美国航母飞行甲板演变及设计思想研究

李景熹

(海军装备部舰船办，北京，100071)

美国航母飞行甲板演变及设计思想研究

李景熹

(海军装备部舰船办，北京，100071)

飞行甲板是航母舰载机起降、调运、保障、布列最重要的作业场所，其设计工作在航母总体设计中占有重要地位，很大程度上决定了舰载机出动回收保障能力和航母综合作战效能。本文针对美国海军二战后至今研制的 5 型航母，分析其飞行甲板布局演变过程，梳理总结美国航母飞行甲板设计思想和启示。

航母；飞行甲板；设计思想

0 引 言

飞行甲板是航母舰载机飞行活动的中心，数十架舰载机要在不到陆上机场1/10面积的飞行甲板上进行频繁的起飞、回收，以及充、填、加、挂等保障作业，要求飞行甲板的设计不仅能保障舰载机作业安全可靠地进行，还要把“最危险的机场”组织得有条不紊，实现舰载机群高效的出动回收，因此对飞行甲板的设计提出了极高要求，在航母总体设计中占有极其重要的地位。航母飞行甲板设计的进步在很大程度上代表了航母技术的进步。本文通过比较美国海军二战后至今研制的 5 型航母飞行甲板的演变过程，分析美国航母飞行甲板设计思想，并提出相关启示。

1 二战后美国海军航母研制概况

从二战结束至今，美国相继研制了“福莱斯特”级、“小鹰”级、“企业”级、“尼米兹”级，以及新一代“福特”级等 5 型航母，逐步走出了一条平台大型化、核动力化，保持相当数量规模、不断采用新技术的航母发展道路[1]。

“福莱斯特”级满载排水量70 000 t，是美国第一型大型航母，典型配置搭载72架舰载机，首舰1955年服役，总计建造4艘。该级航母首次采用斜角甲板，蒸汽弹射器、光学助降系统等设备，奠定了现代大型航母的发展基础。

“小鹰”级满载排水量80 000 t，是美国最后一级常规动力航母，典型配置搭载71架舰载机，首舰1961年服役，总计建造4艘。“小鹰”级船型、主尺度、排水量、动力装置等与“福莱斯特”级基本相当，但在飞行甲板布置、舰岛、防空武器、电子设备、舰载机配置等方面做了较大改进。

“企业”级满载排水量90 000 t，是美国第一型核动力航母，采用8座反应堆，典型配置搭载71架舰载机，首舰1961年服役，总计建造1艘。该级航母为后续美国核动力航母发展奠定了基础。

“尼米兹”级航母满载排水量100 000 t，采用2座反应堆，典型配置搭载71架舰载机，首舰1975年服役，总计建造10艘。与“企业”级相比，“尼米兹”级在核动力装置、电子设备、舰载机等性能方面有了长足进步，是美国 40 余年来彰显海上霸权的最有力武器。

“福特”级航母满载排水量100 000 t，典型配置可搭载不少于76架舰载机，采用2座反应堆，首舰拟于2017年服役，计划以每5年 1 艘的速度建造12艘。“福特”级航母采用新型核动力装置、电磁弹射器、涡轮电力阻拦装置、联合精确进近着舰系统等十几项新技术，舰载机出动架次率比“尼米兹”级高25%以上。

美国航母飞行甲板设计基本情况见表1，总体布局对比见图1[2–4]。

表1 美国航母飞行甲板设计情况表Tab.1 The design of U.S. aircraft carriers flight deck

2 美国航母飞行甲板设计思想分析

飞行甲板设计的首要任务，在于尽最大可能减少舰载机起降、调运、保障、布列作业之间的干涉，确保作业安全、提高作业效率。通过对美国航母飞行甲板设计情况的分析，可总结出其遵循的设计思想及发展趋势。

2.1 设置斜角甲板，使起飞区、着舰区相对独立，提高舰载机起降作业效率和安全性

“福莱斯特”号航母设计之初，斜角甲板概念还未被提出，其飞行甲板采用平甲板无舰岛设计，作业区域总体布局如图1所示；开工建造过程中，美军引入带有斜角甲板的全新飞行甲板设计，作业区域总体布局如图2所示[2]。通过对比可看出，“福莱斯特”号航母设置斜角甲板后：

1）在设计上首次实现舰载机起飞区、降落区相对独立，使得起飞、降落作业理论上可以互不干涉，为航母同时进行舰载机起降作业创造了必要条件；

2）为着舰失败的舰载机提供了“触舰复飞”的选择，彻底改变了以往舰载机着舰“不成功、就失败”且可能由于冲入舰首机群导致整个飞行甲板巨大灾难的困局，大幅提高了着舰作业安全性；

