能不能發展出可以垂直彈射艦載機的航母?

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縱觀世界航空母艦發展史,我們瞭解到航母在雛形發展時期的艦載飛機起飛方法,是通過戰艦上的吊車將船上具有滑水板的飛機吊入海面上,隨後飛機在海上起飛。

第二次大戰時期,交戰國海軍的航空母艦採用了直通型甲板,在準備起飛時把航向設定成逆風形勢,這樣有助於飛機起飛。同時,飛機開足馬力時會在航母甲板另一端邊緣被牢牢固定住,起飛命令確認後接觸固定,飛機就能迎著風在甲板上獲得足夠的滑跑距離飛向天空。

再到現代,世界航空母艦艦載飛機的起飛方式發展成了兩股潮流,即滑躍式起飛和彈射式起飛。前者是,在航空母艦甲板前段設計成12度的高坡,讓戰鬥機在跑道另一端加速滑行至高坡上就能順勢起飛,但要求艦載飛機擁有很強的動力才能完成滑躍起飛。滑躍起飛裝置的好處就是結構簡單方便維修,滑躍起飛的飛機還不容易墜到海里。目前滑躍起飛的代表航母是英國皇家海軍的“伊麗莎白女王號”、中國“遼寧號”航空母艦和俄羅斯“庫茲涅佐夫海軍上將號”航空母艦。

後者在起飛初速上更有優勢,更容易將戰鬥機短時間內彈射出去。蒸汽彈射器一般是由近百米長蒸汽活塞筒,循環回返車和拖車等設備構成。艦載飛機在飛行準備時,該彈射器外露於甲板的循環回返車會鏈接飛機前輪的彈射鉤。這時甲板下方的蒸汽活塞筒依靠蒸汽缸內產生的強大蒸汽推力蓄勢待發,飛機要起飛時,蒸汽活塞筒瞬間加壓帶動甲板上的循環回返車拉動戰鬥機快速滑行,艦載飛機在這時通過彈射器得到了最高每小時350公里的飛行速度,使其順利飛行。目前該技術只在美國海軍航空母艦和法國海軍的“戴高樂”號航空母艦上裝備。

還有一種廣受討論的垂直艦載彈射器。但從當今人類所掌握的技術來看,“垂直”概念同“彈射”概念本身就有矛盾。

我們通過美軍F-35B STOVL垂直起降版隱身戰鬥機能看出,戰鬥機在垂直起飛的過程中要受發動機的推力和機背氣動佈局所影響,導致這一過程十分緩慢。但是蒸汽彈射或者是未來的電磁彈射能在一瞬間將戰鬥機成功送到天空,因此可以得出這樣一種結論,那就是快速於慢速、緩慢和急促在目前我們的常識中存在衝突。

而且垂直彈射需要更大的彈射力度才能瞬間將飛行器“扔出”,但以人類只能承受9G過載的能力而言不現實,所以這種彈射只能像擁有強大推力的火箭一樣不斷加速,讓飛行員逐漸適應。這樣一來,對本身講究快速升空作戰的航母而言徹底淪為雞肋。而且縱使人類可以忍受瞬間強大過載,垂直彈射也需要產生數倍於水平方向彈射的能量,很多國家蒸汽彈射器都造不出來,更不用提這種技術了。


利刃軍事


想法很美好,現實有點小殘酷,但是一個技術突破後就會容易很多!

這個問題其實是很多人都考慮過的,如果能夠實現垂直彈射艦載機,那就不需要加班了。以前的武庫艦、半潛船、甚至核潛艇是不是都可以有類似的操作呢?

以前來看,這樣的問題在於彈射後的載機受制於彈筒和載員的限制,不能夠攜帶足夠的彈藥和油料,同時為了滿足降落回收需要,機體設計上也談不上有什麼機動性可言。因此,意義不大。不過,如果能夠把艦載無人機智能機群技術攻克後,這樣的問題就會容易很多。在採用集群作戰模式的無人艦載機面前,哪怕打出去不回收也是很划算的。

不過,我們把這個問題再引申一下,既然都這樣了,那我們現在的巡航導彈核潛艇是不是也算一種另類的一次性彈射發射的航母呢?類似美軍改進的“俄亥俄”級巡航導彈核潛艇,就可以裝載154枚戰斧巡航導彈,可以打擊地面或者海上目標。已經算一種雛形化的垂直髮射航母了吧?如果未來,這些154枚戰斧變成了154架無人機,那戰鬥力無疑是極強的。

再引申一些,如果能夠確保戰鬥機回收工作,那垂直彈射的航母就完全可以實現,或者給各國退役的彈道導彈核潛艇找到了新的工作。不去發射彈道導彈,反而使用垂髮單元發射無人機來完成相應的作戰任務。這可比在大洋上的航母,目標要小很多。同時也不需要大量的伴隨作戰艦隊來護航。

(其實動畫裡早有體現,Macross zero 就有一艘潛水母艦)
不過,這些都有前提,艦載機部分必須是無人化、智能化、高度可摺疊化、要不然就是低成本化、要不然就是可以自主回收。這些技術難題解決了,題主的設想就可以達成了!

