003号航母首次海试背后:那些藏在甲板里的门道

说起咱们国家的003航母,很多人就知道它装了电磁弹射器,吨位也够大,可要说到甲板设计这块,门道多着呢。你别看就是一块平整的铁板子,这里头的学问能让工程师们吵上好几个月。

早在2018年10月,美国那边的情报机构就盯上了江南造船厂的动静。他们看见4号船坞搭起了遮雨棚,就猜到咱们开始造新航母了。按他们的算法,这艘船长度突破了300米,水线宽度差不多在39.5到41米之间,用的是平直通长的飞行甲板。美国那个研究中心给出的数据更具体,说长度297米,排水量8.5万吨上下。说白了,就是跟他们那艘“小鹰”号差不多大小。巧的是,等到咱们003舰下水那会儿,“小鹰”号正被拖去船厂拆解了。有美国军事专家就说了,这就是“小鹹”号的加强版嘛。

不过话说回来,虽然两艘船吨位相当,设计思路也偏向美式风格,可细节上差别大着呢。003舰的舰岛比“小鹰”号紧凑多了,升降机只装了两部,弹射器也就3条。当然啦,雷达航电这些电子设备肯定比1956年开建的老船先进得多。装的“海红旗-10”近防导弹和1130型近防炮,打击效率甩“小鹰”号那套“海麻雀”加“密集阵”好几条街。

最关键的是弹射器这块。“小鹰”号用的蒸汽弹射器,每弹一次得损失好几百公斤锅炉淡水,连续弹个二三十次就得减速补水,值班的时候还要一直给弹射槽预热,费事得很。咱们003舰装的电磁弹射器就没这毛病,关机状态下15分钟就能启动待命,也不存在淡水消耗的问题,想连续弹射多少次都行,效率高多了。

说到甲板设计,这可是个技术活。飞行甲板是舰载机起飞降落、加油挂弹的主要场地,分成起飞区、降落区和停机区。长度、宽度、面积、斜角甲板的角度、舰岛的位置,这些参数都得反复权衡。早年间螺旋桨飞机速度慢,甲板是直通的,飞机降落后往舰首一排就完事。后来喷气式飞机速度快了,甲板就改成斜角的了。

斜角甲板好处多着呢。第一是增大了甲板面积,能停更多飞机。第二是把起飞区和着舰区隔开了,降低事故概率,可以同时进行起飞和降落作业,效率蹭蹭往上涨。还有就是给舰载机留了条后路,万一降落时钩索没钩住,飞机还能安全复飞,不至于冲进停在甲板上的机群里。

可这个斜角度数也不是随便定的。角度小了,对飞机着舰有利,但复飞和布列安全就差点意思。角度大了,起飞降落作业方便,可飞机着舰时受到的侧风就大了,操纵难度增加,对准跑道也更费劲,着舰成功率就下来了。角度太大还会让舷台变宽,引发结构强度问题,舷台太宽稳定性又不好。从降低着舰难度来看,斜角自然越小越好,可太小了起飞区和降落区又会互相干扰,影响舰首左舷那个弹射器工作。倾斜角还得保证甲板有足够大的面积停放足够多的飞机,停机区越大就需要更大的斜角度数。

美国航母的飞行甲板设计变过好多次,斜角设计更是频繁调整。总体趋势是随着飞行甲板尺寸增大,斜角度数反而在减小。“小鹰”级、“肯尼迪”级、“企业”级这些是大斜角加右偏布置,“尼米兹”级和“福特”级改成中等斜角加右偏布置,但斜角也不完全一样。“中途岛”级的斜角是13.5度,“福莱斯特”级是9.66度,“小鹰”级前3艘是11.34度,最后一艘是11度,“企业”号是10.15度,“尼米兹”级都是9.05度。飞行甲板长度增加了,降落区够用了,就减少斜角度数来降低着舰难度。斜角度减少的好处明摆着,不过“里根”号和“福特”号为了减少着舰对起飞区的干扰,斜角度又小幅增加到9.15度。

咱们国家的航母是从冷战时期苏式航母“辽宁”舰起步的。苏联那会儿把航母定位成“重型载机巡洋舰”,舰岛上得装巡洋舰级别的各类雷达设备,舰岛太大导致舰体重心偏右,只能牺牲飞行甲板宽度,采用了7度小斜角加左偏布置。因为左舷外飘角度太小,副停机区面积紧张,停放的飞机会侵入斜角甲板,影响飞机着舰。为了给舰尾右舷让出整备区,只能降低甲板运作效率。

003舰甲板面积跟尼米兹级差不多,舰长只比福特级短16米,同样分成起飞区、着舰区、停机区和岛区。美国那边曾经认为003舰也是小斜角甲板,角度接近“辽宁”舰,理由是飞行甲板宽度大概73米,相对较窄。小斜角不光功能分区清晰连贯,增大整备区面积,而且着舰飞机横向漂移率低,降落安全系数好。

可实际上003舰明显没用小斜角甲板模式。要是继续用7度斜角,左舷后侧整备区太局促,右舷后侧整备区又有些浪费,弹射器还会侵入降落区。要是超过11度,左舷后侧整备区够用了,但右舷后侧整备区又偏小。最合适的倾角就是9度,这样既保证各作业区互不干扰,又保证斜角甲板长度,还能尽量缩短舰长,控制排水量。左右舷后部都有适当的整备区,停机区在起飞区和着舰区之外,可停放8到10架飞机。舰首的两条弹射轨道呈3度夹角,前端间距16米。要是只用舰首一部弹射器,可停放8到10架飞机。在斜角甲板左侧还有一块可停放4架飞机的三角形副停机区,基本解决了“辽宁”舰左舷外飘角度太小、副停机区面积紧张、着舰时实际无法使用的问题。

