沈飛專家談艦載機研發細節：勿忽視航母尾流
作為航母的打擊手段，艦載戰鬥機是航母編隊的重要組成部分，現代艦載航空兵力的發展表明艦上常規的戰鬥機(非垂直起降)可以提供防空戰鬥出航、打擊海面和水下目標。美國、法國和前蘇聯已經研發了多種艦載飛機，它們可以分為兩類：第一類是中型艦載機如米高揚的米格-29K、波音的F/A-18和達索的“陣風”M，它們的起飛重量在15~25噸之間；第二類是重型戰鬥機，即包括蘇霍伊的蘇-33和蘇-27UB、諾斯羅普·格魯門的F-14，它們的起飛重量在25~35噸之間。航母的甲板及甲板下的機庫為中型飛機提供了更大的空間，但中型飛機的戰鬥載荷、作戰半徑和武器系統能力要遜色於重型艦載飛機。
艦載機的獨特性
航空母艦是一個尺寸有限的海上浮動平台，這就使在該平台上起降並存放的艦載機具有一些與陸基飛機不同的特殊設計要求和使用維護特點——即所謂機對艦的“艦載適配性”。
艦載戰鬥機與陸基戰鬥機的區別源於機艦適配性的設計需求和作戰使用上的差異。艦載戰鬥機除了承擔艦隊防衞的作戰使命之外，還要具有與陸基飛機對抗的能力，這就決定了其與陸基戰鬥機的設計約束有諸多不同。
艦載戰鬥機，包括機內系統，必須在幾何、結構、氣動力方面與彈射器及攔阻裝置的使用相協調，以實現艦上幾十米距離的滑跑起降。飛機攜帶實際作戰載荷時的性能特性，必須能在母艦常規操作能力允許的速度範圍內實現發射和攔阻。飛機必須是緊湊的，而且應能摺疊得更小，必須具有與運動甲板相適應的起落架裝置，必須能基本上在飛機自身投影面積內進行補給和維修，並且要求的外部保障設備最少。由於存在海水、蒸汽、煙囱煙氣及飛機上油液的影響，飛機應避免使用某些材料和設計技術。此外，飛機還必須考慮自然風和排氣噴流的影響。
起降場地的不同——浮動的機場
説到艦載戰鬥機我們不妨先簡單談談航空母艦。航空母艦出勤時是一個海上六自由度運動的平台，它不僅在海平面上做平面運動，而且在海浪的作用下還會產生縱向和橫向的搖動以及升沉運動，航母上的大氣紊流情況也比較複雜。除了陸地機場通常存在的大氣紊流以外，由於航母龐大的艦體以及自身的運動還會在艦首產生上洗氣流，並在艦尾處形成較強的公雞尾狀的尾流。另外還需要特別指出的是，航母雖然龐大，但是可供艦載機起飛、着艦的跑道長度是很有限的，目前世界上大型的航母甲板總長度也不過300多米，要求飛行員在各種天氣、湍流、甲板運動等環境條件下，在飛機和攔阻裝置的結構設計載荷內將飛機降落在100米的距離內。飛機降落時，橫向偏離中心線超過3米或垂直誤差超過2米就可能導致飛機的翼梢碰到甲板上的物體而損壞。此外，惡劣的海上氣象條件、起伏不定的航母以及高密度的電磁環境都增加了艦上進場和降落的難度。
航母航空聯隊的幾十架飛機要在只有陸上機場跑道十分之一面積的航空母艦上發射、回收、補給、維修，而且由於再次出動或戰術態勢等原因，這些工作又必須在極短時間內完成，這就需要對艦載飛機做比陸基飛機更多的工作。
起降方式的不同——無平漂着艦