我是“頭條號:無名高地”,長期關注軍事裝備及相關領域,希望我的解答能給您不同的角度看待問題。

無名高地


腦洞挺大啊!以為是打炮或者發射導彈呢?垂直彈射艦載機?把艦載機垂直著送到起飛速度?

有幾個問題,第一,垂直彈射艦載機,艦載機難道是頭朝天地在飛行甲板上待命?然後一切做好準備,嗖的一下被垂直向上送到起飛速度?飛行甲板上需要有像蜂巢那樣地東西嗎?一個地方放一架艦載機?

這樣的艦載機在飛行甲板上固定,估計艦載機的結構還得做些改變吧?要不這彈射器可能就複雜了,艦載機在飛行甲板上著艦的時候,恐怕也不能採用當前的阻攔著艦方式了,是不是還得屁股朝下地回來?就像馬斯克回收火箭一樣。

第二個問題,這種垂直彈射艦載機的方式,恐怕有人艦載機是不要想了。因為彈射衝程太短,現在的蒸汽彈射器、電磁彈射器衝程大概在100米左右,飛行甲板上垂直彈射能有多少米的衝程?通過飛行甲板下的機構設計,能到米級就不錯了,在如此短的衝程裡,要想達到艦載機的起飛速度,意味著加速度必須遠遠大於當前的彈射器。

還記得我們的楊利偉航天員第一次隨飛船被火箭送上太空的情形嗎?火箭的加速度太大,人是受不了的,航天員訓練的最大加速度是8g,比飛行員能夠承受的加速度要大得多,即便以這個加速度給艦載機加速,在1米左右的衝程裡,艦載機仍遠遠到不了起飛速度。所以,加速度必須繼續大幅提升,這就不是人類能夠承受的了……

這就是說,如果要搞垂直彈射的艦載機,必須是無人機,彈射器的功率密度必須比現有的蒸汽、電磁彈射器高得多得多!瞬間讓艦載機達到起飛速度……這艦載機的機體強度恐怕也得比現有的艦載機高出好多,不然的話,彈射器的著力點可能會導致艦載機解體……

然而,這種航母到底有什麼優勢呢?為什麼要把它弄成這樣的呢?我看沒啥優勢,不適用,因此,即便技術能夠做出這種航母,也不會有國家這麼做。


科技探索隊長


源自於戰機尾噴口的矢量發動機,當矢量發動機的噴口垂直向下是便能夠垂直起飛,前一段時間的珠海航展上驚豔亮相的殲10B的矢量發動機的噴口目前雖然達不到旋轉到完全垂直,但是也是一個發展的趨勢。

目前全球的航母彈射主要由蒸汽彈射和電磁彈射兩種。蒸汽彈射的技術發展相對成熟,而更為先進的電磁彈射雖然技術更高一層但是故障問題也是頻發,還需要一段時間的技術改進。電彈的優點就是可以根據不同的載機來調整彈射的力度,更加科學,蒸汽彈射器是從1954年建成的“福萊斯特”號(CVA59)開始,就是美國航母的標配。

之前看過有些觀點認為美軍用慣了蒸汽彈射,看不到往日熟悉的煙霧,會不習慣的,心裡上或許會有一些,但是實在讓圖騰君想笑,有了更新的科技使用,效果肯定會比舊的東西好用才會裝備服役,咋不說蒸汽在冬季彈射完載機之後剩餘的蒸汽會在航母甲板上結冰,其實這些都是一些個小問題。

圖騰君認為最關鍵的幾點要有很好的把握,首先,裝備的效率,完善率,安全可靠性等都是關鍵因素,根據這些要素來看新技術下的武器裝備其實在預研階段專家們就已經在研討並驗證諸多的問題,至於為何沒有研發可以垂直彈射艦載機的航母,最主要的應該是性價比低,能量消耗大,要克服的還有戰機自身的重力,本身垂直起降的戰機就已經足夠消耗燃油,並且戰機的起飛重量可想而知,載彈量也不會太高的。

垂直彈射的航母不是絕對的不能發展,航母甲板寸土寸金,利用多重空間來多載機未嘗不是一件好事,隨著一系列攻堅克難,或許今後就可以發展出這樣的一型航母。


歷史的不一樣


客觀而言,從現有的技術結構來看,垂直與彈射結合實踐存在一定的矛盾!