要是用小斜角甲板模式,舰载机只能面对面地成两列停在降落区右侧,必须在甲板工作车辆帮助下重新定位后才能逐次起飞,快速反应能力大打折扣。大斜角甲板模式的整备区会被降落区切成两份,虽然降低了舰载机周转率,可要是起飞区被着舰飞机挤满时,出现紧急敌情,前方运动空间充裕的十几架舰载机可以自己滑入起飞点,利用2台弹射器在5到6分钟内全部升空迎敌。

别看003舰甲板跟美国的很像,其实设计非常考究。每一个细节、每寸空间、每处设计都得做到最优,就是在螺蛳壳里做道场式的精雕细琢结果。为了在面积有限的情况下,尽可能提升甲板运作效率,经历过无数次修改和优化才有了这个合理方案。

航母设计降落区斜角度数时还得考虑确保舰首弹射器不受着舰作业的影响。“福莱斯特”级左舷起飞区跟斜角甲板降落区有重合,舰首的1号和2号弹射器平行于飞行甲板舷边对称布置,2号弹射器在起飞翼展较大的舰载机时无法进行着舰作业。“小鹰”级增大斜角度数并延长降落区,减小2号弹射器与舰体轴线夹角,让它远离降落跑道边线。

003舰的1号、2号弹射器位于前甲板,3号弹射器在舰体中后部。因为建造过程中临时修改了设计,把蒸汽弹射器换成轨道更长的电磁弹射器,导致1号弹射器挡焰板位于前部升降机侧方,侵入斜角甲板降落跑道,有飞机着舰时就不能用。“尼米兹”级航母斜角甲板上设计有2部弹射器,要是不需要回收舰载机,1号、2号、3号、4号弹射器都可以弹射舰载机,理论上每分钟可弹射8架舰载机。

蒸汽弹射器包括蒸汽系统、弹射机系统、复位系统、首轮拖曳牵制系统、测控系统,数百吨重的装置安装在飞行甲板上,太多会让航母重心升高,影响稳定性,所以布置3到4部弹射器最合适。弹射器数量对减少舰载机起飞等待时间很有利,可增加到3部之后等待时间已经降到比较低的数值,再增加的好处就不那么明显了。5部弹射器对起飞作业效率的提升不明显,反而增加重量。而且航母用4部弹射器的情况也不多见,只需2部弹射器就可以持续出动,不过为了防止弹射器发生故障,需要保持1到2部备份。

要确保弹射器的使用不受着舰作业的影响,还得设计拦阻装置数量及位置。美国航母以前用4道拦阻索加1道拦阻网,从“里根”号开始,第1到3道拦阻索整体向前移了大概3米,取消了最远的第4道拦阻索。003舰也是“3加1”型拦阻布置。

舰岛是航母甲板重要的一环。航母舰首两部弹射器使用频次最多,大部分调度给前起飞区的舰载机来自主停机区。前甲板弹射器之后、舰岛之前、斜甲板之右的三角区非常重要。机库里的飞机可以从右前升降机进出,也是舰载机着舰后脱离斜角甲板最方便的位置。这个三角区越大越完整越好。

用核动力的美国航母没烟囱,设计时不用考虑内部排烟管道,舰岛很小。“尼米兹”级航母长度只有30米,福特级减小到18米,还后移了30米,空出了前方大量面积,非常有利于航空保障作业。辽宁舰是常规动力航母,为了尽量缩短烟道长度,舰岛只能放在船中。苏式航母又强调所有飞行员都在舰岛内待命,导致辽宁舰舰岛总长达到71米。003舰缩减到42米,一体化的桅杆没有福特级一堆凌乱的天线,充分体现出了巨大的技术优势。

尼米兹级航母布置有4部舷侧升降机,宽23.5米,进深15.9米,面积为374平方米,一次可运送两架FA-18E/F战斗机。自重105吨,通过液压系统拉动4组2套钢丝绳组和滑轮系统上下移动,行程达到11米,最大提升能力为65吨。003舰跟辽宁舰和山东舰一样,只在舰岛前后各布置了一座升降机。不过辽宁舰和山东舰的升降机宽度为16米,一次只能运一架歼-15战斗机。003舰宽度增加到21米,可以同时运送两架,舰载机提升能力不如美国航母。

不过航母放飞作业不是从机库把舰载机运到甲板上放飞,因为飞机在机库和甲板之间进出路线和操作复杂,运送时间长,影响航空作业。作战时都是把需要出动的飞机事先放到甲板上。在全甲板攻击模式下关闭升降机,只用甲板上的飞机作战。一来避免影响舰面作业,二来防备敌人导弹直接打进机库。只有战斗结束才把战损或故障的飞机送到机库维修。

而且美国海军的运作经验是右舷的两座升降机用得最多,因为机库里的飞机从这里进出路线直接到达三角区。右舷舰岛后方的升降机用得比较少,左舷的升降机用得最少。在实际使用中超过了实际需求,还占用舷边停机和保障区域的面积,影响航母结构强度和舷侧防护能力。所以福特级进行了重大改进,取消舰岛后右舷的升降机,减为3台升降机后整体运转能力不会弱于4部升降机,还增大了停机区的面积,提升了飞行甲板作业能力。003舰没有采用福特级航母的左舷升降机,对航空作战能力影响也不大。不过前部升降机位于1号起飞位挡焰板侧边,作业时会相互干扰。

003舰作为第一艘中国自主设计的航母处女作,并不是美国航母的简单抄袭,设计体现出了浓烈的原创性色彩。不过立项太早,当时欠缺航母使用方面的经验,又没数据积累,只代表了中国海军2010年前后的设计水准。在建造过程中还临时修改设计,飞行甲板总体还是有些缺陷的。未来004、005航母的设计肯定会有所调整和变化。

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