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升降机对航空母舰有多重要?

发布时间:2019-06-24 14:10 来源:未知 编辑:admin

  升降机是航母飞行甲板上重要的舰面设备,是飞行甲板与机库之间进行舰载机调度的关键设备。通过升降机的运转,形成有序的舰载机飞行作业循环回路,完成舰载机的入库、检查、维护、出库、挂弹、待命等基本作业保障。升降机,与舰载机、斜角甲板、助降系统、弹射器等方面的技术类似,都在不断的技术迭代中共同助推着航母技术的进步发展。

  早期的舰载机用升降机就布置在飞行甲板的中线及附近,这对于当时尚属轻型的航母而言,有着结构简单轻便、舰体的防浪性和安全性高的优点。但这种在飞行甲板中线开大口的舷内式升降机,对甲板和舰体的结构强度都会造成不小的损害,需要几百吨的钢材来强化弥补。舷内升降机一旦发生故障,又没有停在飞行甲板平面时,就会在飞行甲板中部形成一个凹坑,严重影响了舰载机的正常起降和舰载机在机库与甲板间的移动。

  舷侧升降机设置于飞行甲板的舷边,舰载机进出机库的开口在舰体舷侧,自然舰体在设计和建造上对此就要额外考虑。舷侧升降机张出的悬臂梁结构同样是技术难度不小的问题,加之舷侧升降机的整套系统较重,以及在应用上为避免海浪打上升降平台,这对航母的舷高有一定要求,所以舷侧升降机一般只能在大中型航母上应用。

  虽然舷侧升降机的技术难度较大,但其所带来的好处也非常明显:航母的飞行甲板不必开口,提高了舰体的结构强度。而且由于舷侧升降机的甲板开口是三边固定,另一边是开放式的,在舰载机的转运中,舰载机的尺寸适应能力更强,只要机体宽度和高度不大于机库舷侧大门的开口尺寸即可。若舰载机的机身长度稍长,超过了升降机平台的尺寸,机身可在平台开放式的一侧伸出舷外,仍可以顺利进出机库。那么对比看,舷内升降机在这方面限于飞行甲板封闭开口的尺寸,没有过多的余地,甚至有的舰载机为保证机身的长度和宽度都小于升降平台的尺寸,在机体设计上除了主翼、平尾折叠外,还要对机头和尾椎进行折叠设计。

  舷内升降机,较于舷侧升降机除了在舰载机适应上的突出差异外,还因甲板中线舷内升降机的存在限定了舰载机的起飞和回收作业效率。也正是这两方面的根本性劣势,使得舷内升降机在目前的航母应用中仅限于飞行甲板空间狭窄、搭载舰载机数量有限的轻型航母,而大中型航母上用于舰载机转运的升降机皆为舷侧式。

  在大中型航母上舷侧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初步确定的,升降机的位置同样也是围绕舰载机展开,要考虑舰载机舰面作业时进出机库的路线,既便于着舰回收的舰载机进入飞行甲板下方的机库,又利于出库的舰载机快速在弹射起飞位、在待机区就位。在美国超大型飞行甲板的航母上,舷侧升降机的数量是4部,左舷斜角甲板尾段处1部,右舷舰岛前2、后1共3部。这种在“小鹰”级航母上发端的舷侧升降机布置方式凭借着舰载机进出机库路线上的优越性,成为了随后美国核动力航母时代的标准形式。

  舰载机作为舷侧升降机的最主要的转运对象,其升降平台的尺寸形状和转运能力也都要取决于舰载机的机体尺寸和转运数量。对于大中型航母而言,舷侧升降机的提升能力在40吨以上,可同时转运2架机翼折叠后的舰载机。但同时因具体需求的差异,在升降平台的形状上又是不尽相同的。

  最基本最简单的舷侧升降机形状就是近似方正的矩形,在美国早期的“福莱斯特”级和苏俄的“库兹涅佐夫”号、“瓦良格”号上就是这样。随后的美国现役航母的舷侧升降机在这种矩形的基础上增加了一块三角形区域,虽然这块增加的三角形区域面积不大,但足够容下固定翼舰载机折叠后的一侧主翼,非常高效直接地增加了升降平台的有效停机载放空间,改善了舷侧升降机在同时转运2架固定翼舰载机时空间局促的状况,也使得舰载机在进出机库、或在舷侧升降机停放时可以更为随意、自由度更高。比如某些机身较长的机型即可沿着这个三角形的斜边方向停放,这样斜向进入机库后比正向进入时更方便机库内的转向掉头。这种设计的进一步拓展,便是法国“戴高乐”号航母上舷侧升降机的梯形形状。