3）为简化系统设备配置创造了有利条件，特别是与起降作业安全相关的系统设备，如阻拦索从原设计状态的14道减为4道，节省的资源可用于提高出动回收保障能力。基于上述显著优势，自“福莱斯特”级开始，世界各国搭载常规起降舰载机的航母均采用斜角甲板设计，奠定了现代航母飞行甲板总体布局的基础。

2.2 设计“中部三角区”，尽可能提高舰载机调运效率

“中部三角区”是指舰首弹射区与斜角甲板区所夹的三角形区域，如图2所示。这个区域可在不影响舰首弹射与斜角甲板降落作业的情况下，用于停放与调运舰载机。

此外，通过对比分析可以看出舰岛和飞机升降机布局有如下变化：

1）舰岛位置逐步由舰中向舰尾后移（见表1和图1）。舰岛靠近尾部布置可以在舰岛前空出大片停机区，减少了舰载机绕过舰岛向舰尾调运作业的需求，但位置过于靠后不利于操舰，产生的舰尾紊流还可能影响舰载机着舰。

2）舰岛小型化趋势明显，特别是“福特”级航母，拥有自“企业”级以来最紧凑的舰岛设计，主要的雷达天线直接贴附在舰岛结构表面，无需设置安装平台，因而舰岛结构可大幅缩小（见表1和图3[5]）。舰岛小型化可节省宝贵的飞行甲板面积，降低对舰载机舰面作业的影响，提高舰载机作业效率，但舰岛过小也会增加电子设备电磁兼容性设计难度。

3）右舷飞机升降机围绕舰岛的布局，从“一前两后”向“两前一后”，甚至“两前零后”转变（表1和图1）。“舯部三角区”大部分区域位于舰岛前方，按此设计思路配置飞机升降机，可充分发挥飞机升降机使用效益，有效提高该区域舰载机出入机库的调运效率。

2.3 统筹规划舰面保障区、舰载机布列区及弹药转运区布局，进一步提高舰载机出动回收保障作业效率

舰载机着舰后，需进行加油、挂弹、维修保养等作业才能再次出动。从“福莱斯特”级到“尼米兹”级航母均采用传统保障模式，即舰载机着舰后，需先滑行至加油区加油，然后由牵引车牵引至弹药装载区挂弹，再到弹射阵位准备下一次起飞作业；如需维修，在加油前还需先滑行至指定区域开展维修作业。按此方案，舰载机从着舰到重新起飞需转换4～5个工作区域，增加了调运环节，降低了作业效率，减少了出动架次。

为解决上述问题，美军持续改进飞行甲板设计及保障作业模式：

1）采用“一站式保障”方案，在飞行甲板设置“一站式保障区”。“福特”号航母设置了18个“一站式保障区”，如图4所示。舰载机可在“一站式保障区”停驻并原位完成加油、挂弹、维修等所有保障作业，随后自主滑行至弹射起飞位升空作战[6]。

2）武器升降机位置由舰首弹射起飞区底部、舰中三角调运区底部，移至右舷舰载机停放区。从“福莱斯特”级到“尼米兹”级，美国航母武器升降机基本沿飞行甲板中心线布置在舰首弹射起飞区底部、舰中三角调运区底部（见图1和表1）。这种设计方案虽然可提高弹药贮运安全性，但对舰载机起飞、调运作业有一定影响。根据“尼米兹”级航母使用经验，弹药转运、挂载作业是制约舰载机出动架次率提高的重要因素，因此“福特”级航母对弹药贮运系统进行了改进设计，武器升降机布置在右舷舰载机停放区，避开了弹射起飞区、三角调运区，可提高舰载机出动回收保障作业效率。

2.4 围绕提高舰载机出动架次率目标，从结构、布置、系统设备方面，不断改进飞行甲板相关设计

在优化飞行甲板总体设计的同时，美军围绕提高舰载机出动架次率核心目标，还从改善舰面气流场、提高相关设备性能指标等方面，不断改进飞行甲板相关设计。

1）调整优化斜角甲板、左舷外张甲板角度。斜角甲板的斜角越大，航母航行方向与飞行员所要降落的斜角甲板中线方向差距越大，将会增加飞行员驾机对正斜角甲板的困难，且受飞机降落作业舰首方向紊乱气流的影响也越大。为改善舰首方向气流对降落作业的影响，“尼米兹”级还将斜角甲板的斜角从前期各级的10o～11o调减至9.5o。另外，从“尼米兹”级开始，左舷外张甲板前缘内侧开始向前延伸，并以更锐利的角度与舰首甲板结合，以便改善甲板上的气流（见图1）。

