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为什么长得左歪右悬身体宽?——现代航空母舰的斜角甲板进化史
2020-01-04           作者: 铁霾

二战期间,人们已经确认了新一代海上霸主是航空母舰,但同样也暴露了一个问题:直通甲板的航母升降机、起飞和降落共用一条线,不能为着舰飞机提供安全复飞的条件。一旦飞机着舰失败(比如着舰尾钩未能钩住拦阻索),势必会冲撞前方停机区的飞机,引发火灾、爆炸。倘若是战时,这一个细微的失误会直接导致一个战局的走向,其后果不言而喻。

为什么长得左歪右悬身体宽?——现代航空母舰的斜角甲板进化史

朝鲜战争中,美国二战航母配喷气式舰载机所导致的事故居高不下

其实,理论上在拦阻索和拦阻网充分发挥作用的前提下,直通式甲板的舰艏弹射作业和舰艉的着舰作业可同时进行。但奈何当时的条件下,所有的航母由于飞行甲板长度有限,前后两个作业区的缓冲距离过短,起飞和回收着舰难以同时进行。

为什么长得左歪右悬身体宽?——现代航空母舰的斜角甲板进化史

直通甲板的航母升降机、起飞和降落共用一条线

而当天空逐渐被喷气机所占据,同时也荣登航空母舰之后,上述问题变得更为“尖锐”不可调和。二战后的光是第一代上舰喷气机的降落速度都在100节上下(采用后掠翼或三角翼的二代喷气机进场速度则普遍达到110~120节),直接秒杀掉了之前顶尖的传统舰载螺旋桨战机(最高80节)。随之,着舰尾钩钩上航母甲板拦阻索难度也会更大,飞行员的操纵反应时间与允许的错误冗余度都大幅减少。着舰失败的机率随之增加许多,危险性大幅增加。

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美军二战后上舰的第一代喷气机

而当时的人们针对这种情况,采用了一个前所未有的设计——“柔性甲板”

现代航母的进化第一步:柔性甲板

1945年,老牌海军强国——英国率先提出了无起落架起飞的构想。较于螺旋桨飞机,喷气机“理论”上可以利用机腹降落。而除去起落架结构后就能够减轻飞机重量,进而改善飞行性能,或增加燃油、弹药载荷,增强续航、火力。随后英国牛牛们讨论了几种舰载机不用机轮在航母上起降的方案。最后,航空工程师格林建议将无起落架的飞机降落在弹性材料制成并由减震装置制成的“地毯”上。这样的降落跑道再加上拦阻索的作用能够在最短的距离内停住舰载机。对于一架重约3.6吨左右的舰载机(这也正是“海吸血鬼”舰载机的全重),他建议使用一条长46米、宽12米的“地毯”即可完成对其的着舰回收。

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“海吸血鬼”舰载机与“柔性甲板”

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“柔性甲板”示意

1946年,英国牛牛们开始了研制与测试工作。在完成小比例模型测试后,开始着手全尺寸系统的相关工作。到了1947年,英国范堡罗机场专门精修了一座类似于航母的测试场,开始进行实践测试,然而结果出乎意料——试降飞机突然快速下坠,飞行员起初加大油门以便控制飞机下坠速度。但由于早期喷气式飞机的通病,油门反应速度慢、发动机加速性差,“海吸血鬼”测试机最终还是摔在弹性甲板末端的进场坡道上,在弹性甲板上左右反弹了2次后,整个机体严重受损,幸运的是飞行员并未受到重创。

为什么长得左歪右悬身体宽?——现代航空母舰的斜角甲板进化史

 

转眼到了1948年3月17日,吸取了去年失败经验、改良后的“海吸血鬼”完成了一次无可挑剔的弹性甲板降落。接下来在范登堡机场又进行了40余次降落试验。而到了1948年11月3日,“海吸血鬼”成功在“勇士”号航空母舰刚铺设的橡胶衬垫上降落,完成人类历史上无起落架飞机在弹性甲板上的首次海上试验。

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“海吸血鬼”的柔性甲板降落


 

