01.20 事倍功半!F35B起飛效率太低,英國航母的甲板佈局拖了後腿

2019年,中國和英國同時服役了自己的第二艘航空母艦,而且中英兩國的航母都是採用滑躍起飛,噸位上也是最接近的,所以不少英國軍事觀察家們開始把英國的伊麗莎白女王級航母和中國的002型航母放在一起比較,並得出英國航母優於中國航母的結論,其中一條重要的理由就是英國航母的甲板進行了優化設計,因此飛機的調度水平要高於中國航母。對於這一觀點,筆者不敢苟同,今天就參照中英兩國航母的甲板設計和調度進行一番比較。

事倍功半!F35B起飛效率太低,英國航母的甲板佈局拖了後腿

(航母艦載機的擺放和調度都有很深的學問,如果設計合理調度得當,往往可以事半功倍)


由於中國的航母是繼承自蘇聯的庫茲涅佐夫級航母的設計,搭載的是滑躍起飛、攔阻著艦的常規固定翼殲-15型戰鬥機;英國的"伊麗莎白女王"級航母雖然最終也採用了滑躍式甲板設計,但是搭載的卻是具備垂直/短距起降能力的F-35B型戰鬥機,由於該機具備垂直起降的能力,緊急情況下可以全部垂直起飛迎敵。如果單純比較航母艦載機的起降能力,毫無疑問"伊麗莎白女王"級航母必勝無疑,因此在這裡,我們比較的是殲-15和F-35B兩款戰鬥機在滑躍起飛狀態下,航母甲板的調度效率情況。


大飛機配小航母VS小飛機配大航母


大飛機配小航母,毫無疑問說的是我國的遼寧號和山東號兩艘航母。因為我國航母列裝的殲-15型艦載戰鬥機是我國軍工部門在參考了蘇聯艦載戰鬥機原型T-10K-03架之後,結合研製生產殲-11B型戰鬥機的經驗和技術,獨立開發的一款雙發雙垂尾重型艦載戰鬥機,由於繼承自蘇-27家族,因此殲-15是目前世界上最大的艦載戰鬥機之一。由於同樣是由蘇-27發展而來,並且參考了蘇-33的設計,因此殲-15的主要尺寸和蘇-33大致相當:機長21.2米,翼展14.7米(機翼摺疊後大約7.4米),戰鬥機的最大起飛重量約為33噸。

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(殲-15戰鬥機性能卓越,但實在太大了,和滿載排水量6萬噸左右的國產航母實在有點不太匹配)


由於是陸基戰鬥機發展而來,因此殲-15在最初並未考慮艦載作戰需要,而且由於蘇聯在1980年代的航空技術和電子技術相對於西方落後整整一代,所以蘇-27本身的尺寸就相對較大,和同時代美軍的F-15戰鬥機相比,空重幾乎接近F-15的兩倍,在外形上也比F-15大了一圈。蘇聯通過這種方式來確保蘇-27具備和F-15戰鬥機正面對抗的能力,但是用在航母艦載機方面就存在相當大的困難——由於殲-15師承蘇-27的設計,因此在機翼全部展開時飛機長度和寬度都過大,因此甲板調度有很多不便。

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(殲-15戰鬥機在航母上停放都要摺疊機翼,以減小佔地面積,只有整備起飛時才將機翼放平)


同時,受當時蘇聯最高領導人個人喜好的制約,庫茲涅佐夫級航母,以及後來我國的遼寧號和山東號航母在內,其排水量明顯偏小:這個問題其實以前澄清過,根據俄羅斯的數字,1143.5型航母的標準排水量僅有5萬噸,滿載排水量為5.85萬噸,而遠不是中國網傳的6.75萬噸!而我國的遼寧號經過升級改裝,拆除了艦體內部的SS-N-19重型反艦導彈發射裝置,因此整體排水量可能比庫茲涅佐夫號還要略小一點,而山東艦則比遼寧艦略大一點,不過二者的滿載排水量都在6萬噸上下。航母噸位限制了航母甲板的面積,因此可以形象地說,中國航母就是小航母搭載大飛機。

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(F-35型戰鬥機脫胎於JSF計劃,在設計之初就考慮了艦載需求,因此性能上確實相當卓越)


和殲-15形成明顯反差的是,美國研製的F-35B型戰鬥機,雖然脫胎自JSF計劃,但是由於在設計時就考慮了上艦的需要,因此整個飛機尺寸明顯小於殲-15戰鬥機。根據公開的數據,F-35B型戰鬥機長15.67米,翼展10.7米,明顯要比殲-15小得多,不過F-35B型戰鬥機的機翼設計為不可摺疊方式(可摺疊的是F-35C),因此在航母甲板上放置時,顯然會比摺疊機翼後的殲-15要略寬一點。而且,由於考慮過上艦需要,F-35的機體填充度相對較高,在尺寸比殲-15小一圈的情況下,其最大起飛重量可達32噸,僅比殲-15小1噸,其載荷能力由此可見一斑(不過垂直起飛時荷載要大打折扣)。

