海上战鹰系列之细节篇舰载机弹射起非连接方式探讨：拖索VS前轮拖曳

远峰

从去年年底到今年年初，中国海军“辽宁”号航母编队频繁出动各海域进行多种演练。同时，第一艘国产航母也正在紧锣密鼓地建造。有媒体报道，第二艘国产航母的建造准备工作已经完成，有专家表示第二艘航母很可能装备弹射起飞装置。考虑到歼15是中国第一种舰载机，在主要的作战性能上并不落后，因此该机也有望成为第二艘国产航母的主力舰载机。此前有文章探讨了歼15的弹射改进，认为歼15采用弹射起飞没有不可克服的问题。笔者在此文的观点上进一步发挥，探讨一下中国舰载机采用拖索弹射方式的可能性。

历史上出现过3种舰载机与弹射器的连接方式。先出现的是将飞机卡在弹射器推动的平台上的连接方式，随后出现的就是拖索弹射方式，1964年出现了被美国舰载机广泛使用的前轮拖曳弹射方式。从技术的角度看，3种方式各有优缺点。虽然现在已经普遍使用前轮拖曳弹射，但歼15如果采用拖索弹射方式，则基本不需要做太大的改进就能实现弹射起飞，也就不必再争论歼15能否采用弹射起飞的问题了。

目前，在网络等媒体上关于中国航母发展的讨论中，只要是装备了弹射起飞装置的航母，舰载机与弹射器的连接方式都采用了前轮拖曳弹射。由于歼10战斗机采用腹部进气，不适合采用前轮拖曳弹射，因此在中国舰载机的“民间选型”中很快就”落选”了，这不能不叫人遗憾。现在，歼15的弹射改型也面临着前起落架加强的困难。有一种观点认为：歼10完全可以通过拖索弹射方式，避开腹部进气结构强度不足对上舰的影响。既然弹射连接方式能影响战斗机的上舰前途，本文就通过拖索弹射与前轮拖曳弹射对比，分析中国舰载机采用前轮拖曳弹射/拖索弹射的利弊，希望能给感兴趣的朋友带来一些有意义的信息。

拖索弹射的优势

二战前后，拖索弹射是弹射起飞时舰载机与弹射器连接的主要方式。其特点是利用拖索通过舰载机上的弹射挂钩将机体挂在弹射器上。这种方法经过二战及战后一些局部战争的考验，证明是一种可靠及有效的方法。

1964年，美国海军在“企业”号航母上利用A-6舰载攻击机上试验了一种新型的弹射器与舰载机的连接方式——前轮拖曳弹射。这种连接方式在前起落架支柱上设置了一个弹射杆和一个制动钩，在弹射时可以直接与甲板上的弹射拖块及制动锚杆相连。相对于拖索弹射，这种新型弹射方式具有自动化程度高、弹射性能好和节省人员的优势。从此以后，美国新研制的舰载机就逐渐开始采-用前轮拖曳弹射了。

法国海军是在15年后研制的“阵风”M舰载机上才开始采用前轮拖曳弹射方式的。就在美国人发明前轮拖曳弹射技术后，法国在探讨把“美洲虎”攻击机发展成舰载机时并没有照搬美国的最新技术，仍然采用了“古老”的拖索弹射。在已经获得美国舰载机采用前轮拖曳弹射的详细情报的情况下，苏联的第一种舰载战斗机米格23K也仍然采用了拖索弹射。

实际上，就是美国自己也并没有马上就在所有的舰载机上推广这一新技术。例如，在F-4的改型中就没有采用前轮拖曳弹射。在前轮拖曳弹射技术诞生10年后建造的“尼米兹”号航母上，仍然保留了具有装饰色彩的弹射索回收角。究其原因，前轮拖曳弹射性能无论有多好，也不是“免费的午餐”。