2）提高阻拦索、飞机升降机等设备性能指标。基于美军飞行员训练水平的提高以及阻拦装置性能的改进，从“尼米兹”级第9艘开始，美国航母阻拦索数量由4根减为3根（见图1）。优化飞机升降机形状，“福莱斯特”级为长方形；“小鹰”、“企业”、“尼米兹”级搭载机体较长的舰载机，飞机升降机为不规则五边形；“福特”级则演变为梯形，可进一步提高飞机进出升降机的便利性，如图5所示[5]。

3 总结及展望

2.1 飞行甲板设计遵循的基本原则

从以上分析中可归纳出美国航母飞行甲板设计基本原则如下：

1）相对独立、减少干涉原则。设计工作中应以提高舰载机出动回收保障能力和安全性为目标，在空间（总体布置）、时间（作业流程）、资源（系统配置）等方面，使舰载机起降、调运、保障、布列作业之间相对独立，尽可能减少干涉。

2）集中保障、减少调运原则。飞行甲板上大部分调运工作是为完成保障作业，或者是在着舰区、停机区、起飞区之间的往复调度，应提高保障设备能力、集中统筹保障、优化指挥控制流程等措施，尽可能减少低效益调运作业，提高出动回收架次率。

3）系统考虑、迭代优化原则。飞行甲板设计牵涉航母总体及各主要系统，是典型的系统工程问题，需要母舰多个系统和舰载机多方面的改进优化，片面强调母舰或舰载机某方面需求或某方面能力要求，可能会使整个设计工作失去平衡，只有系统考虑、迭代优化，才有可能逐步实现提高出动回收保障能力的目标。同时，飞行甲板设计也是总体设计思想的外在体现，与机库、升降机、弹药库和大量航空相关保障功能等多方面的设计紧密关联。

3.2 展望

随着技术的发展，航母飞行甲板设计未来也将围绕提高飞行作业效率和安全性的核心目标不断更新。

1）总体布局方面。自应用斜角甲板以来，航母飞行甲板总体布局在60余年间未有大的变化。无舰岛、双斜角甲板，双层飞行甲板等设计方案，始终停留在概念研究阶段。未来随着无人机逐步上舰应用、舰载机垂直起降等技术的进步，以及航母作战使用样式的发展，必将推动飞行甲板总体布局设计工作的持续优化。

2）系统设备方面。随着电磁弹射、涡轮电力阻拦、全自动着舰引导、先进飞机升降机、武器升降机等系统设备上舰应用，以及自动化、智能化技术的发展，舰载机出动回收保障能力将得到进一步提高，必将对飞行甲板设计工作提出新的要求，对航母的演进产生积极影响。

[1]刘相春. 国外航母与舰载机速查手册[M]. 北京: 海潮出版社, 2013.

[2]张明德. 美国超级航母发展史[J]. 海陆空天惯性世界 (增刊), 2013: 192–242, 292–332, 441–467.

[3]刘丽苹, 战海青, 杨成舜. 世界航空母舰全史图鉴[M]. 青岛:青岛出版社, 2009.

[4]俞东海, 田小川. 世界现役航空母舰[M]. 北京: 解放军出版社, 2007.

[5]张明德. 美国超级航母发展史[J]. 海陆空天惯性世界, 2014(7).

[6]刘相春. 美国“福特”级航母“一站式”保障技术特征和关键技术分析[J]. 中国舰船研究, 2013(6): 1–5.

Research on the design philosophy and evolution of the U.S. aircraft carrier flight deck

LI Jing-xi
(Ship Office, Naval Armament Department of PLAN, Beijing 100071, China)

Flight deck of aircraft carrier is the most important location for aircraft operations such as launching and recovery, handling, supporting and laying. The design of flight deck is of great importance in the aircraft carrier design, which is greatly related to the sortie rate and combat efficiency. In the paper, we have analyzed the evolution of the flight deck design by comparing the five classes of aircraft carriers constructed by the US navy after the World War . The design philosophy is discussed and concluded.

aircraft carrier；flight deck；design philosophy

U674.771

A

1672 – 7619(2017)06 – 0153 – 05

10.3404/j.issn.1672 – 7619.2017.06.032

2017 – 04 – 08

李景熹(1979 – )，男，博士，工程师，研究方向为舰船总体研究与设计。