艦載機

在航空母艦上起降的飛機

艦載機(carrier based plane)是指在航空母艦上起降的飛機,其性能決定航空母艦的戰鬥力,艦載機數量越多者實力也相對越強,航空母艦本身也是為了讓飛機起降、維修以及使其能長期作戰而存在。

相較於傳統最大攻擊距離僅有40公里的戰列艦艦炮武器,現代艦載機有著1,000公里以上的作戰半徑,還可以空中加油的方式延長航程,並能在攻擊完后回到航母上裝載彈藥,再度起飛攻擊,其作戰持續性和多用途能力也是艦載機與巡航導彈在海戰所扮演的角色最大的不同。

基本信息


艦載機按使命分為戰鬥機、攻擊機、反潛機、預警機、加油機、偵察機和電子對抗飛機等。按起落原理分為普通艦載機,艦載垂直/短距起落飛機和艦載直升機。
艦載機能適應海洋環境。普通艦載機一般在6級風、4~5級浪的海況下,仍能在航空母艦上起落。艦載機能遠在艦炮和戰術導彈 射程以外進行活動;藉助母艦的續航力,可遠離本國領土,進入各海洋活動。艦載強擊機(攻擊機)多兼有攻擊水面、地面目標的能力,艦載殲擊機多兼有空戰能力,以充分發揮有限數量艦載機的最大效能。艦載機在母艦出海時上艦,母艦返回基地時飛回岸上機場。一艘航空母艦可搭載數十至百餘架艦載機。通常是多機種同時搭載,以形成綜合作戰能力。

歷史


艦載機
艦載機
1910年11月14日,美國飛行員 E.B.伊利從“伯明翰”號巡洋艦上首次駕機起飛成功。第一次世界大戰中,艦載機主要用於海上偵察、巡邏和反潛。第二次世界大戰中,艦載機的戰術技術性能有了很大提高,在塔蘭托、珍珠港珊瑚海中途島等多次海戰中,發揮了重要作用,改變了傳統的海戰樣式。戰後,實現了艦載機的動力噴氣化、主要武器導彈化和機上系統電子化,並發展了艦載的預警機、電子對抗飛機、垂直/短距起落殲擊機和直升機等。在1982年馬爾維納斯群島(福克蘭群島)之戰中,英國海軍首次將“海鷂”式艦載垂直/短距起落飛機和艦載直升機投入實戰。

結構


艦載機的基本結構與岸基飛機、直升機相同。由於使命任務、起降場地、使用環境等不同,其結構和裝置有諸多特點。母艦飛行甲板長度和面積有限,受海浪影響產生顛簸,要求艦載機具有更好的短距起降性能,較低的起飛離艦速度和著艦進場速度,以及良好的低速操縱性和穩定性。主要採取以下措施:①採用增升裝置。包括較大面積機翼及鴨翼、前/后緣襟翼及吹氣襟翼等。②裝有專門起降裝置。固定翼飛機機身裝有牽引鉤,與彈射器配合實現彈射起飛;機身尾部裝有著艦攔阻鉤,降落時鉤住飛行甲板降落區的攔阻索使飛機在短距離內完成著艦,緊急時用阻攔網強制攔阻著艦。直升機降落一般採用魚叉_格柵、拉降系統或助降網等助降裝置。③機體加固與起落架減震。艦載機機體結構堅固,起落架減震能力和承載能力高,以適應彈射和攔阻過程中承受的縱向和著艦時垂直方向的大過載。④飛行控制系統裝有半自動或自動著艦導引系統。主要用於減輕飛行員的工作負荷。⑤裝有功率自動補償控制系統。用於確保小速度離艦飛行時的操縱穩定性和著艦控制的準確性。⑥採用加速性、可靠性高的發動機。用於滿足著艦下滑失誤或攔阻失敗時快速增加發動機推力,提高艦載機速度實現復飛/逃逸的需要,以保證飛機使用安全。⑦使用較高視界的座艙。用於保證著艦時對準飛行甲板著艦區,能看到艦上光學助降系統的燈光及艦上人員發出的各種信號。

