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第15章 航母纵横谈(11)

阻拦网装置阻拦网装置用于吸收舰载机动能的主要部件也是位于飞行甲板下方的阻拦机,与阻拦索装置不同的是将阻拦索换成了阻拦网。阻拦网由阻拦机、网带组件(含承载带、释放带、三重带组件、垂直啮合带、维克牢尼龙搭扣栓带等)、平行索、延伸索、附件、阻拦网支柱等组成。阻拦网要求在2~4分钟架设完成。平时阻拦网支柱倒放在飞行甲板的凹槽内,与甲板齐平,支柱升降由液压系统提供动力。阻拦网带是由尼龙制成且作应急之用,所以网带放置在干燥和防止太阳直晒的地方。网带在水作用下会丧失10%~15%的强度,并会增加40%~45%的重量,但干燥后会接近原来的性能状态。

未来阻拦装置的发展据报道,美国未来航母将采用现代化的综合全电力推进系统,该系统是—种将舰上动力机械能源改成电力能源同时向全舰提供日用和推进用电的综合利用与统一管理的系统。其性能优异,如:采用模块化、系列化、标准化产品,降低了采购费用;对舰上能源实行综合管理,减少能源消耗及机器磨损,运行经济性好;节省操作和维修人员;发电机组布置灵活,电网多路供电,系统更安全可靠;噪声低,隐身效果好;便于现代化改装,较易兼容先进技术,功率储备充足,可为电磁式弹射装置、阻拦装置、舰载机升降平台和高能武器等提供充足的电力。正由于此,该系统被誉为21世纪舰艇可能最先进的推进系统。目前,美、英、法、德等国正在这方面积极研究并取得了一—些进展。

为顺应上述发展,美国海军在解决现役舰载机着舰阻拦的条件下,针对现有液压缓冲式阻拦装置提出了先进阻拦装置的研究计划。先进阻拦装置用于替换美国海军当前使用的MK7型液压式阻拦装置,它将具备更好的运行可靠性并降低对人员的需求,减少维护工作量以及全寿命周期保障费用,同时显著提高安全生。先进阻拦装置还具备回收更重、速度更陕的飞机,并能够在将来回收轻质的无人机。美国海军打算将先进阻拦装置安装到CVN21及后续航母上,并将安装到“尼米兹”级航母上。目前,美国海军计划在21世纪头十年的末期生产出第—套这种装置。

先进阻拦装置计划的早期工作采取竞争的方式,2003~7月以通用原子公司和诺思罗普?格鲁曼公司为主的两个研究小组分别开展了先进阻拦装置舰艇集成概念研发与高逼真建模仿真研究。2005年2月,经对两个研究小组研究结果比较审查后,美国海军选择了通用原子公司电磁系统部,进行为期5年的系统开发与演示(SDD)阶段工作,即设计开发并制造、安装和演示一套产品型先进阻拦装置。系统安装结束后,美国海军将进行先进阻拦装置恒载试验和飞机阻拦试验。

通用原子公司提出的先进阻拦装置技术方案是—种涡轮电力系统,该系统在水涡轮机系统的基础上改进而来,而水涡轮机系统已经在陆基阻拦装置上得到了成功的应用。

涡轮电力系统采用了更轻的合成电缆系统和电机,以满足美国海军对陛能的要求,即在舰载机以每秒45~87米(时速162~313千米)的速度着舰时,将挂住舰裁机的阻拦索以12~95兆焦的能量将其拉回。在阻拦舰载机的动态过程中,这种电机能够主动采取措施,降低阻拦索的张力峰值,精确控制飞机尾钩负载及飞机停留在甲板上的位置。

航母的升降机装置航母的升降机装置主要有三大类——舰载机转运升降机、货物/武器升降机、人员/医务或撤离升降机,每一类都有不同的用途和运行操作,但并不是只能转运其名称所指的运载物,如舰载机转运升降机除可转运舰载机外,还可以转运武器弹药、邮件等其他货物,一些货物/武器升降机在应急情况下可作为医务和人员疏散撤离用的电梯。