F/A-18由原型机YF-17发展成舰载型，前起落架加强结构导致增重210千克，为适应前轮拖曳弹射是增重的最主要原因。考虑到F/A-18原型机是技术试验机，而且F/A-18的起飞重量大幅度增加，因此这210千克增重并不能都算到前轮拖曳弹射上，估算为采用前轮拖曳弹射付出的增重约为120千克。即便如此，这个增重也不算轻了。实际上，为满足拖曳前轮弹射要求，导致该机前起落架异常“粗大”。它和传递弹射力的液压缓冲/收放作动筒使前机身下部开口加大，还占据了大量的机内宝贵空间。付出的这些代价假如折算成重量完全可以超过120千克。需要指出的是这还没有考虑到前机身为适应弹射付出的结构加强重量，如果考虑到这一点，前轮拖曳弹射迫使F/A一18付出的结构重量不下200千克。

与前轮拖曳弹射相比，拖索弹射方式只需要在机身上加装一对弹射钩。这对弹射钩通常安装在机翼与机身连接的翼根处。有些双发舰载机（如A-5）采用单弹射钩，安装在机身中间纵向桁梁上。这些安装部位都是飞机结构强度最高的地方，便于把巨大的弹射过载通过此处分散到机身其他部位上去。这样飞机付出的重量代价就比较小。与前轮拖曳弹射使F/A-18增重120千克的代价相比，安装两个弹射钩只不过是最多付出50千克左右的增重代價。弹射钩安装在一个盘状连接件上，再用螺栓固定到机身结构上，因此几乎不会对机身产生任何结构上的增重影响，也不存在占用空间的麻烦。对于陆改舰的战斗机来说，前起落架也几乎不进行太大的改动，只需适当加强支柱的强度、采用更高压力的机轮以及增加起落架液压缓冲吸能装置的效率既可。而前轮拖曳弹射则是通过一个拉杆将巨大的弹射力传递到机身上一个点处，将两个承力点变为一个，使弹射过载更集中，这样做结构增重就是不可避免的。像歼15这样的舰载机，如果采用前轮拖曳弹射，由于前起落架非常高大，参照F/A一18上舰前起落架的增重幅度，最少会增加重量200千克。以这个增重代价来评估，则有必要考虑是否应采用前轮拖曳弹射方式。因为歼15如果采用拖索弹射，为之付出的重量代价要小很多，而拖索弹射也不像前轮拖曳弹射那样，前起落架必须采用双轮。

以美国的舰载机设计为例，拖索弹射并没有在前轮拖曳弹射出现后马上消失。F-4和A-7是同一时代研制的舰载机，F-4及其改型就未采用前轮拖曳弹射方式。从F-4和A-7的前机身高度来看，两者有着显著的差别：F-4尺寸大，前机身离甲板高度大，导致前起落架支柱很高；而A-7尺寸相对较小，由于采用的是下颌进气道，前机身离甲板的高度非常小，其前起落架支柱的高度也相当小，采用前轮拖曳弹射付出的重量代价也就小一些。也许前机身高度的不同正是导致前者改型没有采用前轮拖曳弹射而后者采用了的主要原因。法国的“美洲虎”舰载型和苏联的米格23K也没有紧跟美国A-7。考虑到法国的“美洲虎”和苏联的米格23K在弹射方式上的选择，再加上美国人在F-4和A-7上的做法，对中国舰载机在弹射连接方式上的选择，无疑是有启示作用的。

中国在发展陆改舰战斗机时，就有必要考虑美国人在F-4E上的选择。就节省重量和减少设计上的麻烦而言，拖索弹射起飞的优点是相当突出的。通常认为歼10采用腹部进气，进气道的前半段结构纵向受力都不是很强，不适合上舰。由于腹部进气的限制，其前起落架舱空间高度非常小，迫使双前轮的尺寸出奇得小，不利于前轮适应着舰时缓和巨大的冲击过载，更不利于采用前轮拖索弹射。同样地，前起落架舱也很难安装下体积“庞大”的前轮拖曳起落架。