起飛順序


(假設飛機是F-14)
飛行前的準備工作:飛行甲板的停機坪上停放著雄貓F-14戰機,此時F-14已經完成了全部任務需要的彈械、裝備以及飛機本身的整備工作,只等飛行員和雷達攔截官(RIO)前來搭機,簡報結束后著裝完畢的飛行員們出現在飛行甲板並向飛機走去,隨即完成起飛前的最後檢查工作,飛行員的RIO和身穿棕色套衫的機工長一起從機體外部開始檢查確認,油壓管路是否漏油、擾流板等等的操作裝置有無異常、彈械裝備是否掛載妥等等,這些外部檢查的確認是飛行員本身職責所在,一旦確定就可以直接登機了。攀爬舷梯進入座艙,前座是飛行員後座是RIO並以安全帶將自己的身體固定住。
接下來飛行員再按照檢查表進行儀錶的檢查和設定,在這段時間RIO將把飛航的資料輸入到導航系統中,並對無線電頻率進行調整等各方面的工作。
艦載機
艦載機
完成這些工作以後,就開始啟動發動機,飛行員舉起手指詢問甲板指導員是否完成發動機的準備,如果妥當,指導員一手指向發動機,另一手不斷的畫圓圈傳達啟動的信號,發動機啟動是按照先左後右的順序來進行,發動機發動以後,飛行員就把油門放在慢車位置上,等待飛機操作員鬆開剎車也就是拿掉停機鏈和輪擋,在此 之後飛行員催大油門以提高動力,按照穿著黃色套衫的甲板引導員指示,讓飛機前進並移往彈射器的位置上去,到達預定位置后,飛機固定在彈射器的一段時間,穿著黑白格子背心的安全官會對飛機的操舵裝置等進行再次也是最後一次確認檢查。
接下來身穿紅色背心的武器工作人員會把掛載彈械的安全栓拔掉,檢查各式導彈是否就位也是這一時間的工作。完成全部作業后,身穿綠色背心的彈射器組員向飛行員以及彈射操作手亮出發射重量的指示牌,隨著飛行員的確認手勢,裝在鼻輪上的彈射桿被放下,彈射器組員將彈射桿掛在彈射梭的橫檔上面。
當這些作業全部完成以後,就把保護其他飛機和甲板人員避免被發動機噴出的熱氣所傷的折流板豎起來,接到彈射官全速起飛的信號以後,飛行員就鬆開剎車裝置,啟動后燃器並啟動操作系統等等,如果沒有異常便給彈射官行禮,看到這個手勢的彈射官也以一個漂亮的手勢做出彈射開始的信號,看到這個信號的彈射操作手(位於甲板邊緣狹窄走道彈射站組員)按下控制盤上的按鈕,就在這一瞬間,蒸汽沖入汽缸之內,彈射梭把將近三十噸的F-14猛然加速(此時的利用牽引力固定鼻輪的啞鈴狀武器因超過拉力極限而自行折斷),以270千米/小時的速度把飛機彈射出去。
也就完成了艦載機的彈射起飛工作。

特點


艦載機
艦載機
初期的艦載飛機與其他飛機基本相同。第二次世界大戰中,日本偷襲珍珠港和日、美在太平洋上的幾次海戰主要是由艦載飛機進行的。第二次世界大戰後隨著超音速噴氣飛機和核動力航空母艦的出現,艦載飛機的應用範圍不斷擴大。60年代美國研製的艦載戰鬥機F-14在性能和火力上 與同期的陸上戰鬥機相近。70年代出現了艦載垂直起落殲擊-強擊機,它可以在小型航空母艦甚至一般軍艦上起落,使艦載飛機的使用範圍進一步擴大。軍艦甲板長度有限,一般艦載飛機必須藉助母艦上的彈射器起飛。起飛時,飛機上的掛鉤與彈射器相連,飛機在自身發動機推力和彈射力聯合作用下,只須滑跑幾十米就能脫鉤飛離甲板。降落時,飛機尾部的著陸鉤與起落架同時放下,著陸鉤鉤住橫置於甲板上的攔阻索,而攔阻索兩端與緩衝器相連。在攔阻索的掣動作用下滑跑很短的距離就要停止。甲板末端還有備用攔阻網,防止飛機不斷晃動,艦載飛機的起落和飛行條件比陸上飛機惡劣。因此艦載飛機應有良好的起飛性能、較低的著陸速度、良好的低速操縱性。駕駛艙的視野開闊,在母艦和飛機上還裝有特殊的導航設備,便於駕駛員對準甲板跑道。為了少佔甲板面積和便於在艦上機庫內存放,多數艦載飛機的機翼在停放時可以向上摺疊,有的垂尾和機頭也可以折轉。此外,海水和潮濕的環境容

種類


艦載機不同國家不同噸位的航母搭載的艦載機數目不同
美軍現役尼米茲級的搭載能力在100架左右,一般搭載80~90架各型戰機。
航母上的艦載機一般有這麼幾種:

制空戰鬥機

專司航母編隊的防空任務、負責截擊來犯敵機,比如已經退役的F-14雄貓,現在已經被多用途的戰鬥/轟炸機兼任。

戰鬥轟炸機

艦載機
艦載機
負責防空和對地面/海上目標的遠程打擊任務,如現役的F/A-18

預警機

艦載機
艦載機
自然是負責空中預警,如E-2鷹眼。

加油機

艦載機
艦載機
負責空中加油,如KA-6D。

電子干擾機

艦載機
艦載機
負責對各種目標進行電子干擾/破壞,如EA-6B

直升機

艦載機
艦載機
負責反潛、搜救等任務,如SH-60海鷹。

小型運輸機

負責艦隊和陸地間的人員、貨物運輸。
部分艦載機
部分艦載機

美國配置


若論打航空母艦的經驗,排名第一的是美國,第二是日本,第三是英國,第四是德國。前三名估計無爭議,德國潛艇多次擊沉美英航空母艦,排第四也是可以接受的。
二戰期間航母之間的較量,給我們提供了很豐富的打航母事例。通過分析戰例,人們得出一個結論,就是:航母為了自身的安全,必須最低限度擁有和來襲敵機數量相當的戰鬥機。
這很容易理解,沒有誰可以保證以戰鬥機100%擊落來襲的飛機,尤其是在機群空戰中。
二戰時期的美日航空母艦,普遍存在艦載戰鬥機不足的問題。比如:
日本的赤城號,艦載機為,固定配置零式艦戰12、俯衝轟炸機35、魚雷機19,機動搭載25;
日本的翔鶴號,艦載機為,零式21、俯衝轟炸機30、魚雷機3 0架;
美國戰爭初期的航母艦載機比例大概與此相當。
戰鬥機偏少的原因在於,早期的航空母艦始終存在攻與守的矛盾。
由於戰鬥機偏少,一般一艘航空母艦抵擋不住一艘級別相當的航母的攻擊。比如,珊瑚海海戰,日本航母兩大一小對抗美國兩大,結果是日本兩大傷一小沉,美國一沉一傷,誰也沒能倖免。
因此,先敵攻擊成為航母對戰關鍵。
中途島海戰就說明了這個問題。美國三艘航母搶先攻擊,擊沉日本航母三艘。在對抗美國的攻擊中,就暴露了日本戰鬥機數量不足的問題,當零式擊落了最先來襲的所有美國魚雷轟炸機后,或無油無彈,或被引到低空,結果被美國的俯衝轟炸機鑽了空子。同時,美國方面也暴露了戰鬥機不足的問題,當日本三艘航母被擊沉后,美國擁有3:1的優勢,但仍然被日本一個艦載機攻擊波擊沉了一艘航空母艦。
上述戰例清晰的表明,為了抵擋來自空中的威脅,必須有數量足夠多的戰鬥機。後來美國建造的航空母艦,就注意了這個問題,美國典型的埃塞克斯級航母,艦載機配置為,1個戰鬥機中隊(36一37架)、1個戰鬥轟炸機中隊(36一37架)、1個俯衝轟炸機中隊(15架)和1個魚雷機中隊(15架),總計103架飛機,這樣有超過70架可以對空攔截。
同時,由於艦載機起降、準備複雜,必須採取多艦配合作戰,二戰期間航母間交戰,單艦間的對抗幾乎沒有。
關於戰鬥機數量對航母安危的重要,在馬里亞納海戰中表現的淋漓盡致。從交戰雙方的航母數量看,美日為15:9,但是實際艦載機為美日956:360。即便加上日本陸基飛機240架,美日飛機數量也是956:600。考慮到美國艦載機中戰鬥機、戰鬥轟炸機的比例,可用於空戰的飛機超過600架,幾乎和日本來襲飛機的數量相當,加上人員素質的差異,出現“獵殺火雞”的場面是非常正常的。
說到航母抵禦空中威脅的能力,還需要說說艦炮。無線電近炸引信是在第二次世界大戰中研製成功的,美軍的高射炮最早都裝備,從而使得大批日本飛機被擊落,因此它與雷達、原子彈被譽為二戰期間武器裝備的三大發明。
人們要說的是,帶無線電近炸引信的高射炮,在航母交戰中起到的是“馬後炮”的作用。就是說,它並不能阻止一次對航母的致命攻擊,其作用是慢慢積累的。
二戰後期,美國為了保護一艘航母,艦炮數量是驚人的。比如,航母本身往往有127毫米高炮12門、40毫米“博幅斯”高炮68門、20毫米“厄利孔”高炮55門,同時,還有一艘戰列艦20門127毫米高炮和150門速射炮護衛,以及數量眾多的巡洋艦、驅逐艦支援,細算為了保衛一艘航空母艦可能會動用超過500門高炮。但是從沖繩海戰看,日本神風特攻機還是屢屢突防,美國各種艦船被擊沉的33艘,被擊傷的370艘,如果不是美國艦隊的規模超過1500多艘(其中包括59艘攻擊航空母艦和護航航空母艦),肯定承受不了這樣的損失
高炮的毀傷作用在於逐步的積累。在美國海軍裝備近炸引信高炮炮彈后,有30-50%突破美國戰鬥機攔截的日本飛機被擊落,由此造成的日本飛行人員的損失是無法彌補的,這就是近炸引信威力的關鍵。
戰後,美國還是按照二戰時的經驗,構建其航母戰鬥群的對空防衛能力,最典型的例子就是“宙斯盾”艦和F-14戰鬥機。一個美國航母戰鬥群有近300枚防空導彈的護衛,足以抵抗傳統攻擊模式的飛機100架,一架F-14可以攻擊6個目標,一個中隊的F-14可以攔截70架敵機。由此說,美國航母戰鬥群的對空防衛,還是在艦載防空火力和對空戰鬥機上做文章,而且文章做的也算相當到位。
