而阻拦器系统有包括主液压缸、蓄能器、定滑轮组、膨胀气瓶等结构组成。
我们在高中物理应该学过能量守恒,换句话说高速着舰的舰载机在短时间内做到速度停止他的动能急速下降至0,按照能量守恒来说这些动能必须要转化成其他形式的能量,不可能无缘无故的消失。当舰载机着舰时,尾钩会钩住阻拦锁使阻拦锁急速向前运动,此时阻拦锁通过滑轮组带动柱塞对液压缸进行压缩,压缩的过程中将液压油压入蓄能器中,液压系统在短时间内吸收了飞机的动能,这个时候就进行了能量的转换。所以飞机才能这么快的消耗完自身巨大的动能,实现超短距减速。当舰载机停止时,阻拦索通过复位系统重新归位,此时的动作是将液压油从蓄能器再返回到液压缸内,等待下一次着舰作业。在这一系列动作中需要冷却系统进行冷却,因为整套阻拦系统(特别是液压系统)吸收了飞机的动能后温度会有一个很明显的升高。
所以一个表面上看起来简单地阻拦索实际在考验一个国家的基础科学研究、材料水平、机械加工技术、电子(阻拦索工作涉及到一些自动控制)、液压技术等等方面,所以能搞全套阻拦系统的国家必定有很强的工业水准,目前除了中国就是美国和俄罗斯,就连法国海军使用的阻拦系统也是由美国进口。目前中国的“辽宁”舰和002型航空母舰一共配备了8套阻拦系统,未来003型和004型也会大量使用,这不可能指望美国和俄罗斯去卖给你,他们巴不得我们压根不要有航空母舰。所以这只能解释为我们已经突破了阻拦系统的技术并实现独立生产,技术掌握在自己手里是才是最根本的。
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世界上有两种滑跃甲板的航母,一种是英国人发明的滑跃起飞,垂直降落模式(无敌级和伊丽莎白女王级),这种模式只适用于诸如鹞式和F35B这样的垂直起降飞机,局限性较大,还有一种就是苏联人发明的滑跃起飞,拦阻降落模式(库兹涅佐夫级),这种模式能够适用所有类型舰载机,而且对没有掌握弹射起飞技术的国家是绝对的福利。但是要实现拦阻降落,首先你得有一根绳,这根绳就是舰载机阻拦锁。
(F35垂直降落)
我国的主力舰载机歼15在着舰时时速一般在250千米左右(不能太慢,着舰失败方便复飞),而着舰时的重量则有20吨左右,这样大的重量和这么快速度,如何在只有200米长的航母甲板上将它的速度成功降低到0?这个任务只能交给阻拦锁来完成。我国的“辽宁舰”前身是苏联的“瓦良格号”航母,在引进瓦良格的同时我们也曾经向俄罗斯人引进阻拦锁技术,但不知是他们担心我们的实力,还是对我们以苏33为原型设计的歼15心怀不满,俄罗斯拒绝了这个要求。
然而中国人从来不缺乏自力更生、自主创新的精神,别人不给我们就自己造!就在距离2009年歼15首飞后的三年之后,我军就在辽宁舰上成功完成了首次歼15舰载机的拦阻着舰试验,而这次使用的阻拦锁就是我们自己制造的纯国货!目前全世界能够生产航母阻拦锁的国家只有三个,那就是中美俄三大国,这是绝对的核心技术!
(辽宁舰国产阻拦锁分段)
航母阻拦锁你别以为它只是一根钢绳,它可是能够承受85万牛顿拉力的存在,所以它内部相当复杂,每根阻拦锁都是由多股钢丝绳编织而成,而钢丝绳则是由12根粗钢丝和6根细钢丝呈特殊布局扭结而成的,而这些钢丝都是由高强度、高韧性的特种钢材打造而成,在钢丝绳中心还有大麻纤维和聚脂材料制造而成的绳芯,但是你以为钢丝绳就是阻拦锁的全部吗?
