艦載機尾鉤製造和材料有什麼特殊要求和難點?

軍統60


兔哥回到:艦載機是航母上起降的飛機,航母飛行甲板的長度遠遠低於陸地機場,因此,艦載機要實現在航母上起降就必須在航母上設置阻止飛機滑行距離的阻攔索,並在飛機尾部按裝著艦尾鉤。航母的阻攔索通常根據航母大小設置4~6道,每條的間隔12~18米,而且還要設置阻攔網,阻攔網的作用是艦載機尾鉤出現故障時專用的,但會對飛機造成一定的結構性損壞。因此,艦載機的尾鉤就成為能否著艦成功與否的關鍵因素。



艦載機尾鉤的作用:艦載機尾鉤主要就是用來鉤掛阻攔索的,但說起來簡單,做起來卻很難,這主要就是艦載機的著艦方式決定的。我們知道由於航母飛行甲板太短,不夠飛機起降的條件要求,所以才採用航母甲板設置阻攔網,艦載機設置尾鉤,但艦載機著艦時並不是徐徐降落,而且拍下來似的,而且不但不減速反而要加速,並且把油門開到最大,這樣艦載機在著艦時尾鉤放下的情況下尾鉤和甲板會產生巨大的碰撞力。而且飛機的速度非常快,著艦尾鉤要承受很大的飛機重力加速度,對尾鉤的結構材料要求很高,因此艦載機的尾鉤看似簡單的東西反而成了高科技的產品。那麼使用中艦載機的尾鉤有那些特殊的要求和技術難度呢?我們下面來分析一下。


艦載機尾鉤的使用要求和工藝難度:艦載機的尾鉤安裝在艦載機的尾部飛機的中心軸線上,尾鉤拉住飛機時還要求飛機具有很強的結構強度,否則尾鉤到是鉤住阻攔索了,也拉住飛機了,但因為飛機的結構強度不夠,巨大的慣性衝力把飛機拉成兩節了,尾巴鉤掉了,機體掉海里了,別笑,還真有這事。所以對飛機強度也有很高的要求。另外最多的是鉤掛阻攔索失敗飛機墜海,這類事故飛常高,美國海軍及海軍陸戰隊自1949年~1988年間就損失了1.2萬架飛機和8000多名飛行員;可見有多難,和多重要。


(1)強度高:艦載機下降時尾鉤和甲板發生碰撞產生反彈,我們從電視上也看到,尾鉤結觸甲板瞬間產生磨擦煙霧,可見力量非常大,因此要求尾鉤有很高的結構強度,要抗碰撞,抗拉伸,尾鉤的材料都是高品質的特殊材料,如俄羅斯就曾使用過鋁鋰合金,焊接工藝也非常講究。艦載機的尾鉤不是一次性的,而是需求頻繁使用,尾鉤不能總是更換,費錢費時,通常採用超聲波檢查,沒有裂痕就不會更換,必竟都是真金白銀。(↓F-35尾鉤結構圖)

(2)不反彈:尾鉤和甲板碰撞時會產生反彈,這樣一來很可能就鉤不到阻攔索,因此,尾鉤的阻尼必須要合適,小了無法阻攔止反彈,大了又會對艦載機結構造成損壞,真是個頭疼的技術活。(3)長度要合適:艦載機尾鉤的長短要合適,太短了不行太長了也不行,即要保證鉤掛好使還要保證自動脫鉤管用,這需要對尾鉤頻繁的測試調整,艦載機尾鉤也是有著艦角度的,只有角度合適才能做到鉤掛成功,另外脫鉤也要保證收起尾鉤時阻攔索能夠訊速脫落,否則會影響作業效率。