不過,戰爭是雙方的互動,當SU30出現后,局面發生了變化。
首先,由於現代空射反艦導彈的射程普遍超過防空導彈,艦載防空火力再次被置於尷尬的境地,儘管“標準”、“海拉姆”、“密集陣”的組合可以對反艦導彈有極高的攔截概率,但終究是被動的防禦,而且也不能作到100%攔截。航母的敵人從來沒有想過發射100枚命中100枚,發射100枚命中5枚,這就足夠了!
這樣,防空的重擔還是落在了艦載戰鬥機的身上。
早期的美國“尼米茲”級航母,艦載機的配備為,F—14“雄貓”戰鬥機20架、F/A—l8“大黃蜂”戰鬥/攻擊機20架、A—6E“入侵者”攻擊機20架、E-2C“鷹眼”預警機 4架、S-3A“海盜”反潛機8架、EA—6B“徘徊者”電子戰飛機6架,以及直升機多架。現在這個搭配發生了變化,變成了F/A-18一統航母甲板的時代。
對於A-6、A-7這類專用攻擊機的退場可以理解,因為F/A-18作為多用途戰鬥機可以替代他們的作用。對於F-14的下場可以分析一下。
F-14作為專門的制空戰鬥機存在,顯然還是暴露了航空母艦攻與守之間的矛盾。首先其對地、對海攻擊能力弱;其次,當敵人也具備多目標、遠距離交戰能力后,F-14和“不死鳥”的組合威力也是大打折扣。
當F/A-18成為美國航母戰鬥群的防禦主角后,我們就可以開始推算其能夠抵禦多少SU30了。
按照前面的分析,最簡單的結論似乎是,60架F/A-18可以抵擋60架SU30的攻擊。甚至還可以樂觀的估計,由於F/A-18具備多目標接戰能力,60架“大黃蜂”可以抵擋120架甚至是240架SU30。表面上看是這樣,但是考慮到雙方的互動,結論正好是令人驚奇的相反。
假如同樣具備遠距離、多目標接戰的SU30和F/A-18相遇,假定雙方電子水平相當,那麼可以說交換比是1:1,就是說雙方擊落、被擊落的概率都是50%。由於F/A-18的責任重大,絕對不允許另外50%的概率出現,那麼,起碼要用兩架F/A-18對付一架SU30以確保擊毀。
需要特別指出的是,多目標接戰能力並不能取代多機的作用,因為對手也可以用一架SU30同時攻擊2架F/A-18。
這樣以來,60架F/A-18對抗SU30的數量就變成了30架。
但是離我們的結論還是有偏差,我們再進一步推算。
航母艦載機的起降是很複雜的,甚至可以說有點危險。雖然說尼米茲級有4個彈射器,4座彈射器如果同時使用可在1分鐘內可將8架彈射升空,但不等說一艘航母一天可出動8架/分X60分X24小時=11520架次,實際正常的日出動架次在200-300架次之間。按日出動300架次為基礎,由此可以推算,F/A-18進行一架次戰鬥飛行準備、起降、再準備大概需要4.8個小時。
好!我們離結論不遠了。當為了攔截30架SU30達到100%的概率,一個航母戰鬥群起飛了全部的60架F/A-18,那麼,在4.8個小時內,幾乎很難再有成規模的“大黃蜂”出擊了,那麼此時無論是海面還是天空一旦再次出現敵人,結果會怎樣呢?
所以,為了保留預備隊,一個航母戰鬥群對抗SU30的數量還要打折扣。方法是告訴大家了,至於如何計算出“24架SU-30可對抗美國一個航母戰鬥群”這般精確的結論,只好請正在讀《高等數學》的軍友賜教了!
當然,還有很多因素需要考慮。
比如最新的F/A-18換裝了新的相控陣雷達,的確夠SU30頭疼的;不過,誰能保證沒有幾條魚雷或幾枚潛射導彈射向美國航母?
艦載機
艦載機
從歷史上看,多航母戰鬥群配合也是美國必然的模式,如果來上5個、7個航母戰鬥群,別說打看見都膽寒;但是一旦有DF趕來以“天女散花”配合,這推算的難度簡直和摸彩票相當了。
美國型號
F-14“雄貓”戰鬥機
F/A-18“大黃蜂”戰鬥機
AH-1W攻擊直升機
A-7E“海盜”攻擊機
A-6E“入侵者”攻擊機
AH-1Z“超級眼鏡蛇”攻擊直升機
S-3B“北歐海盜”反潛機
SH-60B“海鷹”直升機
SH-60F“大洋鷹”直升機
HH-60H“海鷹”直升機
CH-46“海騎士”運輸直升機
C-2A運輸機
ES-3A“影子”偵察機
E-2C“鷹眼”預警機
EA-6B“徘徊者”電子戰機
UH-1Y“超級休伊”直升機
A-9攻擊機
A-V8B“海鷂”式攻擊機
F35B戰鬥機
F35C戰鬥機
X-47B無人機
“掃描鷹”無人機
MQ-1捕食者偵察機
MQ-4C無人機
MQ-8火力偵察兵無人機
MQ-25無人機
燕鷗無人機
X-45無人機
X-50無人機
