《校场》2020-06-28：校场答疑：女王级的双舰岛对舰载机起降有多大影响？

源济

校场答疑：女王级的双舰岛对舰载机起降有多大影响？
2020年06月28日 18:33

星河：双舰岛设计真的会形成甲板不规则风影响飞机起降吗？




这个问题需要从很多个维度上去解释，首先定性地说，双舰岛肯定会产生湍流，而且在某些情况下这些湍流确实会影响飞机的起降。但这个问题既不是双舰岛独有，也不是英国航母独有。事实上不管是双舰岛还是单舰岛，甚至是没有舰岛单单看飞行甲板自身，航母几乎必然会产生不稳定湍流。而只要条件合适，这些湍流也必然会影响舰载机的起降。之所以在英国航母上这个问题会被无限放大，根本原因可能还是国内自媒体的炒作和正规媒体的无脑跟风。或许这是这些人的自尊心在作祟吧。




言归正传，负责为伊丽莎白女王级航母编写舰载机部队模拟训练软件，并为伊利莎白女王级航母的空气动力学优化提供建议的，英国空气动力学研究顶级机构——利物浦大学就对该课题进行过专门研究。研究使用缩比模型和等比模型试验了不同风向下女王级航母不规则结构产生的湍流对舰载机短距起飞、垂直降落和滚动降落的影响。研究表明，女王级的舰艏结构有优秀的空气动力学外形，能够使正面吹来的气流平稳的沿甲板流动，几乎不会产生湍流。




与之相对，双舰岛在逆风、侧风、横风时都会产生较大的湍流。在逆风、左舷风、右舷风3种情况下，产生湍流的方向为向舰岛正后方、飞行甲板右侧及右舷外、飞行甲板左侧。除此之外，在航母处于侧风和横风时，飞行甲板的左右两舷由于空气动力学外形不佳，也会产生较强的湍流，且其强度不逊于双舰岛产生的湍流。




此外，女王级采用STOVL的航空运作模式，舰载机的回收流程与CATOBAR/STOBAR航母有很大区别，两者在回收舰载机时受到的湍流影响不可一概而论：后者通常使用较大角度的斜角甲板进行舰载机的回收，以航母航行方向为基准，其舰载机的进近航线为从右后到左前，由于这一进近航线斜着穿越了舰岛正后方，因此其受舰岛湍流的影响较大。




相对的，女王级航母一共有两种回收方式共6个降落点。在使用垂直降落时，前5个降落点的降落流程为舰载机先在航母左舷与航母并行，并逐渐向右平移至甲板左侧的降落点上空进行降落。6号降落点位于航母飞行甲板的右侧，舰岛后面的位置，因此其降落流程也与左舷的5个降落点相反，为从右舷外侧平移到甲板方向。可以看出，左舷的5个降落点的进近航线均不经过舰岛后方，因此当舰艇逆风时，舰岛本身产生的湍流对其几乎没有什么影响。而6号降落点在舰岛正后方，受湍流影响较大，因此这个降落点的利用率也最低。不过即便如此，可以长时间、多次进行姿态调整（左右横跳）的垂直降落战机对湍流的敏感度依旧小于常规起降战机。




在舰艇遭遇从左舷吹来的侧风、横风时，其左侧5个降落点及其舷外进近位置几乎都不会受到湍流影响，仅在6号降落点降落时会受到些许影响。而在舰艇遭遇右舷以25°角吹来的侧风时，全部6个降落点都会受到湍流影响，不过这种影响较小。而在舰艇遭遇右舷以45°~90°吹来的侧风。横风时，整个甲板将包裹在湍流中，这将对舰载机的回收产生较大的影响。不过相信对于航母运作有了解的朋友们都知道，航母在进行舰载机起降作业时，通常都会调转船头进行逆风航行，因此，上述两种侧风、横风情况出现的频率其实非常低。




而女王级的滚动回收则与CATOBAR/STOBAR航母有些许类似，舰载机均是从舰艇的后方进近。不过与后者不同，女王级在滚动回收舰载机时，舰载机的进近航线并非倾斜的，而是平行于航母前进方向的。其建立进近航线的基准线为航母起飞甲板的距离线。这条线位于飞行甲板左侧，远离舰岛位置，因此在逆风时不会受到舰岛湍流对其横向速度的影响。其在降落过程中受到的影响主要为接近航母舰尾时，会遇到一个下降气流。不过这个下降气流的速度很小，对舰载机降落并没有什么影响，同时这个下降气流也并非通过双舰岛系统产生的。综上所述，女王级的双舰岛确实会产生湍流，这种湍流也确实会在某种条件下影响舰载机的起降，但这是现代航母的共同特点，并非女王级所独有，且考虑到其独特的起降方式，其舰载机在起降时受到的湍流影响甚至可能是所有现役航母中最小的。




街角的晚风：看到航母摇晃度对战斗机起飞降落的安全影响，联想到一个问题，战斗机挂弹也是要考虑左右平衡的吗？空战及其他战斗任务，发射弹药也要左右齐射2枚，考虑平衡吗？




首先战斗机挂弹确实要考虑平衡，投掷重量较大的弹药时，也确实更倾向于左右对称的投掷。不过这倒并不是什么铁律，因为战斗机本身是有配平能力的。比如飞机如果因为自身的平衡问题而有一个向左横滚的倾向，那么我们只需要让副翼、和水平尾翼差动，把这个倾向修正回来即可。因此我们可以看到很多飞机两侧不对称挂载的图片。

