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版主:黑木崖
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滑跃航母只要加个副甲板,战力就能超越福特舰
送交者:  2024年12月08日12:04:58 于 [世界军事论坛] 发送悄悄话

航母的战力跟舰载机的性能和舰载机出动效率有直接关系,假设舰载机的性能相近,则航母战力主要决定于舰载机的出动效率,出动率又跟起飞方式和舰载机数量有关。舰载机的起飞方式到目前有五种:平直甲板上滑跑起飞,蒸汽弹射起飞,电磁弹射起飞,滑跃起飞,和垂直起飞。其中垂直起飞可能最不靠谱,比如F35B战机以垂直起降性能强大而著称,但自从该机列装后,该机通常进行的是滑行起飞并垂直降落的常态化操作模式,因为F35B战机的发动机推力只有17吨,而自重14吨,油和弹最多只能载3吨,战机的性能受到太大限制。电磁弹射起飞理论上优于蒸汽弹射起飞,比如福特号的电磁弹射所它的电磁弹射器,相比于尼米兹级航母上使用的蒸汽弹射器,它的弹射能力,更强更加灵活,每45秒就可以弹射一架飞机,比尼米兹级蒸汽弹射器要快25%。有数据研究表明尼米兹级航母,每天舰载机出动量最多是160架,一旦使用电磁弹射器后,福特号航母的舰载机出动量可以达到180架。 

二战时,舰载机是直接在航母上滑跑起飞的,并不需要弹射。但二战后,喷气式飞机上舰,喷气式飞机刚上舰时,由于喷气发动机刚开始设计建造,性能不佳,而喷气式飞机起飞速度远高于螺旋桨飞机,需要更长的滑跑距离,因此在舰上单纯滑跑起飞不行了,才需要弹射或滑跃。不过F35B战机作为舰载机使用时却可以短距滑跑起飞,比如在美国级两栖攻击舰上,它可以通过采取短距离起飞操作模式来实现最大22.7吨的起飞重量。把载油和载弹量从垂直起飞的3吨,提高到8.7吨,以确保1000公里以上的打击范围。滑跑起飞的出动速度不应低于弹射,因为弹射起飞时,需要相对繁琐的流程,包括等待弹射器归位、战机与弹射拖曳滑块衔接并确认、升起挡焰板、待飞行员与弹射控制人员确认后才能弹射,滑跑起飞基本上就是排队起飞,每分钟起飞的速度比现在弹射快得多,比如日本赤城号航母,起飞18架97式对舰攻击机和12架九六式舰载战斗机,计划需要的时间是10分钟,训练时,实际需要的时间是11分钟,就是实际上22秒起飞一架。滑跃的情况跟滑跑类似,只是在航母头上加了个上翘甲板。滑跃起飞时,流程远比弹射起飞简洁,省去了弹射器的相关步骤,也没用弹射器本身结构复杂,存在发生故障就无法使用的问题。据相关资料统计,使用2个110米起飞点,俄海军“库兹涅佐夫”号航母理论是能在5分钟内出动12架战斗机,比使用4台C-13弹射器的美国超级航母还要快,后者的最快纪录是17分钟出动31架,换算到5分钟只有9架。需要强调的是,C-13式蒸汽弹射器的平均故障周期仅仅是405次而已,因此弹射型航母放飞近千架次的舰载机之后,必须暂时停止舰载机放飞作业检修弹射器。硬着头皮继续用也不是不行,不过就是容易丢舰载机而已。至于电磁弹射,故障率更高,福特号电磁弹射器平均故障率为1/272,到了2022年虽然经过改进,这个平均故障率才达到了1/400。军蠢们认为福特舰弹射故障率高是交流弹射的问题,福建舰安上马大神直流弹射器后就没有问题,还说陆上实验很多次了,上舰后肯定没问题。实际上海上和陆上有两点不同,首先海上时常摇晃,遇到风暴或者在战时摇晃得更加厉害,而目前弹射所需的电磁储能系统用的是飞轮储能,别傻B的说用超级电容储能,超级电容的体积比飞轮大得多。占用舰上过大空间,用超级电容做电磁弹射的储能元件跟本就是愚蠢想法,而且查查马大神的研发经历,他一直是做飞轮储能的。飞轮在海上摇晃环境下,轴承受到很大的力容易出故障,这跟交流直流系统有屁关系,福特舰存在的问题,马大神电磁弹射系统照样存在。此外海上是高盐潮湿环境,电子元件和线路很容易出现短路等问题,这些都增加了电磁弹射系统的故障率,因此电磁弹射的故障率高于蒸汽弹射,理论上是必然的。另外整个电磁弹射系统有无数条电线,在战争环境下,如果一个炸弹下来,弹片划断一根,整个弹射系统也不工作了,要找出问题线路非常困难。相对之下,滑跃甲板就一块钢板,没那么多容易出毛病的电线和电子元件,就算甲板上炸个坑,也能很快换个备用甲板,维修维护成本比电磁弹射少得多。