现代阻拦锁普遍采用的都是美军MK7型液压阻拦锁,除了钢丝绳本身,还有用于缓解冲击力的液压缓冲装置,用于重新拦阻的自动复位装置,用于降温的冷却装置,以及用于不同飞机的定长冲跑控制系统等等,研制这几个系统,比制造一架舰载机不会轻松多少。
也正是因为技术含量高,所以价格也不便宜,法国人建造了戴高乐航母,但是自己不能生产阻拦锁,所以只能从美国人那里购买,一套阻拦锁价格是150万美元,而美国人自己的采购价只要50万美元,而且阻拦锁这玩意儿一艘航母上一般至少要配置三到四套,而且平均每起降一百个架次的飞机就必须更换一次阻拦锁,所以戴高乐光是购买阻拦锁可能就花费了上千万万美元,而且后期损耗了还必须重新向美国人订购,这大概就是没有核心技术的悲哀吧!
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航空母舰作为海上移动的飞机场,主要肩负舰载机起飞、降落和补充弹药的任务,虽然航母已经是人类建造出来的最大战舰,但其不足300米的飞机跑道相比于地面机场相差甚远,所以在降落时只能依靠阻拦索的帮助下安全着陆!
以“尼米兹”级航母为例,其着舰飞行甲板为225.55米(国产航母长度短一些),设置有4道阻拦索,布置宽度约为18米,20多吨舰载机以150千米每小时的速度进场,在舰载尾勾钩住阻拦索之后速度会在2-3秒的时间内降为零,在这一瞬间阻拦索要承受巨大的拉力。
不仅如此,阻拦索这根“钢绳”不仅要承受巨大的冲击力,还要具备足够的使用寿命和安全性。因为阻拦索引发的事故也不少,2003年美国海军一架F-18战机在“华盛顿”号航母降落时引阻拦索断裂导致坠毁,2016年一架E-2C预警机着舰时阻拦索断裂致8名工作人员受伤,预警机成功复飞,2017年俄罗斯“库兹涅佐夫”号航母阻拦索断裂导致两架苏-33舰载机损毁!所以,航母阻拦索是舰载机名副其实的“生命线”,不仅体现在有无上,更体现在质量上
航母阻拦着舰虽然原理简单,但在技术上却非常不容易,在“辽宁号”航母改装完成之后,许多西方国家认为中国短时间内造不出质量可靠的航母阻拦索,只能是有航母不能搭载舰载机!
2012年11月,在“辽宁号”航母仅服役2个月之后,我国便完成了首次歼-15舰载机阻拦着舰测试(算是从乌克兰购买的)。不久之后,国产阻拦索的研制取得成功,并在地面进行了数千次测试,最后换装到了“辽宁号”航母之上。据悉,我国航母阻拦索研制出自一个名为“巨力集团”的民营企业,据传还是在4个月的时间内攻克的!