由於航母着艦區長度的限制和艦載機着艦下滑過程中對下滑跟蹤角和下滑航跡的嚴格控制，艦載機進近時採用的是定常下滑道/定常迎角(AOA)駕駛技術。在這種着艦方式下飛機着艦的下沉速度要比陸基飛機大得多，易引發撞擊式着艦(也稱硬着艦)。為了強制飛機在50～100米距離內迅速減速制動，需要通過安裝在機體尾部下方經過特殊設計的攔阻掛鈎，拉住橫置於航母跑道甲板上的攔阻索，利用攔阻力來強行制動。着艦瞬間的撞擊載荷、攔阻強制制動載荷的特點與陸基飛機着陸受載差異較大使得艦載機的起落架以及機體結構，特別是與起落架安裝密切相關的結構都需要根據這些客觀條件進行重新設計。通過以上介紹不難看出艦載機下滑着艦和艦上制動與陸基飛機平飄下滑着陸以及靠阻力傘和剎車制動有很大區別。
飛機以比陸上大2.5～3倍的下沉率無平飄地着艦時，將通過起落架承受比陸上大6倍或更大的豎向載荷；攔阻鈎與攔阻裝置齧合時，飛機又將通過攔阻鈎承受很大的軸向攔阻過載。軸向載荷都是反向的，而且施加於結構的不同點；而豎向載荷則不同於軸向載荷，需有單獨的結構去承受。這些衝擊載荷，以及飛機接地時機體中的反向慣性載荷，與作戰飛機飛行時的機動過載是不同的。
艦載機的飛行員座艙必須儘量靠前，接近機頭，並要比陸基飛機座艙高些。這是為了在等角下滑着艦時，飛行員能看見着艦航母的水線。
幾何特徵要求不同——艦上調運存放
飛機的全長，以及摺疊後機翼展長與尾翼展長的組合，受甲板空間及飛機在升降平台上機動要求的制約。飛機的外掛點必須在機翼摺疊部位以內。飛機摺疊後的高度應能通過機庫大門，摺疊過程中的高度應比機庫高度低一定距離。戰鬥機不折疊時的機翼展長，應允許兩機並排置於艦艏的幾個彈射器上。考慮到飛機排氣的熱/聲環境及飛機與噴流擋板的距離，應對機身長度及前起落架位置作適當調整。考慮到航母上的彈射器可能靠近甲板邊緣，對飛機的主輪距應作限制。至於主起落架的位置及其與後機身/尾翼/外掛物長度之間的關係，則必須保證着艦時機頭高抬或處於橫滾姿態時，飛機機體與甲板及攔阻索有足夠的間距。主輪到前輪的位置關係，以及飛機的重心，必須保證飛機在運動的甲板上運行時不後倒或側翻。
在綜合起落架佈置、尾鈎長度和位置、後機身和尾翼的構形時，必須避免突然來自攔阻索動態響應的損害，且應避免機頭向下着艦或飛行中鈎住攔阻索時，產生結構載荷的進一步惡化。機頭的視界必須保證飛機下滑時飛行員能看到艦艉水線，必須保證飛機在甲板上運行安全。
使用環境的不同——海洋環境
由於航母的可移動性，在許多情況下，它可能會遭遇幾乎所有的天氣和環境狀況。例如，在北大西洋遭遇攝氏零下1℃的環境温度、35節(約64千米/時)的海風；在東京灣經歷32℃、無風的狀況並不少見。另外，海況會導致航母產生俯仰、傾斜以及1.5米的升沉，偶爾還會遇到雲底高60米、能見度0.5海里(0.92千米)的惡劣天氣狀況。
高海況、低温、強風和腐蝕性鹽霧，為海上活動的人和機械製造了極其苛刻的環境。飛機以小速度進場時，對下滑軌跡的精確控制提出要求是十分必要的。通常飛機接地前，飛行員有20～30秒時間去面對一個垂直於下滑道方向的1.8～2.7米高的“窗口”，飛機必須以合適的速度和姿態去迎合這個隨母艦作縱橫搖動的“框”。為了做到這一點，飛機必須對姿態及飛行速度的調整具有精確快速的操縱響應；發動機必須對下滑道上的小油門變化做出快速響應；發動機還必須在復飛或逃逸時很快加速到全功率狀態。