福特号据说45秒就能弹射一架飞机。不过连续弹射的速度没那么快,福特”号航母创造的记录是在8个半小时连续弹射起飞170架次,收回175架次舰载机,那么连续弹射的速度也就180秒一架。虽然短时间内能45秒弹射一架,那是使用了储存的电量,但长期连续弹射时事先储存的那些能量一下就用光了。弹射起飞涉及很多步骤,飞机要正好开到弹射点,然后地面工作人员把飞机上的弹射钩跟弹射装置连接在一起,要接好还得仔细调节飞机位置。接好后还需要评估飞机重量,然后计算适度的弹射拉力,如果拉力太大会把飞机拉坏,拉力不足,飞机起飞速度会不够,直接冲入大海中。而滑跃不需要这些过程,基本上是排队起飞,飞机也不用精确停在指定弹射位。由于滑跃起飞时不需人工挂钩,30秒起飞一架都是可能的,而且可以8小时不停地连续起飞,不受舰船发动机功率限制。以英国海军的伊丽莎白女王航空母舰为例,该航母是目前全球除美国的核动力航空母舰之外,排水量最大,载机数量也最多的大型航空母舰。伊丽莎白女王航母舰长280米,甲板宽度73米,吃水深11米,标准排水量6.5万吨,满载排水量超过7万吨,在满载状态下可以搭载40架F-35B型战斗机,同时还可以搭载4架MASC型预警直升机,以及EH-101多用途反潜直升机6架,统共·能载50架各种飞机,与山东舰接近,根据报道,“女王”级航母在搭载两个战斗机中队(约36架F-35B战斗机)的状态下,战斗机最大出动架次为150个架次,如果需要持续出动战斗机进行作战,则可以维持首日出动108个架次,之后每天持续出动72个架次的水平,相对之下,在高烈度的海湾战争中,美军萨拉托加号、美利坚号、肯尼迪号,和CV-61游骑兵号都是8万吨级弹射航母,但这四艘8万吨级航母的日均出动率只有63.7架次。从数据看7万吨的伊丽莎白女王滑跃航母出动率不在上表中所列的美国8万吨级航母之下。所以现在的滑跃航母的主要问题不在滑跃起飞方式上,而是所有的滑跃航母都做得很小,载机量不大,限制了滑跃航母的出动效率。那么是否有办法解决此问题呢?



 舰载战斗机数量决定航空母舰的战斗力,配备舰载战斗机数量越多,代表着航空母舰作战能力更强。要增加载机量有两个办法,一是增加机库面积,但机库在航母体内,增加机库面积就要增加航母排水量,导致成本大幅上升。另一个办法是增加甲板面积,把飞机直接放在甲板上,比如尼米兹航母,大约有一半的飞机都是直接放航母甲板上的。而且把飞机从机库里拉出来很麻烦,要用升降机,最佳多放战机的方法莫过设法增加甲板面积。山东号采用把舰岛缩小的办法来增加甲板面积,辽宁舰的舰岛长达70米,宽为8.5米, 山东舰舰岛长度缩短至60米左右,宽度也收缩了30%到40%,为甲板空出了180平方米的面积。不过那还远远不够,一架歼15收折后占地面积还有145平方米。辽宁舰可载24架歼15还有其它各种飞机,加起来总数36架。相对之下,福特航母的载机总数是75架,比辽宁舰多一倍还多。