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“阻拦索”顾名思义就是帮助航母舰载机减速降落的绳索,这根索是航母必备,若没有阻拦索,飞机在起飞之后就无法降落
航空母舰是目前战斗力最为强大的海军军舰,不过航母本身没啥战斗力,航母的战斗力来自于搭载的舰载机。说得再直白点,航母就是一个海上移动飞机场。
虽然航母体型非常巨大,但是甲板面积和长度毕竟是有限的。现在世界上排水量最大的福特号航母,其全飞行甲板不过332.85米。而陆地上最低级别的军用机场跑道也要至少1200米,这是最低级别的三级军用机场。而二级军用机场跑道则至少需要2000米,一级军用机场跑道至少3200米,是航母跑道长度的近十倍。注意,这些都是每个级别军用机场的最低标准。
长距离的跑道不仅可以为大型飞机提供更加充足的起飞距离,而且也可以为飞机的降落提供足够的滑行空间。
不过在航母上,受限于甲板长度制约,舰载机的起飞和降落都是个问题。首先对于舰载机起飞问题,各国普遍采取弹射起飞和滑越甲板起飞,这两种起飞方式都可以大大缩短舰载机的起飞距离。
相比之下滑越起飞对舰载机的限制比较大,因为滑越起飞完全是依赖舰载机自己的动力实现升空,所以除非达到一定逆风风速,否则采用滑越升空的舰载机很难实现满油满弹起飞。
而在弹射起飞模式下,由于有弹射器的帮助,舰载机可以满油满弹起飞,并且弹射器也可以弹射一些体型较大的预警机和运输机。
不过无论是弹射起飞还是滑越起飞,航母上舰载机的起飞都不是啥大问题,而舰载机的降落才是一个大麻烦。
由于甲板长度不够,舰载机肯定不能纯靠滑行降落,所以需要借助设备帮助舰载机减速降落。
在航母早期发展的时候,美军曾经使用过拦阻网对降落的舰载机进行拦截。使用拦阻网拦截飞机的成功率非常高,但是这种方式会对飞机造成一定的伤害,且效率不高,在拦截一家飞机后需要更换阻拦网,时间成本为非常高,因此拦阻网逐渐被航母弃用或者是变成一种辅助降落设施。
(拦阻网)
除了拦阻网,现在世界上绝大多数航母都是使用“阻拦索”实现舰载机降落。
阻拦索是位于航母甲板的后部的一根坚固的合金钢索,舰载机在降落时会把飞机后部的尾钩放下,通过尾钩挂住阻拦索帮助飞机减速。一般情况下只需要2-3秒就可以在100米距离内完成降落。
(舰载战斗机后部的尾钩,飞机就是靠它来勾住阻拦索的)
(为了增加舰载机勾住阻拦索的几率,航母上一般至少设有4道阻拦索)(我军舰载机着舰动图)
阻拦索虽然看上去就是几根钢索,但是在甲板底下还安放有一整套的缓冲拦截系统,绝对不是仅靠一根绳索就把飞机给拉住的,否则飞机早就被拽烂了。
目前世界各国航母普遍使用的拦阻装置为MK7型液压缓冲式拦阻系统,其组成部件包括:舰上的阻拦索和支撑机构、滑轮缓冲系统、拦阻器系统、钢索末端缓冲系、复位系统、冷却系统等。
其中埋藏在甲板下面的拦阻器系统是由主液压缸、定长冲跑控制系统、蓄能器、膨胀气瓶、定滑轮组等组成,结构十分复杂。(拦阻器系统结构示意图)
除此以外,这根粗粗的阻拦索也不是一般国家能造的出来的。目前能制造阻拦索的国家只有中、美、俄三国,乌克兰也有一定的技术储备,因为前苏联时期的几艘第三代航母都是在乌克兰制造的。(美军航母上的阻拦索)
航母阻拦索需要有极高的抗拉伸能力,例如MK7型的阻拦索就是由6股钢丝绳组成的,每股钢丝绳又是由12根主钢丝组成,6股钢丝绳中间还有一根特殊材料制成的钢芯,结构十分复杂。而且只做拦阻索的钢丝也是一种特殊的合金,韧性和钢性都很好。
阻拦索对航母的重要性是毋庸置疑的,虽然它就是一个绳索,但是若没有这根绳索,航母就只能搭载垂直起降飞机了。
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2003年9月11号美国华盛顿号航母上,一架F-18大黄蜂战斗机在降落时遭遇阻拦索断裂的突发情况,舰载机当场滑入海中,飞行员虽然及时跳伞保住了性命,但甲板上的14位地勤人员却险些被腰斩,最终落下了终身残疾。
2016年12月5日,俄罗斯“库兹涅佐夫”号航母上一架苏-33拉断阻拦索坠入大海。
2016年3月份时,美军艾森豪威尔号航母上再次发生阻拦绳断裂,导致航母上8名地勤人员身受重伤。
以上发生在航母上的三起事故,都造成了重大人员伤亡以及战机损毁,而造成三起事故发生的关键原因就在于航母阻拦索断裂。
那么如此重要的航母阻拦索到底是什么?