2015年12月24日,美國國防部先進研究項目局(DARPA)和美國海軍研究辦公室(ONR)宣布,將價值價值9 310萬美元的“戰術拓展偵察節點”(TERN)計劃的第三階段合同正式授予諾格公司,由航空航天系統分部負責設計、製造和測試一架全尺寸無人駕駛原型機,旨在驗證這種全新設計的垂直起降(VTOL)飛行器具備在“阿利·伯克”級驅逐艦或瀕海戰鬥艦等小型艦船上自由起降的能力。
從裝備發展來看,DARPA和美國海軍正在通過概念定義、技術成熟和系統驗證等三個階段,致力於打造出一種“捕食者”級別的中空長航時艦載無人機,嘗試將現役小型軍艦變身為無人機航母,從而極大地拓展美國海軍的空中偵察與打擊能力。如果研製工作順利,最終投入生產的無人機將陸續裝備到美國海軍的各種軍艦上,承擔起情報、監視和偵察(ISR)任務,並可以對敵方小型目標實施有效打擊。
◎ 美國海軍曾經研製XFV-12A垂直起降超音速艦載戰鬥機,最後以失敗告終垂直起降成為夢想
長期以來,美國海軍一直渴望將垂直起降飛機部署到更多的軍艦上,然而複雜的關鍵技術和高昂的採購成本一直成為這種作戰平台無法研製成功的“攔路虎”。從第二次世界大戰結束到冷戰時期,美國海軍先後嘗試過多種垂直起降技術,但大都半途而廢。
20世紀50年代初,美國海軍曾經雄心勃勃地認為,可以在貨船上配備一種立式垂直起降戰鬥機執行護航任務,並選擇康維爾公司和洛克希德公司分別製造了XFY-1和XFV-1垂直起降原型機。然而,試飛結果表明,推進裝置和控制系統在技術上都不夠成熟,甚至近乎於危險,最終不得不放棄。其後20年間,美國海軍還提出了V/STOL-A和V/STOL-B的設想,甚至還貿然研製過XFV-12A超音速垂直起降艦載戰鬥機,最後都無果而終。
在此期間,美國海軍曾經在60 年代研製出遙控的QH-50無人反潛直升機(DASH),並將其部署在驅逐艦上,但是性能無法達到預期。1970年,美國海軍無奈取消了無人機隊的部署計劃。80年代,美國海軍仍然沒有放棄讓高性能作戰飛機從小型軍艦的甲板上自由起降的夢想,但是經過數十年間摸索和努力,意識到當前技術的局限性,只好將垂直起降的一部分能力賦予了艦載直升機。
時光跨入21世紀,無人駕駛技術的逐步成熟促使美國海軍再一次審視昔日的垂直起降飛機想法。當無人直升機再次成為美國軍艦上的一員時,時間已經過去了30年,而這次的主角是諾格公司的MQ-8B“火力偵察兵”戰術無人機系統。然而,隨著海上作戰需求的不斷變化,MQ-8B逐漸暴露出在總體尺寸方面的不足,促使諾格公司通過工程改進途徑發展出MQ-8C無人直升機,以滿足美國海軍對於海基中程監視平台的迫切需求。新一代“火力偵察兵”極大地增加了作戰半徑和續航時間,執行任務時間達到原有的3倍,而且可以搭載更多的任務載荷,具有更強的情報搜集能力。
儘管如此,當前的各項技術依舊存在著諸多局限,無法滿足美國海軍在任何時間、任何地點實施機載ISR和空中打擊移動目標的作戰需求。比如,直升機存在著相對有限的飛行距離和續航時間,固定翼飛機和無人機可以飛得更遠和在空中持續飛行更長時間,但是需要依賴於航空母艦或陸上基地。建立這些基地或部署航空母艦需要具有實力的財政、外交和安全等承諾,無法與實施快速反應協調一致。
◎ MQ-8C 原型機在“傑森·杜漢姆”號導彈驅逐艦上降落研製計劃正式啟動
為了應對這些挑戰和擴大美國國防部的作戰選項,DARPA的科學家們開始拓寬思路,積極探索一些創新設計,嘗試為美國海軍發展出一種類似“捕食者”的中空長航時偵察與打擊平台。這項計劃的目的是將無人機在海上甲板和陸上基地上作戰使用的優勢有效地結合起來,設想採用較小的艦船作為中空長航時固定翼無人機實現起飛和降落的機動平台,為國防部提供可以在世界上任何一處海面上更容易部署和更快速地實施ISR和打擊的能力。
在這樣一種需求背景下,一項稱之為“戰術拓展偵察節點”的預研計劃正式浮出水面。儘管譯名頗有些拗口,但是DARPA在命名這項計劃時也頗費思量,意在將英文縮寫TERN與每年長途遷徙數千英里的“燕鷗”(Tern)的名稱有機聯繫起來,從而更加直觀地反映出艦載長航時無人機的特點。
2013年3月20日,DARPA在位於弗吉尼亞州阿靈頓會議中心專門舉辦了一次提案者見面會,以進一步確定“燕鷗”計劃的技術目標和了解潛在的參與者。針對未來的作戰需求,DARPA尋求設計、研製和驗證一種中空長航時無人機及其相關自主發射和回收系統的各種方案。其中,無人機必須能攜帶272千克載荷,作戰半徑要達到1 110~1 660千米,而發射和回收系統必須適合於瀕海戰鬥艦一類的軍艦和其它水面作戰艦船。