需要指出的是，在二战中弹射用的拖索被当成纯粹的消耗品，弹射一次就掉人海中无法回收。战后改装的或新建造的航母，也没有马上安装后来出现的拖索回收角。这在弹射起飞重量不大的螺桨战斗机时还感觉没有什么大问题。当到了喷气机上舰，这问题就严重了。喷气机起飞重量大，弹射起飞速度高，这就对拖索尺寸和重量有了更高的要求，导致成本剧增。海军承受不了，因此在弹射索上又增加了一根细的回收索，弹射完毕后拖索就会被这根细索牵制，不至于再掉到海里。弹射器上也增加了专门用于回收索滑行的轨道缝隙，很显然这又增加了挂索的麻烦。F-4使用的弹射拖索据悉在40千克以上，通常需要3到4名挂索员为之忙碌。这种情况直到越战中还在埃塞克斯级航母上出现。即便是现在，教练机上舰训练时则仍会如此。

前轮拖曳弹射的优点并不突出

前轮拖曳弹射，是把弹射承力点设置在舰载机的前起落架。毫无疑问，如此设计会对前起落架上这部分结构的强度提出更高的要求。F/A-18的前轮弹射受力结构就是前轮拖曳弹射方式的典型代表。该机相对于原型YF-17，其前起落架共增加重量210千克，这其中除了要满足降落时“粗暴”着舰和弹射过载强度的需要外，在起落架支柱上要安装弹射钩和制动连接点也是重要原因。从F/A一18的前起落架结构可以看出，所谓的前轮拖曳弹射并不是真正的将弹射承力点设置在起落架上，而是把起落架当成是一个改变牵引力方向的支点，弹射力是通过弹射杆和液压缓冲筒体传递到机身上去的。而抗拒弹射牵引力的制动环与弹射钩铰接点很接近，分别位于支柱的两侧，这样机身在待弹射状态是不受力的。但在制动环被拉断的一瞬间，机身就会受到弹射加速的巨大冲击力。从F/A-18弹射起飞的视频上可以强烈地感受到这一点。从减小冲击过载的角度看，制动释放杆最好还能有个“缓和”的释放过程，毕竟在弹射开始的初始阶段瞬间机身结构还得有个“适应”的缓冲过程。F/A-18是用前起落架后面那根粗大的液压收放作动筒来完成缓冲的，光这根液压作动筒的重量就不能小视。而采用拖索弹射时，机身已经被制动索拉紧，这方面的问题就少一些。

前轮拖曳弹射相对于拖索弹射有一个非常重要的优点，这就是缩短了舰载机进入弹射位置所需要的时间。舰载机在向弹射阵位滑行时，最害怕是偏离弹射器。因此，舰载机向弹射器移动时总是小心翼翼，滑行速度很慢，而且甲板上还需有人以手势引导。由于前轮拖曳的弹射弹射钩位于前轮的前面，机身相对于滑轨有偏差也不要紧，机身在弹射过程中能自动修正。有数据表明，后机轮偏离50厘米也能正常弹射。而拖索弹射就不行了，机身轴线必须垂直落在弹射轴线上。这就要求飞机在弹射时前后机轮一定要准确到位，机身轴线与弹射轴线的对中误差要求很小，否则拖索挂在弹射滑块上两侧长度相差就会太大，有可能影响弹射安全。因此，舰载机在进入弹射阵位时更要非常小心。

从这一点看，前轮拖曳弹射方式要比拖索弹射快，可以大大节省飞机进入弹射位置的时间。对进入阵位的精度要求降低也意味着舰载机进入起飞阵位的角度加大，即可采用更大的回旋角度进入弹射器阵位。因此，可利用的甲板面积也增加不少，换句话说就是作业更为灵活。目前笔者还未找到美国舰载机采用前轮拖曳弹射相对拖索弹射节省时间的具体数据，但可以肯定有时间效益，而且在多架次起飞累积时应能产生一定的效果。法国的中型航母载机数量少，采用前轮拖曳弹射节省起飞时间的优点就不太突出。俄罗斯的航母如果采用的是弹射起飞，由于是数量少的重型舰载机，还要考虑大型舰载机巡航时间长，因此前轮拖曳弹射节省时间的优点预计也不明显。