舰载机升降机装置是航母(或两栖攻击舰)上特有的,本文就航母上影响舰载机作业的舰载机升降装置和货物/武器转运升降装置作简要介绍。

航母舰载机舰面作业的循环过程说到航母的升降机装置,我们得从舰载机的舰面作业循环过程开始谈起,以了解升降机装置在整个循环过程中的重要性。

舰载机在舰面的作业过程大致是:舰载机完成作战任务后返航,经航母着舰引导系统和着舰信号官(LSO)引导着舰,尾钩触舰挂索阻拦,舰面工作人员和舰面设备移动舰载机在甲板就位或转移至飞行甲板下的机库甲板,并视作战需要对舰载机进行舰面支持。若再次执行作战任务,则需要对舰载机进行加油、供电、充气、补充雷弹、牵引移动和必要的维护等,除补充弹药要在飞行甲板上实施外,其余作业可在飞行甲板和机库甲板分别进行。这些作业完成后就进行舰载机的(弹射)起飞作业。

从着舰到觯射)起飞的舰面作业循环周期决定着航母舰载机舰面作业的效率,在严酷的战争环境下很大程度上决定着战争的成败,因此舰载机舰面作业循环周期的每一环节都十分重要。涉及航母升降机装置的作业环节有舰载机升降机和雷弹转运升降机。

舰载机转运升降机航母舰载机的停放区有飞行甲板和机库甲板两个地方,对大型航母而言,其飞行甲板停机区约需存放航母搭载舰载饥额定数量的40%~50%,此停机数量是航母实施一波次起降作业的上限,其余舰载机存放在机库甲板;对于轻型航母而言,由于飞行甲板狭窄,大部分舰载机都需要停放在机库甲板上。航母舰载机转运用升降机是实现舰载机在飞行甲板和机库甲板之间转运的重要设备,止匕夕卜还可转运武器弹药、邮件杂物等,也是进行舰员海葬仪式的场所。

舰载机转运升降机的布置早期的舰载机转运升降机大多布置在飞行甲板的中线上,人们称其为舷内升降机。舷内升降机在甲板中心线处开口,四周用绳索吊起,防浪性和安全性较好,但舰体的纵向强度损失较大,需用几百吨钢材来补强,而且占用的有效空间较大,装甲防护也差,特别是不能同时弹射和回收着舰飞机。为了克服这些缺点,设计师们对其进行了改良。很快,一种新的舰用升降机布置方式出现了,这就是布置在航母甲板舷侧的舷侧升降机。

美国战后建造的大型航母全都采用舷侧升降机。目前,世界上的大型和中型航空母舰也大都把升降饥安装在舰眩侧(如法国“戴高乐”号航母、俄罗斯“库兹涅佐夫”号航母等),只是为了保证它具有好的淹湿性而在布置上尽可能离海面高些,以避免海浪。

但小型航母由于飞行甲板狭窄目搭载的固定翼舰载机相对较少,舷内式升降机可满足作战需要,所以小型航母大都采用舷内式升降机(如英国“无敌”级航母、意大利“加里博迪”号航母、西班牙“阿斯图里亚斯”号舫母等)。

舷侧升降机为悬臂梁形式,在航母机库甲板的舷边设有腰形开口,在此开口外设两道垂直的导槽。升降机平台靠近舷边的一端有几组导向轮卡装在垂向导轨槽内,升降机平台伸到舷外的另一端,在升降机平台的舷外两点用钢丝绳索起吊,借升降机侧面导向轮的反作用力来平衡整个升降机的负荷及钢索张力。工作时,导向轮沿垂向导轨槽内作上下滚动,平台就随之上下移动,将飞机由机库升至飞行甲板或由飞行甲板移至机库舷侧升降机使航母飞行甲板不必开口,提高了舰体结构强度,且由于三面对空,可起降大型舰载机,并可增加机库的面积。但其缺点也是明显的,升降机必须在舷侧开口,其加工工艺难度较大,水密、气密及防化陛能较差,而且,海浪也易于打上升降机平台。为此,第二次世界大战之后,英国海军建造航空母舰时,这种升降机一度采用后又被废弃。不过相比较而言,舷侧升降机的优点还是占主要方面。

因此,至今仍为大多数大型和中型航母拥有国所采用。

舰载饥升降机的数量是根据机库的布置和舰载机进出机库的需要来确定的,而舰载机升降机的位置应考虑舰载机舰面作业时进出机库的路线。目前,美国航空母舰上装有4部升降机,左舷斜角甲板尾段处1部,右舷有3部(其中舰岛前两部),其布置方式基本已成为美国航空母舰的标准形式。美国人还将升降机舷侧开口处的四角设计成了圆弧形,内外有两层门,在大风浪和遭到核武器与生化武器攻击时,将两扇门密封关闭,使舰体得到加固。