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(英國航母正在放飛F-35B戰鬥機)


同時和F-35B配套的英軍"伊麗莎白女王"級航母的滿載排水量實際並未公開,但英國官方宣稱其標準排水量達6.5萬噸,由此可見"伊麗莎白女王"級航母滿載排水量應該在7萬噸以上,比中國航母大了1萬噸左右,這也是該航母最多可以搭載36架F-35B戰鬥機的根本原因。與之相比,我國的遼寧艦隻能搭載24架殲-15、山東艦隻能搭載約28架殲-15,由此可以看出,中英航母確實在噸位方面有較大差異,而這一點在載機數量上可以明顯反應出來。所以相對而言,英國航母顯得是大航母配(相對)小尺寸的艦載機,因此在軍艦的甲板調度方面,英國航母對我國航母有明顯的優勢。


事半功倍VS事倍功半


儘管英國海軍的航母和艦載機的配合度要明顯高於我國,但是,他們卻並沒有真正有效地發揮這一優勢。相反,伊麗莎白女王級航母的甲板設計規劃,最終卻選擇的是一種"事倍功半"的思路,這就不能不說是英國航母設計思路上的一個敗筆了。

事倍功半!F35B起飛效率太低,英國航母的甲板佈局拖了後腿

(最初依照彈射方案設計的伊麗莎白女王級航母)


在伊麗莎白女王級航母設計之初,英國人實際上考慮過傳統的斜角甲板航母,配2~3臺彈射器,搭載F-35C戰鬥機,使用彈射起飛、攔阻降落這樣的設計方案。如果這個方案成型,那麼毫無疑問,伊麗莎白女王級航母將會成為除美國航母外,最大型且最有戰鬥力的大型航母。但是由於伊麗莎白女王級航母使用的是燃氣輪機動力系統,沒有額外的蒸汽用於驅動彈射器,所以英國人不得不退而求其次,採用了滑躍式起飛模式,並把艦載機改為F-35B垂直/短距起降戰鬥機,同時取消了著艦攔阻裝置。

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(由於採用燃氣輪機動力,沒有蒸汽可用,也就無法安裝彈射器,最終伊麗莎白女王級航母選擇了一個嚴重限制性能的方案)


如果效仿世界流行的航母甲板佈局,標準排水量6.5萬噸的大型航母有充裕的甲板空間分別設置起飛區和斜角降落區,何況"斜角甲板"本身就是英國人自己發明的。如果按照常規設計,那麼F-35B的起飛和降落就可以同時進行,互不干擾,而且參考中國航母的設計,英國的伊麗莎白女王級航母同樣可以設計3個起飛點,在同時進行飛機收放作業時,在不干涉飛機降落的情況下,至少有2個起飛點可以使用。但是伊麗莎白女王級航母徹底拋棄了斜角甲板這一大型航母"傳家寶",改為全新的飛行甲板劃分方式。

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(紅框中是飛機整備區,黃框中是起飛區,籃框中是降落區,在降落區降落的飛機還要橫穿起飛區才能到達整備區,這就干擾了航母甲板上的飛機調度作業)


英國人將女王級航母的整個飛行甲板從頭至尾劃分為三塊,其中左舷為降落區,因為F-35B是垂直/短距起降戰鬥機,因此在降落時只需要使用垂直降落功能即可;在甲板舯部貫穿軍艦首尾,最長的那一部分,英國人在艦首裝上了滑躍式甲板,作為F-35B的起飛跑道,如果不執行垂直起飛任務,那麼F-35B戰鬥機就會依次從這條跑道上起飛;而在軍艦的右舷,靠艦島的一側,則是F-35B戰鬥機的整備區。

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這樣,伊麗莎白女王級航母的甲板就平行分為三塊,最左舷為降落區,中間為起飛區,右側為飛機整備區。這樣劃分的結果是,6.5萬噸的大型航母,僅有1個滑躍式起飛點。如果不使用垂直起飛的話,所有的F-35B就只能一架一架地起飛,而且由於起飛區和降落區相鄰,降落區的F-35B發動機噴出的廢氣很容易被正在起飛的F-35B吸入發動機,造成發動機喘震甚至停車。

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(正在進行搭載F-35B測試的英國航母)


相對於英國人這種奇葩的設計,採用傳統斜角甲板的中國航母在使用方面就體現出明顯的效率優勢:首先,整個航母甲板被分為"品"字型的三塊,其中艦首專門設定為飛行甲板,而左舷的斜角甲板負責回收飛機,右舷靠近艦島的區域則作為飛機的停放整備區。而且由於我國沒有垂直/短距起降戰鬥機,所以我國航母搭載的是常規起降的殲-15戰鬥機,其起飛方式和彈射起飛有一些類似之處:都是飛機進入固定起飛點後,利用專門的攔阻裝置鎖定起落架,同時甲板上的擋焰板升起,這樣殲-15飛機發動機開到最大功率時也不會波及身後的人員和飛機。等殲-15發動機功率提升到最大後,攔阻裝置解鎖,殲-15憑藉自身優越的氣動性能和強勁的發動機自行滑躍升空。

