飞机是如何在航母上起飞的？

杨涤非

航空母舰是一种以舰载机为主要作战武器的大型水面舰艇。航母一般总是与防空巡洋舰、多用途驱逐机、护卫舰、核潜艇及补给舰组成航母编队执行作战任务。航母编队中的其他舰船为航母提供护航和补给，而航母则为整个编队提供空中掩护和远程打击能力。

一架F-14“雄猫”战斗机从航母上弹射起飞离开甲板的瞬间

作为目前世界上最大的技术兵器，航母给人最大的视觉冲击就是其宽大的飞行甲板。尽管航母甲板巨大，却也无法让舰载机像在陆地机场上那样起飞。因为即使是目前现役最大的航母——美国的“尼米兹”级，其飞行甲板全长达到了334米，仍然远小于大部分舰载机的正常起飞滑跑距离。此外，为了避免发生事故和提高舰载机的出动效率，现代大甲板航母普遍采用了斜角甲板，即起飞区和降落区分开布置，这样起飞滑跑距离就更短了。除了搭载直升机、垂直/短距起降飞机或采用滑跃起飞方式的轻型和部分中型航母外，目前采用常规起降方式的大中型航母普遍采用了蒸汽弹射器来放飞起飞重量日益增大的舰载机。

蒸汽弹射器实际上就是一种活塞冲程很长的往复式蒸汽机，利用舰上蒸汽锅炉产生的蒸汽作为动力，将其压缩到特定压强后存储到储汽筒中。弹射飞机时，储汽筒挤压蒸汽，使其通过弹射阀进入弹射发动机汽缸内，进而驱动汽缸内的活塞运动，活塞再带动往复车，将飞机弹射出去。美国影星汤姆·克鲁斯的成名作《壮志凌云》，就生动地表现了使用蒸汽弹射器的美国航母舰载机的训练和作战过程。反映得是如此细致，以至于很大一部分影迷认为片中的主角应该是F-14“雄猫”战斗机，而非汤姆·克鲁斯本人。

几十年的实践证明，蒸汽弹射器技术较为成熟，可靠性较强，能较好地满足航母作战的需求。但是，蒸汽弹射器也存在着一些固有的缺陷，如：结构复杂，维护成本高昂，尤其是密封带需要频繁更换;无法对弹射力进行精确控制，因为不同的舰载机有不同的起飞要求，弹射质量从几吨到近40吨，具体要根据航母搭载舰载机以及舰载机需要执行的任务情况来确定;弹射的机型受限较多，如无法弹射无人机等。现有蒸汽弹射器最主要的缺点就是操作过程没有闭环控制，弹射时会对飞机产生不必要的应力，缩短舰载机的寿命。因此，美国海军正在研制电磁弹射装置，并决定在新一代的“福特”级航母上采用。

电磁弹射系统是如何工作的

干船坞中在建的“福特”号航空母舰

电磁弹射是指以电磁力为加速手段、在短距离内使飞机达到或接近起飞速度并实施起飞的一种发射方式。与传统的蒸汽弹射器相比，电磁弹射器具有容积小、重量轻、效率高、对舰上辅助系统要求低、运行和维护费用低廉等优点。

电磁弹射器实质上是一种能量型直线电机。直线电机的动子滑块在电磁力作用下，通过拖钩拖动舰载机，使其达到规定的起飞速度。人们俗称的用于弹射舰载机的电磁弹射器，实际上是一个非常复杂和精密的高技术集合体，应当称之为电磁弹射系统。电磁弹射系统主要包括：储能系统、电力电子系统、直线电机、控制系统以及冷却系统、预加动力装置、减速缓冲与刹车装置等。这些不同功用的分系统和装置有机组合在一起，才能形成一个高性能的弹射系统。

为何电磁弹射系统更有优势

与现役的蒸汽弹射器相比，电磁弹射系统的优势非常突出。首先，电磁弹射系统具有更好的性能，而且控制调节的范围很广，适合弹射多种不同起飞重量的飞机。电磁弹射系统能弹射几乎所有现役以及将来服役的固定翼舰载机。根据所需弹射飞机起飞重量的不同，电磁弹射系统可以调节速度和功率，精确控制弹射能量，将弹射速度控制在100～370千米/小时之间以适应各种不同机型的弹射起飞需要。

反观蒸汽弹射器，受其基本工作原理的限制，蒸汽控制阀门一旦打开便好似开弓没有回头箭，无法精确控制弹射能量。舰载机在弹射的刹那间需要承受极高的过载，对飞机的结构造成很大的冲击，也降低了飞机的使用寿命。有些无人机无法使用蒸汽弹射器弹射起飞，就是因为其结构比较脆弱，无法承受巨大的瞬时加速度。

其次，电磁弹射系统还能满足为下一代航空母舰提供更多弹射能量的需要，解决了当前蒸汽弹射器弹射能接近设计极限的问题。未来的电磁弹射系统所提供的能量将比蒸汽弹射器增加近30%。此外，因为去掉了大量与蒸汽弹射器有关的高压、高温蒸汽管路、阀门和机械结构，电磁弹射系统的重量和体积大大减小了。电力电子系统的使用和系统的模块化程度的提高，使得维护人员也减少了近三分之一。

当然，电磁弹射系统也存在一些缺点，比如高功率的电磁电动机会对舰载的电子装置产生干扰。因此需要进行相应的电磁兼容设计并采取“磁封闭”电动机设计，让电磁波的影响降到最低程度。电磁弹射系统在工作时还会产生巨大的热能，需要消耗极大的功率来冷却。另外，电磁弹射系统还面临预算超支的困扰，但这也是新技术装备研发过程中经常出现的问题。

与在天空翱翔的战斗机相比，弹射系统是一个貌不惊人的装置，但如果没有它，所有舰载机都将成为摆设。随着技术的进步，相信在不久的将来，电磁弹射系统一定会出现在超级航母的甲板上，它会让飞机的起飞更加轻而易举，更迅速、有效地完成保卫母舰及进攻敌方的任务。

【责任编辑】张小萌