◎ 卡特航空技術公司打算在SR/C 旋翼機的基礎上發展一種無人機方案
對此,DARPA負責此項計劃的經理丹尼爾·帕特表示,世界上大約98%的陸地區域處在距離海岸線1 700千米範圍內,小型艦船如果具備起降中空長航時無人機的能力,不僅將極大的拓展態勢感知能力,甚至還可以快速、靈活地在打擊陸地或水面上等熱點區域的目標。可見,“燕鷗”計劃如果能如期發展出一種可在多種艦船甲板上使用的艦載固定翼無人機,必將對未來的海上航空力量產生革命性影響。
根據安排,DARPA將分三個階段實施“燕鷗”計劃,預計在40個月時間內推出一架全尺寸原型機,最終完成艦上自主起飛和降落的驗證試飛。在此期間,這項計劃面臨的主要技術挑戰包括:為飛行器研製一種可靠的起降技術,即使在波濤洶湧的海面上,仍然可以實現較大的無人機在較小的軍艦上起降;設計一種飛行器,在航程、續航時間和有效載荷方面都與當前的陸基無人機相當,同時還可以滿足海洋環境的使用要求;必須實現系統的緊湊設計,以適合於艦上的有限空間。
2013年10月,DARPA分別授予了諾格公司、極光飛行科學公司、航空環境公司、卡特航空技術公司和海事應用物理公司等5家承包商價值220~280萬美元的研究合同,用於發展各自的“燕鷗”概念。其中,極光飛行科學公司考慮在軍艦上加裝一種“側臂”裝置,捕獲類似於“捕食者”的無人機;卡特航空技術公司則在SR/C旋翼機的基礎上,著手發展一種無人駕駛飛行器概念。
◎ DARPA在“燕鷗”計劃初期公布的概念圖設計方案脫穎而出
“燕鷗”計劃剛一推出就立即引起了美國海軍的濃厚興趣。在此之前,ONR曾經資助AEROVEL公司發展了一種“彈性旋翼”(Flexrotor)遠程無人機,可以像直升機一樣垂直起飛與降落,但當時的技術尚不成熟,距離實用還存在一定距離。為了進一步推動海基遠程無人機的相關研製工作,美國海軍將目光轉向了尚處於概念定義階段的“燕鷗”計劃。
2014年6月12日,ONR與DARPA簽署了聯合研製“燕鷗”計劃的備忘錄,共同承擔“燕鷗”原型機的研製和測試資金,旨在探索可以在各型軍艦上廣泛使用的艦載中空長航時無人機關鍵技術,以便儘快發展出一種滿足性能要求的原型機。對此,帕特表示,DARPA與美國海軍簽署協議是達成一系列目標的最適當途徑,在理想情況下,與ONR之間的合作模式可擴展到其它DARPA計劃和其它軍種,有助於為軍方用戶提供突破性的作戰能力。
◎ 極光飛行科學公司的方案是在無人機背部設計一種可伸縮的裝置,通過“側臂”實現回收
三個月後,DARPA在9月22日和24日分別將價值1 900萬美元的第二階段合同授予諾格公司和航空環境公司,用於技術成熟和風險降低方面的研究。從第二階段的設計方案來看,諾格公司當時已經提出了一個尾座式起降與水平飛行的組合構型方案,在保證氣動效率和穩定性的前提下,通過增大機翼上反角和減小尾翼下反角,設計出一種近似X翼面的布局,再藉助機翼中部延伸出的長支撐和尾翼翼尖安裝的短支撐,形成一種四平八穩的支撐構型,初步解決了在有限空間的甲板上起降的問題。
諾格公司推出這一方案后,立即獲得了DARPA和ONR的青睞。於是,DARPA在2015年9月22日就提前告知航空環境公司,其提交的設計方案已經落選。但DARPA並未立即宣布諾格公司已經贏得了“燕鷗”計劃的第三階段合同,而是提出了更多的修改建議,要求諾格公司在初步方案的基礎上進一步優化構型設計,以便獲得更好的總體性能。
◎ 諾格公司在第二階段提出的尾座式“燕鷗”方案與最終構型完全不同
2015年12月11日,諾格公司在加利福尼亞州的帕姆代爾舉行了一個預研項目發布會,不僅透露了第六代戰鬥機的全新設計概念,重點強調了使用激光武器摧毀目標的能力,同時還展示了“燕鷗”無人機的縮比模型,令到場的記者們聯想起上世紀50年代曾經曇花一現的XFY-1驗證機。
早在1950年,美國海軍基於二戰期間的經驗和教訓,發起了一種輕小型垂直起降戰鬥機的設計競爭,希望設計一種尾部支架或者垂直升力器,這樣就不再需要跑道,可以直接在貨船上起飛和降落。在這一背景下,護航戰鬥機計劃誕生了。經過初步評估,美國海軍決定由康維爾公司和洛克希德公司分別製造兩架原型機,以驗證尾座式垂直起降技術是否切實可行。但是,試飛結果表明這種垂直起降戰鬥機存在較大的風險,最終停止了研製和試飛。儘管如此,XFY-1原型機的設計理念得以傳承,在時隔近70年後再次吸引了今天的設計師,有可能夢想成真。
◎ 1955 年,試飛員駕駛XFY-1 原型機降落。無人機則省去人員安全問題總體構型初露端倪