航母阻拦索又被称为“舰载机的生命线”,是航母阻拦装置系统中极为重要的组成部分,更是保证舰载机可以安全降落在航母上不可或缺的一部分。
以美国尼米兹级核动力航母为例:
尼米兹级核动力航母作为10万吨级的航空母舰,飞行员在降落时所能看到的大小也只有一片树叶大小罢了,而其甲板所能提供给舰载机降落的区域长度也仅有200米左右。
现代舰载机的重量基本都在数十吨以上,在着陆时的时速一般在200公里以上,如果不使用拦阻索,舰载机需要滑行一千米以上才能停稳。所以想要在最短时间内把速度降为零,阻拦索成为了航母重要的装备之一。
阻拦索如此重要,世界有哪些国家可以制造?
当前世界各国,为了让航母可以够搭载更为先进的舰载机,都不留余力的更新航母的各类配件设施,其中阻拦索就是其中最为重要的一环。
目前世界上能够生产阻拦索的国家只有英国、美国、俄罗斯、中国四个国家。而其他拥有航母的国家,由于不能独立生产阻拦索,所以大多数使用的都是美俄两国所生产的阻拦索。
比如法国戴高乐号航母使用的就是美国阻拦索,而印度的维克兰特号航母则使用的是俄罗斯所生产的阻拦索。
那么我国所生产的航母阻拦索究竟如何呢?
1999年我国从乌克兰购买回来的瓦良格号航母开始进入改造翻修阶段。而当时的我国由于缺少阻拦索的生产技术,所以只能从美国购买成品来装备到辽宁舰上。
而当时的美国也是狮子大开口,直接报价1000万美金,企图以此来赚取巨额利益。无奈的我们只能将目光投向俄罗斯,而由于当时我国山寨了俄罗斯的苏-33战机,自行研制出了歼-15舰载机,没有和俄罗斯合作,所以俄罗斯拒绝向我国出售航母拦阻系统。
面对美俄两国的态度,再加上阻拦索作为消耗品需要经常更换,我国最终选择了自主研发航母阻拦索这条艰难的道路。
2012年国产航母阻拦索历经千辛万苦,终于进入最后的应用阶段。
11月25日我国一架歼15舰载机,在我国首艘航空母舰辽宁号起飞升空,在环绕航母一周后,开始进行航母着陆试验,随着歼15接触到甲板的那一刻,所有技术人员的心都提到喉咙上了,仅仅3秒钟,我国自行研发生产的航母阻拦索成功被舰载机的尾部勾住,实现3秒驻停!
当舰载机成功驻停的那一刻起,标志着我国成为继美俄英三国后,世界第四个拥有生产制造航母阻拦索的国家,这一刻所有工程人员都露出开心的笑容。
短短几年时间,我国便从对阻拦索的一无所知跨越到独立制造生产的完美逆袭,其中的艰辛绝不仅仅是几句话可以概括的。
我国素有局座之称的著名军事专家张召忠将军曾说过“阻拦索在技术上不是普通人想象的在航母斜角甲板后部安上几道钢丝绳那么简单,而是涉及机械、电气、液压等诸多高新技术,包括主液压缸、定长冲跑控制系统。最简单的阻拦索的钢丝绳都要达到1500兆帕以上,同时延伸率不小于20%,冲击韧性大于150焦/平方厘米,屈强比至少要保证0.85。可谓样样尖端技术!”
我国自行研发生产的航母阻拦绳其重要性不言而喻。在我国航母建设飞快发展的今天,航母阻拦绳的意义也越来越大,相信不久的将来,我国的歼31舰载机也将登上我国的航母。
世界领先的航母阻拦绳就是我们的底气!
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