關於垂直,我們可以參考美軍的F-35B。作為目前世界範圍最先進的垂直起降型飛機,F-35B在未來一段時間裡都會成為美國及其部分盟友的主力艦載戰鬥機。

觀看過F-35B垂直起降過程的朋友應該知道,因受制於發動機推力、機體背部的氣動外形等原因,它的上升過程相對緩慢;而彈射又是一個瞬間的快速動作。

快與慢、緩與急在常識上並不契合。

但理論上這種提高艦載機起飛效率的革新也並非完全行不通!不過我們就不能執著於完全的與飛行甲板垂直和現有的飛機氣動佈局。關於前者,我們可以參考滑躍式給準備彈射的飛機一個角度:類似於我們飛紙飛機,把手看作是彈射器。

或者可以參考火箭發射:將飛機豎起!但這樣就需要一套完整的飛機運載機械:快速將飛機置於垂直髮射狀態。另外,飛機必須擁有更大推力和可變向的發動機:升空後獲得自主動力和改變方向。

關於改變氣動外形,筆者認為我們可以試著研發一種碟形飛行器。這種外形的好處就是在彈射和升空後不用改變方向就能獲得出色的氣動。試想:在彈射器上高速旋轉的飛碟,稍微給一個角度彈出就能直接機動。

當然,上述觀點只是筆者的淺顯分析,歡迎大家批評指正!科技的進步本身就來自於天馬行空的奇思妙想。

我是軍武最前哨!


軍武最前哨


彈射系統的發展背景

圖為美國F-18“超級大黃蜂”彈射起飛

航空母艦問世之初並沒有彈射系統,但是存在一個弊端,那就是當戰鬥機起飛時很容易被偵察到,航母戰鬥群會因此而受到毀滅性打擊,這就牽涉到一個很原始的作戰邏輯問題:“先發現海上敵軍,而後再進行打擊。”

圖為美國E-2“鷹眼”艦載預警機起飛前

近年,隨著科技的飛速發展,空天衛星和各型先進雷達相繼入役,艦載預警機也早已成為航母戰鬥群的“天眼”,具有不可替代性,由此,預警機的上艦就大大凸顯出彈射器的重大作用。

航母艦載機起飛方式

圖為美國航母甲板的蒸汽彈射滑道

目前,航母艦載機的起飛方式只有滑越甲板式和蒸汽彈射式(電磁彈射技術尚不成熟),一直以來,關於孰好孰壞的爭論從未停止。有人說滑躍甲板式起飛節省內部空間,因為蒸汽彈射佔用的空間至少可以加放8-10架艦載機,在同等噸位航母的情況下,戰鬥力並不弱於蒸汽彈射,只是作戰效能相對偏低一些。

我們暫且拋開以上兩種起飛方式,探討一下能否發展出第三種作戰效能更高的具有垂直彈射系統航母呢?答案是可以發展出來,只是難度極大!(以下解析均為個人觀點,科技的創新從來都是天馬行空!)

戰機姿態控制問題

圖為中國殲-15降落瞬間

假設在一艘航母上已經裝配了試驗型垂直彈射系統,以殲-15戰機為例,彈射系統所發出的力相對於艦載機而言屬於外力。當彈射系統把空重質量約為18噸的殲-15快速彈射出去時,殲-15在被彈射到空中之後如何瞬間控制飛行姿態是一個很大的技術問題,一旦出現彈射誤差,後果無法想象,除非徹底改變現有戰機的氣動外形。

戰機戰力被削減問題

圖為中國第三款五代隱身戰機殲-18“紅鷹”

我們以美國的F-35B和中國的殲-18“紅鷹”戰機為例,F-35B型戰機是一款單發單座五代隱身戰機,殲-18“紅鷹”戰機是一款單座雙發的五代隱身戰機,兩款戰機均具備短距起降和垂直升降的能力。

垂直升降具有耗油量大、載彈量小、操作難度高、維護頻繁等缺點,同理,垂直彈射系統也存在類似問題,如果戰機被瞬間彈射升空,從載彈量和操作難度情況來看遠遠大於蒸汽彈射或電磁彈射,當前的技術還遠遠不能攻克,未來則存在極大的可能。

新一代戰機材質問題

圖為F/A-18F滿掛10枚GBU-32型制導炸彈

目前,世界各國現役的戰機所使用的技術材料主要包括鋁合金、特種鋼鐵和鈦合金,雖然這些金屬具有高強的耐腐性、抗疲勞性等特點,但是,面對垂直彈射系統巨大的彈力(蒸汽彈射最大值為35噸),戰機機體結構能否經受得住是個很大的問題,如果未來有最新型的複合材料問世能解決受力問題,那垂直彈射系統將會成為現實。


墨墨觀察


這個方案在過去不可行!因為如果希望用彈射的方式實現。如果初速度小了,就跟垂直起降的飛機沒有本質區別,只是豎起來起飛稍有不慎機毀人亡的幾率大增。如果初速度非常大倒是沒有問題。不過技術做不到,讓10幾頓的飛機產生如此大的初速度很難,機體也承受不了,最重要的是人體也是肯定受不了的!