海上嚴重的腐蝕環境使常用的鎂和鈹等材料不再適用；和陸基的米格-23系列不同，為應付惡劣的海上環境，前蘇聯設計的艦載型米格-23A在結構選材上大量使用了重量輕、強度高的鋁-鋰合金，一些地方甚至還使用了鈦合金材料。海上的濕氣會侵入機體的蜂窩結構，限制了蜂窩結構在非重要部件和允許只作簡單檢查部位的應用。航母上高功率電子設備的密集分佈會產生複雜的電磁環境，這對於未屏蔽的飛機電子設備，包括飛控系統中的要害部件、動力系統的操縱件、武器，都是很危險的。
飛機上的子系統也必須考慮彈射/攔阻起降時施加在機體上的軸向和豎向過載。武器及航空電子部件應考慮減震。燃油系統應避免油液移動或在彈射時發動機缺油。座艙佈置應考慮防止油門杆和駕駛杆損壞或無意中移動。為了提高子系統的使用能力，應儘量減少專用的支援設備和備件，因為母艦上可用的貯存空間有限。
如果不對航母的尾流及其對艦載機進近的影響加以簡單討論，對航母環境的描述就是不完整的。當飛機向航母進近時，擾動氣流的水平和垂直分量會導致迎角和空速發生變化，使得飛行員難以精確控制AOA和下滑道。當進行飛機調整時，航母尾後氣流的立即下降是需重點關注的。“漩渦”的位置和嚴重程度受航母的設計和使用因素影響，如航母的配平俯仰角、速度、相對風的方向和幅值以及海況。
鑑定程序不同——機艦適配海試
艦載戰鬥機與陸基戰鬥機的不同還體現在其研製程序的不同，艦載戰鬥機除完成必需的陸基鑑定程序外，還應進行長期、複雜的海上試驗——即機艦適配性海上測試，以考核飛機的機載系統和飛機結構在真實航母環境中的適應性。
以國外為例，美國海軍機艦適配性試驗一般由海軍航空測試中心(NATC)來組織，以確定飛機在航母上起飛和回收的適配性。航母適配性測試包含了飛行員/飛機組合體與航母獨特環境中的特種設備相融合的大部分內容。艦載機的適配性試驗一般分為陸基試驗(shorebased test)和艦基試驗(shipbased test)。陸基試驗是初步的調整試驗，最終飛機能否滿足艦載環境的使用要求需要艦基試驗給出結論。試驗一般分為：結構功能性試驗、彈射試驗和進近着陸試驗。所有試驗的基礎是對航母及艦載工作環境的深入理解，包括艦面設施的佈置和使用、艦尾氣流對飛機的影響、甲板風(WOD)、温度對發動機工作的影響等。
艦載機研製過程中，除了常規進行的靜力試驗、疲勞試驗外，通常還需做與其着艦下沉率相當的全機墜落試驗。
總而言之，艦載戰鬥機與陸基戰鬥機的差別體現在其飛行終端即起飛和着艦階段，其差別的產生是源於物理環境的不同，浮動的航母及彈射或滑躍起飛、攔阻着艦都造成艦載機的獨特性。儘管空中飛行階段陸基和艦載飛機的設計要求是相同的。但即使這樣，也不能簡單地將艦載戰鬥機和陸基戰鬥機看成是“表兄弟”或“堂兄弟”，兩者之間還是存在許多本質差異的。相對陸基飛機而言，由於艦載戰鬥機具有獨特的空壓縮效應，艦載機從截獲光學下滑道至觸艦僅僅有40秒左右的時間，同時必須在着陸長度僅為陸基跑道長度1/10的航母上降落，這都對艦載機的設計和使用提出了更為苛刻的要求。 (作者系中航工業瀋陽飛機設計研究所研究員)
艦載機起飛的時候，戰機的尾噴口會噴射出強勁的尾焰，可以遠達數米，航母上空間狹窄，為保護作業人員安全和保護停放的艦載機，會在起飛艦載機的後面豎起一塊擋板，將戰機的尾焰噴射方向導向空中，這是非常重要的設施。
防衝網是安全着艦的最後保障 [資料圖片]