辽宁舰甲板带24架歼15


辽宁舰要增加39架载机,才能达到福特级航母的战力。每架歼15满载重量33吨,增加39架,满载重量是1287吨。要承载1300吨的重量,对一般的船很轻松,比如集装箱船东方新西兰号载重量是50490吨,空船重量只有16758吨,载重量是空船的3倍,因此理论上只要跟一艘自重500吨的集装箱船,就能拖带39架歼15。 不过航母要求高些,要多增加些排水量。要多放下39架舰面甲板面积至少要增加5600平方米。因此需要加个副甲板,方法如图所示,在辽宁舰右边增加一块跟航母长度一样的甲板,甲板和舰载机重量可用一潜水浮筒承载。之所以用个浮筒,而不是水面浮体承载是因为浮筒可放在水下5米,受波浪影响较小,有利于战机起降,同时水下浮筒可减小兴波阻力,在舰船高速行驶时兴波阻力可以高达总阻力的50%以上,使用小水线面潜水浮筒结构,航母发动机不需增加太多功率。只需在副甲板下加装一个两万马力的柴油机发电机或燃气轮机发电机,在浮筒后面加装一个电驱螺旋桨就能提供足够推力,而一台两万马力柴油机不过30吨重,体积二十多立米,燃气轮机更轻。不用电推,直接把柴油机放进浮筒里也不难。此外,原辽宁舰采用的是俄制TB12蒸汽轮机,俄制蒸汽机效率较低,其蒸汽工作温度只有450~470℃,压力6.4MPa,单台功率只有4.5万马力。而美小鹰级航母的蒸汽轮机工作温度580℃,压力8.4MPa。更高的工作温度和压力,意味着更高的效率和同体积下发电机更大的功率,中国已经把蒸汽轮机改进到与小鹰级580摄氏度相当的级别,研发了453D发动机。其单台功率达到6.5万马力,辽宁舰如果换装453D发动机,那么四台发动机总功率将达到26万马力。就是比原来的俄制发动机多出了6万马力。将多出的部分用来发电,然后通过电动机驱动浮筒后面的螺旋桨应该足够有余,那么右移的舰岛上就不需要另加一个烟筒了。多了个侧推螺旋桨,航母的机动性也能增加。


带副甲板的滑跃航母


副甲板下面除了加装的发动机外,大部分地方是空的,没有要害设备需要防护,因此可以轻量化设计,如果受到攻击,打穿一个洞,那就让炸弹穿过甲板,落入海水中得了。通常的飞行甲板因为要承载战机落舰时的冲击力,因此甲板厚度有5厘米。而本设计的副甲板完全只是用于承载飞机,不用于飞机起落,因此可以轻量化设计,按通常的机库甲板厚度38毫米厚就足够有余。辽宁吃水宽度只有35米,但甲板宽度有75米,因此两边平均可以外飘出20米。外飘甲板的支撑结构需要承受较大的力,本设计因为在右边加装了浮筒,甲板两边都有浮力托着,不需外飘,因此支撑的钢结构所受的力也可以减少,有利于轻量化设计。估计使用一个直径6米的浮筒,提供8千多吨的浮力就足够支撑一个35米宽306米长的副甲板及其支撑钢架结构了。 注意原来的航母因为外飘不能太大,而船头船尾是尖的,因此舰首舰尾甲板也收窄。可是加装附加浮筒后,因为没外飘,甲板是两边托着,所以不需要像原来的辽宁舰那样,舰首舰尾收窄,因此加装的甲板面积不是35x306=10710平方米,而是更多。图中黄色部分划出来的是多出来的甲板面积,这多出来的部分大约有1千多平方米,因此加装副甲板后,辽宁舰的甲板面积增加了约1万2千平方米,比需要的还多了6400平方米。舰岛面积可以进一步减小,同时舰岛也外移到右边,有利于减少舰岛气流对降落战机的影响。原来舰岛的地方只留下一个烟筒,当然烟筒上部也可以加建雷达等通讯设备的平台。图中黑的那块是原舰岛占据的地方,现在都腾出来作飞行甲板。这个通气口只怕移不走,因为主发动机在那里。但起飞区的面积大大增加了,调度起来方便了很多,这也有利于提高出动效率。 第三长距起飞点也不必放在降落区,可移到中间起飞区,如此就算回收战机时,也能同时起降需要在195米起飞点起飞的飞机。