從MQ-8B、MQ-8C到X-47B驗證機,諾格公司先後為美國海軍水面戰艦研製了不同類型的無人機,已經成為艦載無人機領域的“領頭羊”。從最新公開的想像圖來看,“燕鷗”無人機更是大膽創新,首次將飛翼與尾翼融為一體,構成一種
“十字”型尾座,突破了最初方案中氣動性能方面的限制。首先,諾格公司充分利用了自身積累的豐富經驗,在設計方案中採用了大展弦比飛翼構型,翼展大約12.2米。這種布局可以順其自然地充分利用空氣動力,從而實現氣動性能和隱身性能的最佳優化,是一個非常接近於完善設計的形狀。而且,飛翼布局不僅可以明顯降低飛行阻力,在內部燃油量一定的條件下,能大大增加飛機的航程,而且省去了相關的結構材料和操縱機構,使結構重量顯著減輕。
這種飛翼採用了中等後掠角的前緣,在後緣設計有超大面積的副翼和襟翼,不僅有效保證了基本的飛行控制能力,更重要的是在飛行模式轉換時可以產生更大的操縱力矩,安全、高效地實現姿態過渡。同時,兩個垂尾的后緣也設計有舵面,有助於更好地控制橫向穩定性。
◎ 目前,“彈性旋翼”(Flexrotor)無人機已經實現了固定翼無人機在小型民用船隻上的垂直起飛與降落
其次,諾格公司為“燕鷗”選擇了垂直起降方式,以滿足小型軍艦的作戰使用要求。它的機頭裝有大型對轉螺旋槳,在垂直起飛和降落時提供升力,在水平飛行時提供拉力。這樣,該機可以像直升機一樣垂直起飛,然後過渡到水平飛行,再轉換到直升機模式,緩慢降落在軍艦甲板上。從圖中比例來看,螺旋槳的直徑幾乎達到了翼展的一半,估計超過6米。
仔細觀察可以發現,“燕鷗”只在飛翼右側前緣靠近螺旋槳槳彀的位置設計了一個進氣道,通過位置和尺寸來判斷,應該採用了一台渦槳發動機,但具體型號尚未確定。據諾格公司介紹,通用電氣航空動力將為原型機提供優異的推進系統技術。
至關重要的是,“燕鷗”採用了全新設計的尾座式支撐方式。具體來看,該方案在飛翼後部的上、下表面分別設計了一個垂尾,形成了十字構型,通過在上下垂尾翼尖處及飛翼左右後緣的2/3翼展位置分別設計一個機輪,從而構成了一個四點式起落架。
作為一架技術原型機,“燕鷗”採用了不可收放式機輪,在水平飛行時難免產生氣動阻力,勢必會影響到續航性能。因此,該型無人機如果能投入生產,應該會進一步優化起落裝置。
按照DARPA提出的設計要求,“燕鷗”必須在驅逐艦或更小的艦船上實現起降,同時,美國海軍還要求無人機系統可以在最低的軍艦改裝要求下投入使用。毫無疑問,“燕鷗”的龐大翼展在狹小的軍艦內部幾乎無容身之地,因此諾格公司在它的2/3翼展處設計了機翼摺疊裝置,儘可能適應艦上的有限空間。
◎ 2009 年底,英國國防部公布的一種新穎無人機概念或許對諾格公司有所啟發研製試飛尚需時日
根據合同條款,諾格公司領導的研製團隊還將自行投入3 900萬美元資金,使第三階段總經費達到1.32億美元。目前,憑藉著日益精密的感測器和計算機,固定翼無人機實現垂直起降是並非難事。從研製工作來看,“燕鷗”計劃能否獲得成功取決於垂直起降模式於水平飛行模式之間的順利過渡和可靠轉換。
據諾格公司的研究、技術和先進設計部門的副總裁克里斯·埃爾南德斯介紹,研製人員針對降落已經完成了指引、導航和控制等方面的多項模擬工作。從水平飛行模式轉換為垂直降落模式時,“燕鷗”將增大攻角並上仰,從而允許螺旋槳產生的拉力可以控制垂直降落的速度。從今年1月開始,諾格公司的研製團隊將著手“燕鷗”方案的風洞試驗,以獲得第一手的工程數據,以驗證此前有關這種設計概念的分析工作。
按照第三階段合同,諾格公司領導的研製團隊將製造完成一架“燕鷗”全尺寸原型機,用於技術驗證和性能測試。如果地面試驗獲得成功,2017年11月前,諾格公司將利用停泊於太平洋的一艘駁船或退役軍艦上驗證這種戰術無人機是否達到了預期設計性能。
具備突破技術能力的多用途艦載無人機一旦問世,將極大提高各型軍艦的感知、傳送和連通能力,為大洋上的艦隊指揮官提供實時的情報信息。特別值得注意的是,諾格公司在展出的縮比模型中,突出顯示了機翼下部外掛點上將攜帶最新型的“聯合空對地導彈”(JAGM),凸顯出其具有一定的精確打擊能力,將在定點清除目標時顯示威力。
美海軍和DARPA希望“燕鷗”能把無人飛行系統帶入未來科技。海軍研究所和DARPA在“燕鷗”項目的緊密合作共同推進項目進展,其旨在製造出結合軍艦甲板起降能力、高速飛行能力和靈活的自動化控制系統新一級無人機。如果項目成功,它將為海軍的小型甲板武器系統和海軍陸戰隊的航空遠程打擊行動開啟一個嶄新的未來。
該項目還在研發數個派生項目:一種稱為SideArm的起重機系統,它可以在戰艦、卡車以及其他固定的地面設施發射和回收無人機系統;還有TALONS,它可以使戰艦在其後部500至1500英尺的高度拖曳一個情報監視偵察系統。