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“勇士”号航空母舰

“勇士”号航空母舰本是二战中加拿大向英国租借的一艘航母,到了归还的日子则直接被英国人从半道上拉去改装测试“弹性甲板”。到了1948年的下半年的“弹性甲板”已经趋近完善——从舰岛向舰艉方向延伸,共58米长,5.7厘米厚,末端是一段延伸到舰艉长46米的金属制进场斜坡。弹性甲板的末端上方设有1条拦阻索。着舰的飞机的尾钩钩上拦阻索后,机体向前落在橡胶质的弹性甲板上,借助弹性甲板的缓冲以及拦阻索的制动可更高效制动“高速”降落的喷气式飞机,滑行几米后即可减速停止。这种崭新的玩意也吸引了美国人的注意。光是1948年11月这一个月的时间内,美国海军也在“勇士”号航母上进行了200架次的起降作业,没有出现一次意外。

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“勇士”号航母的柔性甲板改装设想图

但是后续,越来越多的测试结果表面:虽然弹性甲板上直接以机腹降落滑行的舰载机在拆除起落架装置后能够节省重量从而带来其他性能的增强。但没有起落架的飞机是无法降落在路上机场或没有铺设弹性甲板的航母上的——适用性很窄。同时,没有起落架就意味着这架舰载机不能自主移动,那么就需要依靠—吊臂车—拖车—绞车进行配合移动,本身就很臃肿繁琐甲板作业更加困难。

而且无论是普遍配备弹性甲板,或为发挥弹性甲板的效能而专门研制一型无起落架的飞机,亦或者是为了这型无起落架的飞机专门研发一套地勤设备+规章指标+人员培训,就投入成本和效果而言都是不值得的。

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无起落架舰载机需要的地勤配设一览

现代航母的进化第二步:斜角甲板的概念

1951年8月7日,英国海军在关于是否应发展具备操作无起落架舰载机的弹性甲板航母纠结不已。而主持本次会议的皇家海军资深专家丹尼斯上校首次提出了斜角甲板的设想——

“我设想的是:设计出向左船舷偏转10°并配有4条拦阻索的第二条甲板,这样不仅能隔开舰艉的降落区与舰艏起飞区、停机区,彼此互不影响,而且也使着舰与起飞作业成为了可能... ...”

丹尼斯上校后来回忆这个设想在会议上提出之时“并未受到预期中的响应,更多的是混合了反应平平与些许嘲讽”。但是谁也没想到,就是他的这一“天真想法”,竟直接影响贯穿了后世全球各个海军大国的航母设计思路。

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丹尼斯上校

与此同时,两年一度的范堡罗航展在随后的9月开幕,航展中英国海军部与美国海军的代表团进行了例行性的会谈——主要是简短交换双方关于未来发展的前沿资讯。丹尼斯上校再次提起了“斜角甲板”的设想,而美海军代表团队神情各异,据丹尼斯上校的回忆录——

“他们话说得不多,但我清楚的记得他们明显彼此交换了眼色”

... ...

“几个星期后,我们就听说美国海军已经计划在“中途岛”号上进行斜角甲板的预备试验... ...”

随后的几个月,美国海军当时最大的航母“中途岛”号开始了斜角甲板模拟试验,但只是在飞行甲板后段漆上斜角降落区,同样证明了“斜角甲板”即将堪当重任。紧接着就进行了真正的航母斜角甲板试验。

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“中途岛”级航母的二战形态(最初版)


 

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“中途岛”号航母的冷战改装,增设斜角甲板形态

现代航母的进化第三步:斜角甲板的实践

美国海军当时并未在已经测试成功的“中途岛”号上加以改装斜角甲板,而是选择了上代的“饺子级”,也就是“埃塞克斯”级。其目的不言而喻——“埃塞克斯”有多达20多艘同型航母,美国海军完全可以挨个试验斜角甲板的最佳配比。

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埃塞克斯级航母的二战版


 

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埃塞克斯级航母

于是乎,美国海军埃塞克斯级的CV-36“安提坦”号成为了世界上第一艘配备斜角甲板的航母。在当年的1月12-16日的海上试验中就完成了超过500次,包括日、夜间以及6种喷气动力、螺旋桨推进机型的降落作业,而且从未发生飞行事故。

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增设斜角甲板的埃塞克斯级航母

为什么长得左歪右悬身体宽?——现代航空母舰的斜角甲板进化史

 