副甲板大幅增加甲板面积


副甲板的用途就是存放飞机,因此可以在副甲板上部分地方搭上棚子,建成机库,以便在恶劣气候下把战机收入机库,不遭受冰雹之类的天气打击。原辽宁舰机库长153米,宽26米,面积不到4000平方米,存放战机时显得紧巴巴。副甲板面积约12000平方米,比原辽宁舰机库面积增加了3倍,而且与飞行甲板同层,不用升降机,打开机库门就能直接开出来,调度起来容易多了。为了进一步方便调度,可以再外飘出去一些,以便舰载机牵引车运动。美国尼米兹级航母配备的A/S32A31型舰载机牵引车外形设计的十分低矮,呈扁盒状,车身四周没有设置任何突出部件,以方便其在飞机头和机翼下面活动,还有效降低了车辆重心,使其在牵引飞机时可以行驶的更为平稳,而且不会对飞机轮轴产生向上的牵引力。这台车长为3.5米,宽度1.8米,高度1米,离地间隙20公分,自重9.7吨,转弯半径为零。因此这部分为牵引车外飘出去的部分只需加宽5米左右就够了,这不份不承载舰载机,只让牵引车通行,由于牵引车的重量只有舰载机的1/3,因此这部分的甲板厚度只需1厘米就足够了,增加的重量很少,但牵引车多了自己的通道就不用走停机坪,运行时不占用停机面积,可以增加舰载机停机密度,从而增加载机量。这种机库牵引道只有在副甲板上才能加,在舰内机库就没有那个空间。


辽宁舰内机库


副甲板机库

右侧浮筒可减小航母横摇,有利于舰载机起飞降落,浮筒与甲板的连接板也有阻挡敌方鱼雷对航母主体的攻击,就是说如果鱼雷从右侧来袭,首先碰到的是右侧浮筒或连接板,也许会炸坏浮筒,但浮筒里有50个水密舱,爆炸只能炸毁一个或几个水密舱。并不能导致浮筒完全毁坏,浮筒和主航母的排水量是能通过抽水和灌水来调节的,只要调节主航母和浮筒的水量,就能控制主体和副甲板的平衡。至于航母面积变大了容易受到攻击则是二战时的老思维,那时没导弹,攻击航母要用飞机投弹,命中率跟航母面积有关,但现在各种导弹打比航母小得多的坦克都没问题,增加些面积和减少些面积不影响导弹命中率。如前所述,副甲板上只载战机,并无其它重要设备,如果导弹打到副甲板上,只是在副甲板上穿了个洞,对航母主体影响不大,副甲板反而起了保护主体的假体作用。

辽宁舰原来可用甲板的面积是14700平方米,现在增加了副甲板后,总面积达到26700平方米。福特舰的甲板面积是19818平方米,加副甲板的辽宁舰甲板面积比福特舰多了6882平方米,理论上可比福特舰多载四十多架飞机,总载机量可以超过一百架。就算歼15从195米远起飞点起飞,占用的甲板面积也就比从105米起飞点多了6750平方米而已,少于多出的6882平方米,如果载机量与福特号相同,那么多出来的那些面积可以全部用作起飞区,就是说舰前195米区域全部用作起飞区,带副甲板的辽宁舰的起飞调度也不会比福特舰更困难。不过军蠢们总说歼15不能在105米起飞点满油满弹起飞,其实是错误理解。实际上在辽宁舰短起飞点长度105米,长起飞点长度195米,滑跃甲板仰角14.3度的情况下,根据各种飞机的重量推力计算可以算出各种飞机如果上舰在辽宁舰上可以达到的末速度如下表。