另外，有观点认为前轮拖曳弹射能节省人力，也有利于翼下空间的挂弹需要。其实，这也是个相对次要的问题。以美国航母为例，大量的甲板作业人员在关键时刻增加两个人来完成起飞的相关工作算不上是很大的问题。有利于与弹射器连接的好处在200千克的结构增重面前根本就不值一提。另外，决定起飞速度的关键点也不在这里，节省人力的优点并不明显。

歼15采用拖索弹射，唯一的不利之处是该机采用了发动机吊舱的总体布局设计。从提高机体抗弹射过载的角度出发，弹射钩必须设置在两个发动机舱之间的机身下两侧，而此处有重型弹药挂架，这会给挂索员带来一些掛索上的麻烦，但也仅此而巳。歼20如果上舰则基本上不存在挂索困难，弹射钩正好可以安装在两侧机翼根处，这里刚好避开前轮拖曳弹射必须要加强腹部进气道纵向强度的要求。

前轮拖曳弹射有利于安全也并不是绝对的。美国从二战前就开始使用拖索弹射法起飞舰载机，有限的几次弹射失败不是飞机本身出故障引起的，就是液压弹射器的原因引起的，几乎没有因拖索挂接不准确而影响弹射起飞安全的情况发生。

中国舰载机采用何种弹射方式

歼10在气动布局上采用的是大三角翼结合鸭翼。这种布局从总体上而言，非常有利于抗拒弹射/阻拦过载，只是由于采用机腹进气，前起降落架安装部位的空间非常窄小，既不便于采用F/A-1 8那样的传递弹射力的起落架“拉杆”，也不便于采用A一6的“折页式拉杆”，只能是采用“阵风”M的顶推放下式拉杆结构。但这样一来，歼10为前轮拖曳弹射就要付出更多的重量代价。因为顶推式设计意味着要将原来的前起落架舱再向后扩展，这就要在腹部进气道底部再开一个大口。和F/A-18为收放起落架在前机身下的大开口不一样，歼10的腹部进气道在纵向上的强度对机体总的强度影响不大。但由于此处正是机翼所在位置，对横向强度却影响很大。歼10的前起落架已经相当靠后了，再加上增加的开口就会接近机翼受力结构，这会严重影响机体的横向强度，只有付出更多的结构加强代价才能满足强度需要。如果是采用拖索弹射，则情况就不同了。弹射拖索可以直接搭接在三角翼的翼根，完全可以把弹射钩设置在起落架舱内机翼与机身的连接处，这里是机体结构最为结实的部位，也就是为安装弹射钩付出的几十千克的重量代价。歼30与歼20如果上舰，由于是双发，可采用单点拖索弹射，拖索弹射着力点正好在机身纵向隔壁的下沿，内置弹航的前方，因此付出结构加强的代价也不是很大。

对于机型改装而言，最忌机体重心的改变。陆基战斗机如果是要发展成舰载机，采用拖索弹射基本上不会产生重心变动的问题。安装着舰钩和为适应弹射及着舰时的巨大过载进行的机身下部强度加强，基本上都是在机体重心附近进行，结构增重是在重心前后左右增加的，其变化可以很容易地进行控制。相比之下，无论是哪一种陆基机上舰，只要是采用了前轮拖曳弹射，都存在着或多或少的重心前移问题。歼10和歼15如果真要在前机身上增加300千克的结构重量，那就会给改装工作增添不少的麻烦。有观点认为，可以用在发动机尾喷管上加装推力矢量喷管来平衡前起落架上增加的重量。矢量喷管正好可以在重心后面相应的位置上，产生一个基本相等的重量力矩。这倒是个不错的解决办法，但考虑到几年后航空技术的发展，麻烦又来了。现在世界各国都在进行气动矢量喷管的开发。这种喷管利用射流原理产生推力矢量，结构简单、重量很轻，几乎与现有的常规喷管差不多，安装在现有战斗机上几乎不产生重心问题。有消息说美国在这方面的技术已经接近成熟，中国也已开始这方面的研究。如果这种技术成熟了，前轮拖曳弹射产生的重心问题就会依然存在。