但是現在這的可能性卻大幅上升了!1.電磁炮和電磁彈射器都造出來了,修改以後在短時間短距離加速重物成為可能。2.無人機大幅降低了起飛重量。3.無人機解決了人體無法承受大過載的情況。未來潛艇式的航母完全是有可能出現的。





孤單的丟丟


垂直彈射想法挺好,真要實現的話,航母甲板上騰點位置降落就行了,其它空間都可以擺放戰機,攜帶的戰機數量能翻倍。

不過,行不行先不討論,先考慮幾個細節。

首先,戰機呈什麼狀態彈射。一種是類似垂直起降那種,戰機自身呈水平狀態;另一種就是類似垂髮導彈那種,戰機自身呈垂直狀態。

先討論第一種,水平狀態的。不考慮彈射平臺的能力問題,是否機構體型龐大、彈射力是否足夠,也不考慮戰機機體結構強度是否能支撐。只討論彈起來以後,戰機雖然具備了一定高度,但是彈射提供的推力是向上的,而戰機需要的是水平推力來獲得升力,也就是彈射提供的助力完全不能轉化,水平推力的獲取完全靠戰機自身發動機提供,而且是沒有滑跑加速的情況下幾乎是原地瞬間加速到起飛速度(垂直彈射,垂直位置發生變化,但是水平位置是沒有變化的)。擁有這樣的發動機的戰機何苦彈射呢?直接拉倒甲板邊上跳出去就OK了,又節約了彈射裝置的空間,還節約了能量和錢。所以水平狀態這種方式不說能不能實現,起碼是不划算。

再討論第二種,垂直狀態的。這種方式比較靠譜,我們可以把滑軌從底艙龍骨那裡開始垂直敷設,有足夠彈力的話,滑軌長度可能不會超出現有航母甲板。不過,戰機為了遂行各種任務,重量不會小,加上這種彈射方式對機體強度要求更高,重量更會增加,加上垂直髮射後,戰機呈垂直爬升機動,估計空速應該不能低於800,就對彈射初速提出較高的要求了,相信瞬間過載會大大超過人體可承受的9G。所以有人戰機就不考慮了,無人戰機才符合條件。至少,有一定操作性了,那麼再看看其它細節。

首先,尾焰處理。通過設置排焰道排出,可行。

其次,戰機起豎。直接移動至掛鉤固定後,整體彈射平臺起豎對接於固定滑軌,可行。

地勤保障。場地直接設置於彈射平臺同層,可行。

綜上,未來假如無人戰機成為主力的話,專門為其設計的航母一定會出現。可以設想一下,垂直彈射的話,就現有航母尺寸也可以輕鬆的設置6條滑軌,比現在的3條出動率高一倍,甚至艦體兩側平行設置12條也不會佔用太多的水平空間,但是出動率就達到四倍。或許,未來的無人機航母是這樣了:首先核動力,節約艦用油庫空間,艦島中置位於艦艏,垂直彈射裝置平行分佈於兩舷,兩側傾斜甲板加中央甲板分別設置攔阻索形成三個獨立降落區(放飛效率太高,回收能力也就必須提高了),中央甲板設置常備攔阻網,降於中央甲板的無人機不考慮復飛,直接低速降落,未掛住就衝網。

看起來真的靠譜呢😄現在就看人工智能哪家強了。

個人設想,歡迎討論。


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這個50年內都不可能實現。

主要有兩個制約因素:

一,長度。要彈射一架飛機,至少需要好幾十米長的彈射軌道。這麼長的軌道如果是豎在船上,會造成重心過高,一點小的風浪就會使船傾覆。那麼為什麼一定要這麼長的軌道,不能象射箭一樣直接射出去嗎?答案是不能,原因就在於人類身體結構能承受的過載極限是9個G,就是9倍的重力。這就要求彈射只能在一定長度內逐漸地加速,否則超過極限過載飛行員就掛了。

二,能量。目前使用的蒸汽彈射器屬於高端技術,只有少數幾個國家掌握。新出來的電磁彈射器就更少國家能造了。這些都只是水平方向彈射飛機,要想垂直方向上彈射飛機,所需要的能量是水平方向的幾倍,這個目前肯定是造不出來的。


飛星軍事


俄羅斯的庫茲涅佐夫號航母不就是例子嘛!你可以把反艦導彈換成無人攻擊機,或是設計成可返回的反艦導彈,在有威脅的海域發射出去巡航,打起來就打擊敵艦,不打就回航母。導彈巡航問題也好解決,毛子不是已經設計出核動力巡航導彈了嘛!只是回收時有危險性!需要解決!


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