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(中國航母的甲板佈局顯然更加合理,紅圈內為起飛區,黃圈內為降落區,籃圈內為飛機整備區,三個區域互不干擾,便於甲板調度)


在執行全甲板攻擊任務時,由於我國航母上都設計有3個起飛點,其中1號和2號是位於艦首,長度105米的輕載起飛點;3號起飛點則是位於2號起飛點身後,總長度195米的重載起飛點。由於3個起飛點都配有擋焰板,因此三個點可以輪流部署飛機進行起飛作業。和英國海軍的伊麗莎白女王級航母相比,我國的遼寧號和山東號因為都有3個起飛點,因此可以同時整備3架戰鬥機。現代艦載戰鬥機從停機區到升空,大約需要約1分鐘時間整備。這1分鐘主要的工作是:從停機區滑入起飛點,並固定飛機,升起擋焰板,大約需要10~30秒;戰鬥機發動機打開加力,並把油門推到最大,保證戰鬥機的最大推力輸出,並最後檢查發動機是否有異響,以確保飛行安全,這一過程大約需要15~30秒;最後5~10秒的時間,飛機從甲板上滑躍騰空,成功起飛。

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(正在進行調度的殲-15戰鬥機)


由於每一架飛機在整備區到升空之間都需要1分鐘左右的時間,所以我國航母3個起飛點的優勢就得到了充分的展示:我們的航母可以同時整備3架飛機——儘管滑躍甲板一次只能允許1架飛機起飛,但是3架同時整備的飛機依然可以利用同一個滑躍甲板在1分鐘之內順序起飛。然後3個起飛點可以立即進行整備,同樣在1分鐘後,再起飛3架飛機。因此可以說,在飛機起飛速度方面,我國的兩艘滑躍式航母和美軍的彈射式航母差別不大——美軍航母由於有4部彈射器,因此1分鐘內最多可以起飛4架飛機,而我國航母3個起飛點相互之間並不干擾,因此可以同時整備3架飛機,並在1分鐘之內起飛3架戰鬥機,這個效率已經超過了裝備彈射器的法國戴高樂號航母,因為法國航母只裝備了2部彈射器,因此1分鐘之內最多隻能起飛2架戰鬥機。

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(戴高樂號航母安裝的2臺彈射器清晰可見,所以其每分鐘最多隻能起飛2架戰鬥機)


英軍的伊麗莎白女王級航母由於只有1個滑躍起飛點設計,並且沒有附帶擋焰板等裝備,所以,只要不考慮垂直起飛這種情況的話,每分鐘只能起飛1架F-35B型飛機。按照甲板起飛效率計算,我國航母是英國航母的3倍!這就是事半功倍和事倍功半的區別。儘管英國航母的噸位比我們更大,載機數量也比我們更多,但是在滑躍起飛效率方面,英國航母明顯不如我國。


繼往開來的艦載機


就艦載機而言,目前我國雖然只有殲-15這一款固定翼艦載戰鬥機,但是由於該機是由著名的空優戰鬥機殲-11B發展而來,因此該機在航電、火力和飛機機動性方面和殲-11B基本持平,和當今美軍主力的F/A-18E/F型戰鬥機一對一對抗也不落下風。同時裝備全新AESA型有源相控陣雷達的新式殲-15戰鬥機已經在頻繁試飛,相信用不了多久就可以裝備海軍部隊,替換現在的殲-15基本型戰鬥機。

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(殲20的尺寸實際上比殲-15還略小一點,因此完全具備上艦的可能)


不過,殲-15無論如何修改,其根子依然是一款四代多用途戰鬥機,和F-35B這樣的隱身五代機相比,至少有半代的技術差距,因此不能指望殲-15能夠有效剋制F-35B型戰鬥機。我國海軍未來的目標,還是要裝備殲-20H型艦載隱身戰鬥機。在已經公開的對比中不難發現,殲-20實際體型比殲-15戰鬥機還要略小一點,而且殲-20的發動機性能更加強勁,完全可以適應滑躍式起降的需要,其自身的改動也相對較少,便於快速成軍。因此哪怕是1比1替換掉現有的殲-15戰鬥機,裝備了殲-20的遼寧號和山東號,其作戰效能也會反超載機更多的英國海軍伊麗莎白女王級航空母艦。而英國海軍航母奇特的甲板佈局設計,將會讓他們航母的載機優勢無法充分發揮,在飛機起降效率方面反而落後於我國。

事倍功半!F35B起飛效率太低,英國航母的甲板佈局拖了後腿

(網友設想的艦載版殲-20H戰鬥機)


總體上說,雖然中英兩國航母都採用滑躍式起飛設計,雖然英國航母載機量比我們要多出不少,雖然英國航母甲板面積更大,但是由於不合理的甲板設計,導致英國航母起飛點過少,如果大量使用垂直起飛,將會大大影響戰鬥機的航程載荷,這種事倍功半的奇葩設計,是一個值得我們認真借鑑的負面榜樣,同時也警示我們,千萬不要犯英國人的錯誤。


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