歼15与原型机一样，在机腹下都有一个重型挂架，用来挂载重量超过3吨的反舰导弹或其他武器。这些重型武器的长度都比较大，从侧面看去几乎都伸出两侧的进气口，这就会对采用前轮弹射产生相当大的限制。由于该机前机身高大，弹射传力杆的长度必须很长才能满足传递弹射力的需要（收放作动筒如果太短，传递弹射力的效果就差了），这会影响中心挂架挂载大型反舰导弹。考虑到反舰是舰载机最为重要的海上作战任务，再加上未来反舰导弹有向高超声速发展的可能性，弹体长度将会继续增加，这会严重妨碍前起落架收放支柱的设计。因此，在歼15上采用什么样的弹射方式问题上就不能轻率得出结论。采用拖索弹射也会对武器的挂载产生影响，其实情况并没有前轮拖曳弹射那么严重。对于歼15来说，弹射完的拖索有可能会打到中心挂架上的导弹，只是这个概率很低。这是因为拖索脱离弹射钩后，只有后面的部分在高度上高于挂载的导弹，但它是位于导弹的两侧，可以很容易地从发动机舱与导弹之间的空隙中掉落。即便碰到弹体，也只能是产生轻微划伤。对于歼10来说，弹射拖索掉落的空间更大，基本上不存在会打坏导弹的问题。一种新型弹射连接方式设想

不管是拖索弹射还是前轮拖曳弹射，都各有优缺点。那么，能不能将两者结合起来，取长补短，进而产生一种新的弹射连接方法呢？实际上，拖索弹射进入轨迹不精确的问题是非常容易用其他办法解决的。例如，美国专利中就有一个解决方案：在弹射位置的甲板上设置一套机轮横移调整装置，这种装置采用交错横移的机构，可使滑偏了的舰载机机轮在横向上产生移动，就可以很容易地解决机轮对不准的问题。由此可以想象，拖索弹射的缺点可以通过创新来得到圆满的解决。

在有关航母和舰载机的展览中我们会发现，人们常常把粗大的弹射拖索挂接在弹射钩上以展示舰载机的特点。那么，为什么不能在飞行甲板上也让舰载机提前挂好拖索等待弹射呢7弹射拖索如果是提前挂在飞机上，应能减少挂索程序、提高挂索速度和节省体力消耗。

国内有人提出了一种名为“前轮导向拖索弹射”方法，能够结合前轮拖曳弹射和拖索弹射的各自优点，同时又能克服前轮拖曳弹射必须加强前起落架的弊端。新方法虽然还需进行挂索和回收拖索的工作，但拖索平时就挂在飞机上，在起飞之前就完成挂索过程，完全可以避开起飞作业高峰期。弹射完毕后甲板上基本上是处于休息状态，利用少量人员去回收拖索，可以说是“已有资源”的再次利用。新型弹射方式具有前轮拖曳弹射速度快、弹射性能好及节省人力等优点，同时又保留了拖索弹射的所有优点，因此在中国舰载机的设计中值得参考。

前轮导向拖索弹射是通过一头带有弹射杆、一头带有弹射挂钩的拖索来完成的。弹射挂钩设计成回形针形状，可以直接挂在飞机的承力结构上，不再需要在飞机上安装弹射钩；弹射杆则通过可脱锁装置安装在两个前轮之间的轮轴下。弹射钩由拖索连接筒和钩状体两部分组成。钩状体卡在连接筒中，里面设置有弹簧，可在钩状体上的固定钩挂住飞机弹射承力点时拉住钩状体。弹射时拖索被拉紧，设置在连接筒上的拉杆就会拉动固定钩。弹射安装体与拖索之间可以滑动一段距离，当弹射杆钩挂到弹射器上后，弹射安装体拉紧拖索，同时拉緊张紧索，使起落架支柱压缩。当弹射结束时，由于失去拉力，起落架中储存的压缩能量就会推动支柱抬起前机身，可以使舰载机获得瞬间抬头力矩，有助于舰载机离舰时能有一个比较好的气流迎角。