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在采用电传飞控的现代战斗机上，这种配平既可以通过传统的飞行员手动配平方式实现，也可以通过飞控程序自身的增稳功能实现。两者的区别仅在于如果使用飞控程序增稳来平衡，飞机的机敏性可能会有所下降。另外如果飞机两侧挂载重量相差过大可能还会有一个问题，即配平后飞机虽然能够保持平飞，但向一侧进行主动滚转的能力会下降，这也不利于飞机的飞行。




但在问题中所说的“空战及其他任务时发射弹药也要左右两枚齐射”的问题倒并不存在。这主要还是因为空空导弹的质量和寄生阻力都太小了。目前世界上的主流格斗导弹，发射重量都在100公斤以下，中距空空弹的发射重量也普遍在200公斤以下。即使是两侧不对称挂载对飞机飞行性能的影响也微乎其微，甚至都不需要进行配平的。




此外，现代战斗机都有比较强的人机交互能力，发射导弹时可以自行选择要发射哪一枚导弹，假设一架战斗机在空战中需要先发射一枚中距导弹，再发射一枚格斗导弹，那么飞行员完全可以选择先发射一侧的中距弹再发射另一侧的格斗弹，这可以在最大程度上减小飞机两侧挂载不平衡的问题。而即使是不能手动选择发射哪枚导弹的飞机（如F-14A/B）也会在编写火控程序的时候考虑到配平问题。




吉祥爸：感谢您对女王号stovl的回答，还想问问日本出云级和意大利新型两栖攻击舰都有固定阵面相控阵，而女王级依旧是机械雷达，是英国佬没钱了还是固定阵面相控阵对航母实际用处不大？




这应该是综合了成本和效能等多方面考虑的结果。像日本的出云级安装的OPS-50雷达，其实就是不带X波段火控阵面的FCS-3A。这种雷达在日向、秋月、朝日级上已经安装了很多部，基本已经成为了日本新一代自研水面舰艇的标配，不仅现有的舰艇在用，未来的舰艇也还要用。因此在规模效应下，其在成本上的劣势也没那么明显，更何况不装OPS-50恐怕也没有什么其他更好的选择了。这其实有点类似于我国的辽宁舰和山东舰，其安装的346/346A型相控阵雷达已经在052C/D和055上装了几十部，完全不差航母上这几部的这点钱。




至于英国的女王级航母，其安装的两部主搜索雷达中，S1850M远程预警雷达几乎是同类定位雷达中的唯一选择。而与之搭配的997型雷达，已经安装在了13艘23型护卫舰、海洋号直升机母舰、两艘海洋之子级船坞登陆舰上，未来还将安装在8艘26型护卫舰上。基本也算得上是四平八稳的选择了。如果不采用997型，那剩下的选择也就只有45型驱逐舰使用的桑普森雷达了。这又是笔经济账：997型雷达采用了大量桑普森雷达的成熟技术，且因为更便宜，所以采购量更大。这型雷达连研制费用带目前18艘舰艇的采购费用，一共只有1亿英镑，相当于每部雷达总共只需要555万英镑，而随着采购数量越来越大（加拿大的15艘26型可能也会使用这种雷达），其成本也会越来越低。与之相比，桑普森雷当每部每年光维护费就要40万英镑。




至于航母到底要不要装先进雷达，其实一直是一个有争议的话题。比如当年企业号航母就装了一个和长滩号巡洋舰一模一样的脑袋，上面还有一部当时世界上最先进的双波段雷达。同时福特号也安装了先进的AN/SPY-3和AN/SPY-4雷达。相比于其他水面作战平台，航母干舷高、舰岛高，相同雷达能够发挥的作用要比装在驱护舰上更强，此外航母的发电量充足，安装先进雷达的供电压力也要小得多。因此在预算充足的时候，完全可以装一部先进雷达。而相对的，航母永远是海战的绝对C位，周围有驱护舰组成的密集防空网络，这意味着对航母本身的感知能力的要求并不算特别高。因此在预算不够的时候，不装也就不装了。




星烁：看完对鸭面的分类，想问一下SU-33/歼15上的鸭翼应该怎么算？SU-33上的鸭翼基本与主翼位于同一高度，其效果与近耦又有什么不同呢




鸭面布局本身就有上中下三种分支，比如美国采用三翼面布局的F-16 AFTI就是下反的下鸭面，而苏-27家族的三翼面飞机则采用的是中鸭面。如果是从一开始就按鸭式布局设计的飞机，其最优解确实是上鸭面配小展弦比大后掠角机翼。但如果是在传统布局飞机的基础上增加鸭面变成三翼面飞机，具体效果还要因设计而异。




苏-27的主翼后掠角为42度，展弦比为3.5，也较经典的鸭式布局主翼设计大得多。从试验的结果来看，对于这种类型的机翼，上鸭面和中鸭面的增升作用其实差别不大，都属于虽然能增升但是效果不怎么理想的。而既然苏-27本身已经采用了边条翼布局，那直接在边条上加鸭面自然也是比较好的选择。




除了增升效果，苏-33的鸭面更重要的作用其实是增强飞机的着陆性能。相比于传统布局，三翼面布局在着陆时的横侧稳定性更高、襟翼效率更高，也更容易实现直接力控制和精确飞行轨迹控制，这非常有利于着舰。