飞机升降机的尺寸取决于其提升航空联队中最大飞机的尺寸和输送的有关设备。升降机的位置应适应将飞机迅速就位于弹射装置喷气偏流系统舰尾向待命区域,并有助于迅速将着舰回收的飞机送入飞行甲板下方的机库内。美国海军现役航母上使用的升降机开口宽23.5米,纵深长15.9米,表面面积为373.65平方米,自重105吨,提升能力:达40~60吨,表面材料为钢板覆盖铝合金,焊接成型。

航母舰载饥升降机转运飞机的效率是很高的,每部升降机一次可装载两架飞机,在飞行甲板和机库之间运行一次只需25秒。试想,每艘航母上者I洧13~4部升降机,每次就是包括在飞行甲板和机库甲板各停15秒的装卸时间,升降机升降一次最多也只需55秒,所以,几十架甚至上百架飞机全部出动,也无需太多的时间。

舰载机转运升降机组成与结构形式舰载机转运升降机主要由液压油缸组件、升降平台、滑轮、导向滚轮及导轨、锁销组件、液压动力系统、钢丝绳组、控制系统、安全设施等组成。舰载机转运升降机的结构要能承受升降平台的自重、额定载荷、风载、浪载以及由航母和升降平台运动所产生的动态载荷,对于航母上舰载机转运升降机还要考虑核爆炸冲击波的压力载荷。

液压油缸组件及液压动力系统 液压油缸组件是将液压能转化为机械动能的部件,为升降平台提供提升力。高压液压油进入油缸使动滑轮与定滑轮相向运动进而使升降平台向上运动;而在升降平台重力作用下平台向下运动,迫使液压油流出油缸。但液压油进出油缸的流量由主控制阀控制,以此控制升降平台上下运行的速度。当升降平台到达机库甲板时动滑轮正好位于液压机组支架的挡块位置,为升降平台提供支撑力。液压油缸组件有柱塞式和活塞杆式两种。

液压动力系统是给液压油缸组件和液压锁销组件等提供动力的动力源。美国航母舰载机转运升降机上其液压动力系统采用MIL—H一19457c的磷酸酯型液压油,液压压力对于不同的航母可能是不同的,大致为70~196个大气压。液压动力系统主要由主(流量)控制阀、主泵、空气瓶、蓄能器、热交换器、冷却泵、辅助阀件和管路、油箱等组成。

升降平台 升降平台是舰载机转运升降机的最大构件,也是最重要的部件。设计上要求在满足承运额定负荷的基础上尽可能重量轻,同时要求变形小、具有足够的刚度,具有便于锁销组件的插入和缩回的结构,并能承受上下方向的负荷。

导轨及导向滚轮 导轨安装在船体上,其作用是限制升降平台的横向运动而只能作垂直上下运动,同时能承受升降平台的侧向载彳岢。此侧向载荷由航母运动产生,而对于舷侧式舰载机转运升降机来说,侧向载荷还有悬臂式升降平台产生的横向载荷。导向滚轮安装于升降平台上,并嵌装于导轨槽内,从而实现限制升降平台的横向运动。

钢索系统 钢索系统由钢丝绳组、导向滑轮、拴扣等组成。钢丝绳组的穿绕方式根据升降机在航母上位置的不同而可能不同,但主要原理是一致的。—般钢丝绳组穿绕比为2:1,即油缸组件动滑轮组运动1米,升降平台上下运动两米。美国“尼米兹”级航母“林肯”号升降平台上下行程为11米,据此推出其油缸柱塞行程为5.5米。

美国航母上舰载机转运升降机钢丝绳采用按RR—w410规范的Ⅳ类3级平面股钢丝绳结构,钢丝绳要符合IWRC的同向捻法不镀锌的特制改进型铅淬火高强度钢丝绳。

钢丝绳安装时要留有足够的调整余量,以适应固定点或拴扣点的安装以及钢丝绳使用一段时间后发生伸长时的调整。特别要注意的是:钢丝绳安装时要求每根提升钢丝绳具有相等的张紧力,以保证升降机正常运行。

动滑轮沿与油缸组件相固定的定滑轮作相向运动时,会通过提升钢丝绳使升降平台向上运动。定滑轮布置在机械没备舱室并引导提升钢丝绳到导向滑轮,而导向滑轮位于定滑轮上方并引导提升钢丝绳到舷侧凸出滑轮,舷侧凸出滑轮则将引导提升钢丝绳到升降平台。每个滑轮都需安装防护罩以防止钢索从沟槽中滑出,同时对滑轮的轴承进行油脂润滑。在定滑轮上安装速度反馈机构以实现升降机的速度闭环控制。