从使用的角度看，弹射过程只不过是两三秒，而起飞后飞机要飞行三四小时，因此拖索弹射中设置在机体上的弹射钩多少有些笨拙。新型弹射方式把弹射钩设置在拖索上，其形状设计成回形钩结构，这样就不用在机体上设置弹射钩了，只需要在机体受力结构处留出可供“回形钩”挂靠的孔洞眼就行，这就能节省弹射钩的重量。老式的拖索弹射是采用铸造“深埋”的办法把弹射钩固定在一个尺寸放大的固定板件上，然后再用螺栓将板件固定在机身相应部位上。为简单起见，弹射钩采用半埋设计，暴露在空气中。这样两个弹射钩不但会增加几十千克的安装重量，还会产生一定的空气阻力。现在把弹射钩设置在拖索上，回形钩状的挂钩设计可直接将弹射过载作用到飞机结构梁上，只需在此处加装一块尺寸放大的梁形衬垫即可。如果歼15采用前轮导向拖索弹射方式后，可以比采用拖索弹射节省掉弹射钩的安装重量。

新型的弹射连接组件平时就可以固定在飞机前起落架上，不影响飞机在甲板上的移动。弹射后，这套装置自动开锁脱离前起落架，依靠惯性被抛弃到甲板前边缘上的回收角中。为防止弹射杆在脱离起落架时飞起打伤机体，可以考虑在弹射器牵引滑块上设置固定装置。弹射杆被按下挂到弹射牵引块上后，也就同时被固定在牵引块上。在弹射完毕后，弹射牵引滑块自动开锁，使整套拖索飞离牵引块。前轮导向拖索弹射在弹射完毕后需要人工回收拖索，为起飞后的善后作业增加了工作量。但这种做法能避开飞行作业高峰，还能减少飞机结构重量，因此就是有麻烦也算不了什么。

不管是前轮拖曳弹射还是拖索弹射，都要在弹射前对舰载机进行制动。拖索弹射采用定力拉断栓结合牵制索；前轮拖曳弹射则是通过一个锚杆钩住前起落架后面的制动环，另一头则与甲板上的一个地锚结构连接。这两种设计也会使舰载机增加几千克的重量。新型弹射连接方法干脆在甲板上设置了一个自动升起的倒钩装置，也采用前面所说的回形钩设计。弹射时升起钩住飞机尾部，这样就可以免去拖索弹射必须在机体后下部设置一个锚固点块的弊端：倒钩装置可以直接挂靠在机身结构的横隔框上，能减少几千克重量。可以考虑在这个自动升起的制动挂钩上设置“猫眼装置”以自动捕获机尾下部的挂钩孔洞，不再需要人工的参与。这样，采用弹射起飞的舰载机可以达到起飞过程中甲板无人参与的机械化程度。

结语

总的说来，前轮拖曳弹射相对于拖索弹射所具有的优点其实并不突出，不值得付出200千克的结构增重代价，特别是在出现了创新的拖索弹射组件后。不仅是前轮拖曳弹射，美国舰载机还采用了自备登机梯设计，最少也会使飞机增加20千克的重量。这个设计在其他国家早期的舰载机上是看不到的。美国人之所以会采用这两种效果并不是很突出的“豪华”设计，更主要的原因是他们的航空技术领先于他人，可以把由此而带来的消极影响控制在可接受的范围内。美国为节省人力和提高不多的机群起飞速度就花费增重几百千克的作法是可以理解的。中国航母在采用了弹射起飞后，航空技术也将迅速走上世界先进水平。但考虑到舰载机是克敌制胜的武器，尽最大可能提高作战性能才是王道。因此，中国舰载机对前轮拖曳弹射还应慎重考虑，相比较而言，采用新型弹射连接方式应是一种较好的选择。

编辑：石坚