俄羅斯型號


卡-27LD32直升機
卡-27PLO直升機
卡-27S直升機
蘇-33
蘇-25UTG/UBP
蘇-30MKI
米格-29K
雅克-38
雅克-141

印度型號


米格-29K戰鬥機
光輝戰鬥機
卡-27直升機
卡-28 直升機ASW
卡-31直升機
WS-61海王直升機
SH-3海王直升機
北極星直升機
海獵鷹戰鬥機
海鷹戰鬥機
雲雀III型直升機
ALH直升機
貿易風式反潛機

法國型號


F8E“十字軍戰士”戰鬥機
“超級軍旗”攻擊機
“軍旗IVP”偵察機
“貿易風”固定翼反潛機
“超黃蜂”直升機
“海豚”直升機
陣風M戰鬥機
E-2C“鷹眼”預警機
565“黑豹”直升機
自克萊蒙梭號退役,新航母戴高樂號服役,法國研發新式戰鬥機陣風,衍生海軍型陣風M,三代半的陣風M替換F8E“十字軍戰士”戰鬥機、“軍旗IVP”偵察機、“貿易風”固定翼反潛機,在陣風M升級至F3型后,將代替“超級軍旗”攻擊機。

中國型號


艦載機
艦載機
殲-15(綽號:飛鯊,是中國參考從烏克蘭獲得蘇-33戰鬥機原型機T-10K-3號機以國產殲-11戰鬥機為基礎進而研製和發展的重型雙發艦載戰鬥機,該機研製由中國航空工業集團公司瀋陽飛機工業集團承擔。殲-15在戰鬥機世代劃分上屬於第四代戰鬥機改進型,即第四代半戰鬥機。
擁有可摺疊機翼的殲-15在外形上與俄制蘇-33非常相似,但殲-15融合了殲-11B的技術。在殲-11的基礎上新增鴨翼、配裝2台大功率發動機,實現了機翼摺疊,全新設計了增升裝置、起落裝置和攔阻鉤等系統,使得飛機在保持優良的作戰使用性能條件下,實現了著艦要求的飛行特性。
2009年8月31日,殲-15首飛成功。2012年11月23日殲-15降落在遼寧號航空母艦甲板上,由飛行員戴明盟首降成功。
中國航空協會官網公布了已於2015年9月16日頒發的第三屆馮如航空科技精英獎獲獎名單,在關於獲獎9名科技精英的事迹介紹中,透露了一系列我國航空和工業領域的最新成就。這其中,最引人注目的內容包括:40兆瓦級船用燃氣輪機研製成功(當今世界功率最大的艦用燃氣輪機,超過英國“伊麗莎白女王”級航母所用的MT30燃氣輪機36兆瓦的功率)、彈射起飛新型艦載機等。
參考數據
長度21.9米
翼展全幅:14.7米,摺疊:7.4米
高度5.9米
翼面積62.04米
空重17500千克
正常起飛重量27000千克
最大起飛重量33000千克
發動機2×WS-10加力渦扇發動機
推力2×89.17千牛
參考性能
最大速度2.4馬赫
爬升率325米/秒
實用升限2萬米
最大航程3500公里
翼負荷290千克/平方米
推重比0.97
最大過載+8g
機載武裝
機槍1×30毫米GSH-30-1機炮
外掛 12個外掛點,可掛載空空導彈和反艦導彈以及火箭彈與航空炸彈

未來發展


據央視報道,近日網路上一張衛星照片顯示,在中國航母艦載機訓練基地里,跑道附近出現一架無人機。有分析認為,海軍可能會考慮未來在航母上裝備無人機。軍事專家在接受央視採訪時表示,不排除中國未來發展艦載無人機的可能性。一旦研製成功,無人機可成為航母的“眼睛”,擔負通信、情報以及目標引導等任務。
根據照片推測,這架無人機翼展16米左右,機身長接近9米。有分析說,作為中國海軍專門的艦載機訓練基地,在這裡出現無人機,雖然無法確定具體型號,卻可以證明海軍正在認真考慮未來在航母上裝備無人機,且很有可能是要通過彈射器彈射起飛。
無人機在航母上著艦難度很大。美國在無人機領域起步較早,技術水平世界領先。2013年5月,美國海軍X-47B艦載無人機成功實現首次航母阻攔著艦,朝著實戰性無人機進駐航母走近一步,而美軍對艦載無人機的要求和定位也在不斷變化之中。外媒說,X-47B在美軍最近的選型中,前途堪憂。美國海軍未來還可能將在航母上配備MQ-25A隱身無人加油機。
談到無人機在航母上起降與有人機相比有何難點,尹卓介紹稱,首先是操控難度大。艦載機著艦時,一般要靠人的目力觀察,不是完全按照導航員給的指示,這需要積累經驗才能完成。這種經驗很難轉換成數據導入計算機轉變成人工智慧,所以實際操作起來很困難。美國X-47B確實著艦成功了,但美軍為什麼未將其實戰化?很重要的原因在於,針對中俄等潛在對手,美軍希望航母艦載機是長航時、長航程的作戰飛機,作戰半徑至少要達到在5000公里以上。然而X-47B達不到這樣的作戰半徑,所以美國希望繼續研製下一代艦載無人機。因此,無人機上艦與有人機相比,有很大的優勢,不僅航行時間長,載油量、載彈量也能更大。
那麼,具備后發優勢的中國,未來有沒有可能在艦載無人機技術上和美國並駕齊驅呢?軍事專家李莉表示,不排除這種可能性。從曝光的照片上分析這款無人機的外形,可以判斷出該機並非垂直起降的機型,其翼展較大,這種機型在航母上起降需要運用很多技術手段克服困難,比如機體強度等。一旦實現上艦,無人機將會成為航母的“眼睛”,擔負通信、情報以及目標引導等任務,應用範圍廣泛。