各型飞机滑跃起飞时的末速度

 滑跑距离则跟发动机推力有关系,发动机功率大,提供的推力大,飞机的加速度就大,能够在短距内达到最小起飞速度。上表列出各机的发动机推力,表中苏33因为重量大,需要在舰上短距起飞,所以发动机推力做得较大,表中的发动机推力和飞机重量比是关键参数,这个值越大,飞机加速越快,末端速度也就越高。这个末端速度是根据飞机滑跑距离和上翘甲板增加的飞机留空时间算出来的,滑跃起飞航母提供一个上翘的甲板,甲板的仰角起到的作用是避免飞机离开甲板后就马上下落,从而为发动机再争取一些时间,能够在离开甲板后在空中还能继续加速,达到最小起飞速度。表中可见运7运输机的推重比非常小,只有苏33的23%,所以加速到最后,苏33的末速度远高于运7的末速度。

 表中绿色数字表示,该机型在此处的末速度大于其最小起飞速度,当末速度大于最小起飞速度时,飞机不需要借助甲板风,就算航母不动,海上一丝风都没有,飞机也可以直接从这一起飞点起飞。不过飞机在航母上起飞时,航母通常以30节(约15米/秒)高速航行,所以起飞时飞机速度实际上等于飞机相对航母的速度加上航母速度,上表中黄色数字表示,该机型在此处的末速度小于其最小起飞速度,不能直接从这一起飞点起飞;但是当航母高速航行时,借助30节(约15m/s)以下的甲板风仍然可以起飞。跟多年来军蠢们扯的不同,计算表明苏33在短起飞点利用航母甲板风也是可以满载起飞的,歼15是仿苏33造的,苏33能满载滑跃起飞,歼15在辽宁号高速运行时也应该能够满载起飞。军蠢们在这里发生了误解,以为甲板风是海上吹的风,其实甲板风是航母航行时自己造成的风,只要航母运动就一定有甲板风,此处30节的意思是无风状态下航母自身的最大航速。下图显示,苏33实际上只需要航母以18节的速度航行,就可以在苏联库兹涅佐夫航母上短起飞点满载起飞。

表中红色数字表示,该机型在此处的末速度,即使加上30节的甲板风,依然小于其最小起飞速度;要想从这一起飞点起飞,必须有大于30节的甲板风,也就是除了航母要以最大航速行驶外,还需要较强的自然风,这是比较苛刻的条件。

 事实上,根据苏军在“库兹涅佐夫”航母上的实践结果,就算库兹涅佐夫号滑跃甲板只有12度,在甲板风的帮助下,苏-33也可以从重载起飞点满载起飞,从前部短起飞点实现正常重量甚至满载起飞。根据苏联涅瓦设计局编写的《我们的航母》和苏霍伊官网上由苏33副总设计师撰写的《苏33》一文的数据,俄罗斯的苏33舰载机,25节甲板风时,就算两个发动机坏了一个,苏33战斗机也能够在105米一号和二号起飞位以29200千克的起飞重量安全起飞。而在195米的三号起飞机位,即使是32800千克的满载状态下起飞,就算只用一个发动机也能够安全起飞。

而歼15战斗机与苏33战斗机一样都是发展自T10K型原型机,在气动性能和发动机性能方面十分类似。因此,根据苏33战斗机的起降性能数据,我们也能够合理推测,在25节甲板风时,歼15战斗机就算两个发动机坏了一个也能够在195米的起飞机位上以满载状态下起飞。军蠢们总说重载滑跃起飞需要195米长的跑道,占用了太多的甲板面积,其实是完全搞错了,苏军是打出来的,深知战场上缺胳膊少腿是常事,那195米的起飞点是留给有故障少一个发动机的歼15起飞用的,根本不是正常飞机起飞用的。

“辽宁”舰的滑跃甲板为14.3度,相对于滑跃甲板为12度的库兹涅佐夫号,在使用同一机型时,可以增加10%的起飞重量,也就是说,苏-33即使从“辽宁”舰的短起飞点起飞,也完全可以满载起飞,并且安全性能也会提高。同理,基于同一原始机型发展改进而来的歼-15完全可以实现满载起飞。