控制系统 控制系统由控制液压油流向的电磁阀及继电器、防止升降平台在锁定或收起状态下误操作的液压锁销限位开关、使升降平台准确到达目的甲板并提供控制系统状态信息的停止位限位开关、指示液压动力系统补充油液的蓄能器指示器、确保升降机安全运行的安全连锁电气回路等组成,控制系统还在升降机机械设备舱室设有控制箱,并分别在机械设备舱室、机库甲板、过道甲板等三个部位设有操作控制点。其主要功能是:使升降平台按所需方向运动并加速到规定的高速、当升降平台接近飞行甲板或机库甲板时自动转换成低速、在控制系统中加入安全控制设施以确保电气操作时升降机的安全运行。

安全措舰载机转运升降机的安全措施是防止操作人员和运载设备的损伤,—些安全措施可以在应急情况下进行旁通。安全措施有:防止人员跌落的飞行甲板围栏和机库甲板围栏或是直接安装在升降平台上的围栏、监测钢丝绳松弛或破断的钢索松弛开关(机械式或光电式)、升降平台运动时的警告蜂鸣器、防止误操作的电气互锁电路、防止舰载机滑动的飞机轮挡、防止人员跌落的安全网、防止人员可及的旋转和运动部件周围的机械防护罩等。

货物/武器(雷弹)转运升降机随着舰载机技术的发展和航母用途的多样化,航母舰载机的机载武器变得更多,雷弹消耗量更大,像“尼米兹”级航母舰载机所携挂的武器弹药搭载量达到2470吨。因此航母必须储存足够的雷弹,以满足作战计划或应对突发事件的需要。为了安全,这些雷弹要存放在专门设置且具有严密保护的弹药库内,弹药库一般布置在水线以下的航母主动力机舱前后两端的装甲舱室内。为了迅速地将补给舰或直升机运来的雷弹等武器弹药转运储存到弹药库内,或将雷弹等武器弹药迅速地从弹药库转运至飞行甲板给舰载机挂弹,这需要航母的高效雷弹转运设备。

雷弹转运没备有可升降推车、支架式推车、滑橇、起重机、货物/武器(雷弹)升降机等,其中货物/武器(雷弹)转运升降机是航母上的固定设备。

货物/武器㈤单)转运升降机的布置、数量和转运路线依据弹药库和飞行甲板舱口盖以及雷弹组装场所的物理位置来确定,同时必须考虑在转运过程中尽力防止武器弹药发生意外而引起雷弹爆炸或火箭点火的严重事故。像美国“小鹰”号航母有弹药库54座,储存各种弹药2000吨,武器弹药升降机11部。

雷弹从弹药库到装挂于舰载机上的过程如下:先将弹药库内的雷弹装运到集运架上,用悬吊在弹药库舱顶的轨道式起重机将集运架吊放到滚筒式输送台上,并转运到雷弹组装工作区,工作人员以流水作业方式将弹翼、把手、引信等进行组装。组装完成后直接用雷弹集运架将雷弹搬运到连接相应甲板的雷弹转运升降机上,最后将雷弹运至飞行甲板并通过舰面转运设备将雷弹挂装于舰载机上。

雷弹转运升降机按其动力源不同可分为机电钢丝绳式升降机、机械螺杆式升降机、电液柱塞式升降机,它们大都由包括运载平台在内的转运箱体、提升没备、封密件(¨和舱口盖)、控制系统、呼唤通信设备、安全设施等6部分组成。其主要工作原理和组成与舰载机转运升降机相似,所不同的是雷弹转运的路线要复杂些和重量轻些。

机电钢丝绳式升降机是用自动控制系统或手动操作控制电机正反转,经减速器和联轴节与钢丝绳卷筒相联,通过钢丝绳穿绕实现运载平台的垂直运动,当电动机失电时电磁制动器自动起作用。安全设施监测升降机的运行状态,一旦钢丝绳破断或松弛或运载平台过速,立即使运载平台停止。运载平台停靠甲板面的平层精度是通过调整钢丝绳来实现的,升降机的舱口盖和层门是气动/液动或手动开启或关闭的。

机械螺杆式升降机是通过电动机、减速器和涡轮涡杆机构来驱动螺杆以提升和下降运载平台。

电液柱塞式升降机是通过液压油缸和柱塞与转运箱体刚性相联,油压作用在柱塞底部会使转运箱体向上运动,需要箱体向下运行时依靠箱体重力通过柱塞下方油液流回油箱的流量控制来实现。

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