特别值得一提的是,作为对英国分享斜角甲板技术的回报,“安提坦”号航母在1953年的5月份前往英国配合皇家海军的斜角甲板降落试验。而在“安提坦”号上进行的64次触舰复飞和19次拦阻着舰试验,也让英国人更近一步体验了斜角甲板的“魅力”。这次成功的访问,促使英国海军部下定决心立即为现有航母加装斜角甲板。

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在美军“安提坦”号航母上测试的英国飞行员

1952年2月,不甘落后的英国牛牛们同意马上在巨人级的R-16“凯旋”号航母上进行斜角甲板试验。但试验并未对“凯旋”号进行加装斜角甲板的改装,而是和美国人一样——只是在后端飞行甲板上漆上左倾10°的斜角降落区来模拟斜角甲板。所以并不能真正地让舰载机拦阻着舰停在斜角甲板上,只能进行触舰复飞试验。

但尽管如此,试验还是达到了预期效果,参与试验的飞行员也对“斜角甲板”赞誉有加。随后的3月份又在“光辉”号航母上进行了进一步的试验测试。海军委员会事后评估:通过增设斜角甲板,可让2万吨级的竞技神级航母具备与采用直通式甲板的3.3万吨级的“鹰”号的同等甲板作业能力。

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“鹰”号航空母舰是当时英国最大的航母

由于测试十分成功,终于促使英国海军部开始考虑在新一代舰队航母的设计上应用斜角甲板这一新结构。只不过由于财政吃紧,加之政策上的迟缓,英国在斜角甲板的实用化上居然落后于后来者的美国。

现代航母的进化第四步:斜角甲板的普及

1955年10月,美国海军“中途岛”号航母暂时退出现役,开始现代化改装。此次改装最主要的目是让“中途岛”号具备起降高性能喷气式战斗机的能力。为此引入了C-11型蒸汽弹射器和147米长的10.5°斜角甲板。

为什么长得左歪右悬身体宽?——现代航空母舰的斜角甲板进化史

在1966年的改装中,“中途岛”号航母换装了史无前例最大13°斜角甲板

而在斜角甲板家族中比较悲催的就是1949年4月18日安放龙骨正式开工,5天后便被取消建造的美国海军“合众国”号了。她采用的是两侧对称的双斜角甲板构型。这种“双斜角甲板”的用途也只是用弹射器弹射起飞舰载机,而舰载机的着舰和平直甲板一样,仍是从舰艉进场向舰舯直线滑行拦阻着舰。

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被自家陆军空军联合绞杀掉的合众国级航母

(关于这型被自家陆军空军联合绞杀、差点闹出美国军种内战风波的“合众国”号航母的详细身世,欢迎看一下我往期的文章,点击蓝色字体即可跳转:被合众国腰斩的“合众国”级航母——一窥战后美海空军的勾心斗角

1952~1957年间,美国海军一共有14艘埃塞克斯级航母加装上了斜角甲板。3艘中途岛级航母也在1954年~1960年间的改装工程中增设了斜角甲板。在作为“合众国”号航母的替代者,福莱斯特级航空母舰在开工13个月后的1953年6月,设计上做了大幅修改,引进了10.5°的斜角甲板、蒸汽弹射器与光学着舰引导系统,首开世界航母先进技术之先河

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福莱斯特级航空母舰(近)

接下来陆续服役的美国超级航母包括后续2艘福莱斯特级、4艘小鹰级与1艘“企业”号核动力航母,也都采用的是10.5°斜角甲板。直到上世纪70年代陆续开工的尼米兹级才改为斜度稍小的9.5°斜角甲板。

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尼米兹级航空母舰


 

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福特级航空母舰

而对于斜角甲板到底“斜多少”的问题,这又是一段可以单独拎出来大书特书的故事了。简单来说,就是美国为后世可谓不遗余力的实践测试——斜角甲板角度越大,飞行甲板面积越大,舰载机弹射与着舰作业的互相干扰越小。但角度越大,航母航行方向与斜角甲板中线方向差距越大,且更易受舰艉紊乱的影响,飞行员驾机对正斜角甲板中线拦阻着舰的难度加大。同样,斜角甲板的角度越小,则斜角降落区在整个飞行甲板中所占比例也越大,剩余可用甲板面积就会减小,进而影响舰载机的操作与调度。因此尼米兹级航母在略微减小斜角甲板的角度后,通过加长斜角甲板的长度来弥补总体的甲板面积的缩小。

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