上面批驳了军蠢弱智们说战斗机没法在滑跃航母上满载起飞的谬论,可军蠢们还扯什么预警机没法在滑跃航母上满载起飞,反正就是要弹射。其实预警机比战斗机更容易在航母上滑跃起飞。飞机要起飞,其速度必须大于最小起飞速度,由下表可见,各型号的飞机最小起飞速度是不一样的,这个最小起飞速度跟飞机重量和机翼面积有关系,飞机的翼展长,机翼面积大,飞机起飞需要的速度就比较小,比如表中所列的运7运输机和美国的E-2预警机,只要每秒三十多米的速度就能起飞了,而苏25攻击机,翼面积只有E-2预警机的一半,起飞速度就比E-2预警机高得多。另一方面,机翼提供的升力跟速度的平方成正比,运7运输机和美国的E-2预警机为了省油飞行速度不快,因此需要更大的机翼面积来提供飞行时需要的足够升力。现代战斗机攻击机飞行速度高,很小面积的机翼就能提供足够升力,所以不需要大的机翼面积。由于运7运输机和美国的E-2预警机要求的起飞速度低,因此不难理解为何预警机可以比战斗机更容易在滑跃航母上起飞。


中国军工喜欢跟屁美国,空警-600造得也跟老美的E2差不多,就目前的图片来看,空警-600和E-2C/D简直就是一个模子里印出来的。空警-600采用2台株洲涡桨-6C涡轮螺旋桨发动机,每台3,805千瓦特,跟E-2的发动机功率也差不多少,不过空警-600好像比E-2重,因此推重比会低于E-2,据说目前在辽宁舰上只能半油起飞,不过随着技术的改进,下一代预警机应该至少赶上E-2的水平,在航母上滑跃短距起飞应该不是问题。按照前面表中的计算,在航母以30节全速航行时,空警600使用全甲板是可以满载起飞的,只是占用甲板面积过多而已。加了副甲板后,甲板面积大增,占用的那点面积问题不大,空警600从195米长距起飞点起飞也不会对起降造成太多影响,不需等待发动机升级就能上舰。

以前歼15用的是俄制AL-31涡扇发动机,该发动机的推重比较低,推力只有12.5吨,导致苏33在满载时的推重比只有0.75.但最近中国发动机研发进展迅速,据说歼15已经换装国产涡扇10c.其推力增加到14.52吨,那么歼15的推重比就能增加到0.88。此外沈飞还发展出推重比更高的涡扇15,其推力高达18.5吨,如果歼15装上涡扇15,那么其推重比可以进一步增加,也许在航母不动,零甲板风时都能起飞。如果起飞时借助航母运动的甲板风,飞机滑跑距离还能缩短从现在的105米缩短到90米。而现在福建舰的电磁弹射的起飞跑道需要110米。滑跃起飞所需跑道能够短于电磁弹射!

目前钢价不过4千元一吨,制造总重不超过一万吨的一块钢板和一个圆筒,材料成本不过4千万。柴油机每马力1260元,两万马力柴油机成本不过3千万,再加一个螺旋桨等,为航母加块副甲板的成本不过几亿,相对于福建舰上上百亿的电磁弹射成本,给辽宁舰或山东舰加装副甲板提升的战力更多,成本效益要高得多。同时因为不需要按照弹射器及其储能系统,航母主体节省下大量的空间和重量,可以承载更多战机。

 综上所述,滑跃起飞航母的出动效率不输于电磁弹射航母,只需要增加载机量,滑跃航母的战力就不输于老美的福特舰,而要增加载机量,设计思维不需要局限于常规路子,一昧增加吨位,可以考虑横向发展,增加一个用于搭载战机的副甲板和一个潜水浮筒,相当于跟随了一艘战机运输舰,滑跃航母排水量增加不到1万吨,一艘7万吨带副甲板的滑跃航母就可以匹敌福特级电磁弹射航母。


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  好主意, 尤其是在岛链内作战可行性很高  /无内容 - 跟班 12/09/24 (31)
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