(4)重量要輕:尾鉤即要保證強度又不能太重,艦載機可謂是寸重寸金,如果重量太重就會減少載荷,同時會改變艦載機的力舉平衡,給艦載機待來起降隱患,這對尾鉤材料有要求。(5)使用壽命要長:尾鉤的壽命方面,能夠承受幾千架次的反覆起降,尾鉤看似簡單,但在著艦時卻要承受飛機重量2~3倍的重力加速度。這對尾鉤的製造技術也是難點。(6)要有一定的伸縮搖擺性能,而且還不能過大:艦載機降落時,航母甲板處於搖擺狀態,因此艦載機不可能做到很平穩的降落,通常是搖擺中下落,因此尾鉤不能是固定死的,否則就會對艦載機的下降力矩產生影響,偏離跑道,同時也容易損壞艦載機的結構。所以要有一定的搖擺彈性,但又不能過大,否則飛機容易扭秧歌。


因此,艦載機的尾鉤看似不起眼,可卻是高科技的東西,使用中更是要求極高,而對於製造材料和工藝更是航母大國的重量體現。(由於不限制不能講太具體,請諒解)



兔哥42928


實際上,“尾鉤”並非是艦載機所獨有的裝備,很多陸基戰鬥機也都設置有“尾鉤”,比如說美國的F15、F16、F22等。不過,陸基戰鬥機裝備的“尾鉤”與艦載機尾鉤有很大的區別,前者並不經常使用,是在特殊或者是突發情況下的應急裝置,以保護陸基戰鬥機可以“相對穩定”的著陸。陸基戰鬥機裝備的“尾鉤”叫做“應急鉤”,從設計、製造、使用材料等方面上說,“應急鉤”的研製難度遠沒有艦載機尾鉤的大,結構更簡單。
F16正在進行攔阻著陸


目前,艦載機的著艦方式是攔阻著艦,簡單說就是利用阻攔索強行“拉停”艦載機。自艦載機尾鉤鉤住阻攔索,到艦載機完全停下來,所需的時間在3—4秒之間,艦載機的速度由240—260公里/小時(多數情況下)直接降為零。將艦載機快速攔停,靠的就是航母飛行甲板上設置的3—4道阻攔索以及艦載機裝備的尾鉤,我國遼寧艦設置的就是4道阻攔索,通常情況下,艦載機尾鉤鉤住的都是第2、3道阻攔索。艦載機著艦速度雖然不大,但其油門卻需推到最大,隨時準備復飛。

油門推到最大(是用“手推”,而不是“腳踩”),為的是使發動機處於“最大推力”狀態。實際上,油門通常為“最大”的85%,只有在觸艦時才推到“最大”。等到艦載機檢測到減速成功後,會自動降低發動機的推力(比如美製F/A-18艦載機就會將發動機推力降低到約70%)。一旦出現如尾鉤沒有鉤住阻攔索、阻攔索斷裂等問題,艦載機能夠有足夠的動力立即復飛。等著出現問題再去推油門,時間上根本來不及,最有可能出現的結果:衝進海里。如果足夠幸運,阻攔網或許能救下來……

俄羅斯的庫茲涅佐夫號航母在去年參加敘利亞戰爭期間就曾因阻攔索斷裂發生過兩次艦載機墜海事故,損失了一架蘇33和一架米格29K艦載機,飛行員不幸遇難。艦載機著艦的危險係數最高,有“刀尖上的舞蹈”之稱,3—4秒就在生死間走了一個來回。因此,阻攔索也被譽為艦載機的“生命線”。當著艦的一切準備就緒,艦載機飛行員就會先放下尾鉤,在飛機觸艦之後,尾鉤在地面上會拖行一小段距離,直到鉤住阻攔索。之後,飛機的動能就被轉化為阻攔裝置的機械能,再傳給液壓裝置,直到飛機動能為零(就是徹底停穩),尾鉤才會自動脫落。


受工作環境的限制,艦載機的尾鉤有這麼幾個特點:

一、必須具備超高強度。

二、還得具有高韌性。

三、具備超高的抗疲勞性能。

四、還有就是必耐高溼、高鹽、高溫,耐磨,抗開裂,等等。

五、彈性要適當,重量要輕,壽命要長。


艦載機的尾鉤安裝在艦載機的中心軸線上(尾部),不僅是要求尾鉤具有超高強度,對艦載機機體的結構強度也有著很高的要求(遠高於陸基戰鬥機)。用來製造艦載機尾鉤的鋼材是AMS 6516級鋼材,是鉻釩鋼,屬於特種用鋼,比如說M54型合金鋼。它的用途較廣:艦載機尾鉤、飛機的起落架、轉子軸、傳動軸、裝甲、槍管、防爆器材等。 我國在續建、改造瓦良格號(遼寧艦的前身)航母時,西方媒體認為我們無法制造阻攔索、無法解決艦載機的著艦問題……我們不僅成功改造了瓦良格號,還自主建造了002型航母,003正處於分段製造階段,004也已開工……
殲15的尾鉤特寫


儒道之主


尾鉤的專業名詞叫做“應急鉤”,而應急鉤並不是艦載機的專利,這玩意兒裝備的最多的其實是陸基戰鬥機,從美國的F1000超級佩刀到F16再到F15甚至F22都普遍裝備了尾鉤,不管是什麼樣的飛機裝備尾鉤,它的作用都只有一個,那就是短時間內讓飛機停下來,由於需要承載幾倍于飛機重量的動能加速度,因此尾鉤的材料一般採用高強度的合金鋼材料,但是其結構並不複雜,有一定工業實力的的國家都能製造。


我們都知道航母甲板面積有限,因此著艦跑道通常也只有200米左右,但是艦載機著艦時為了方便復飛,速度又比較大,通常能達到250公里/小時左右,所以要在這麼短的距離讓艦載機停下來必須藉助外力,這就是航母阻攔索加艦載機尾鉤的組合。

而陸基戰鬥機為什麼也會配備尾鉤呢?主要是應急使用,比如剎車失靈或者降落速度過快,導致飛機可能衝出跑道。所以在跑道末端就會設置兩道簡易阻攔索和一道攔阻網用以攔停飛機,但是攔阻網這東西會把飛機整個罩住,容易損壞飛機結構和表面塗層,所以攔阻網一般設置在阻攔索後方,作為最後一道保險。
(陸地機場阻攔鎖)

尾鉤因為承受幾十噸機體在高速度下下的拉扯,因此必須具備足夠的強度和韌性,而艦載機因為常年在高鹽高溼環境下使用,還需要具備足夠的耐腐蝕性能。美軍戰鬥機尾鉤一般使用M54型合金鋼,這是一種鉻釩合金,不僅強度大,而且耐氧化腐蝕,不過這並不是什麼新奇材料,因為飛機起落架、傳動軸甚至是某些槍炮管也是使用這種材料。而俄羅斯目前使用的鋁鋰結構尾鉤則強度略顯不足,已經有多架米格29應該尾鉤斷裂而墜海。(這就是尾鉤的勾子部分)

除了對材料要求比較高之外,尾鉤基本上就沒有什麼高級之處的,你可以把它看做為一根帶勾子的棍子,不過這棍子有整體式也有分體式的,整體式的就是拖在地上,不能左右擺動,而俄羅斯的簡單粗暴型就是整體式的,只能搭拉在地上,不會左右擺動,尾鉤在飛行時都是隱藏在飛機尾椎之內,著艦時才放下。


不過這玩意兒是消耗品,在一定架次起降後就要經過超聲波探傷,如果出現裂紋或者結構鬆動,就需要維修或者更換,總體上來說,相比于飛機上的其他裝備,這並不是一種技術含量特別高的部件。
(俄羅斯戰機尾鉤)


軍史吐槽君


僅僅從尾勾就能看出艦載機和陸基飛機有多大的差異!如果在設計之初沒有考慮改型上艦,把陸基飛機改造為艦載機和重新設計一型新飛機差不多,美海軍以YF-17為基礎研製F/A-18花了8年時間就是很好的例證。艦載機要實現攔阻降落,就要加裝尾勾,整個機體縱向龍骨就要大大加強,尾勾與機體連接處更是強中之強。這需要從一開始設計就要總體考慮。


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