  舷侧升降机的结构原理,就是通过液压能来带动钢索,然后拉动升降平台上的栓固点来达到提升升降平台的目的。舷侧升降机主要由升降平台、液压油缸组件、动滑轮组、垂直导向轮和水平导向轮、垂向导槽、钢索、液压锁销、控制系统、安全保障设施等构成。舷侧升降机的外在结构为悬臂梁形式,机库的舷边设有开口,在此开口外设有两道垂直的导槽,升降机平台的两侧以4组(每组4根)钢索悬吊。升降平台,是舷侧升降机系统中最基本的也是最大的部件,即便设计时在满足载运预定载荷的基础上要尽可能做到轻量化,但其自身重量也还是有近百吨。

  液压油缸组件是舷侧升降机系统的动力源,通过系统内的动滑轮组、导向轮、钢索等机械部件将液压能转化为拉动钢索使升降平台上下运动的机械动能。高压液压油进入油缸使得升降平台向上运动;升降平台在重力作用下向下运动,迫使液压油流出油缸;同时通过主控制阀控制液压油进出油缸的流量来控制升降平台上下运行的速度。在此过程中,舷侧升降机的结构不仅要能承受升降平台的自重、额定载荷,还要承受外在的风载、浪载,以及由于航母和升降平台运动时所产生的动态载荷。

  大中型航母上的舷侧升降机的转运能力在40~60吨间。如“尼米兹”级航母上的升降平台的宽度为15.9米,机库端的长度为23.5米、舷外侧为25.9米,整体的面积在360平方米以上,空间上不仅可同时载运2架固定翼舰载机,需要的话还能再停放下一架“海鹰”直升机。舷侧升降机的转运作业效率很高,在飞行甲板和机库之间运行一次只需25秒,加上装卸备停的各15秒时间,也就是说舷侧升降机在1分钟内即可完成舰载机在飞行甲板和机库甲板间的转运。

  随着舰载机作战能力的多样化、弹药技术的进步以及航母编队在用途上的多样化,航母上所要搭载的武器弹药不仅要储备足够,在类型上也更为丰富。数百甚至上千吨的武器弹药,在航母上必须存放在专门设置且具有严密防护的弹药库中。航母上的弹药库一般布置在航母水线以下的主动力机舱前后两端的装甲舱室内。以“尼米兹”级航母为例,3000吨左右的弹药储备量,在水线个弹药存储区,同时根据弹药存储类型又划分为35个大小不一的弹药库,集中在舰艏和舰舯区域。

  快速高效地将武器弹药从弹药库转运至飞行甲板给舰载机挂弹,或在海上补给保障作业中将补给来的武器弹药转运储存到弹药库内,就是航母上的弹药贮运作业。以甲板作业中给舰载机的挂弹来看,航空弹药的贮运作业可基本划分为弹药库内的弹药取出、转运到指定区域的弹药装配、弹药的水平转运以及弹药升降机贯穿各甲板的垂向运输等若干基本环节。与此相关的作业设备包括可升降推车、支架式推车、轨道式起重机、弹药升降机等几千套转运设备,这其中弹药升降机是弹药贮运作业的垂向运输环节中尤为重要的舰上固定设备。

  弹药升降机的主要工作原理和结构与舰载机用的舷内升降机相似,只不过载运能力要小得多,在动力源型式上除了液压式,还有机电钢索式、机械螺杆式等类型。特别是出于安全角度的考虑,弹药升降机的运输路线并非如舰载机用升降机的那般直接,不是直接连接弹药库与飞行甲板,而是采用交错式设计,分为下层和上层弹药升降机。“尼米兹”级航母上有6台下层弹药升降机和3台上层弹药升降机。6台下层弹药升降机负责把弹药运送到机库主甲板下一层的装配区,在该层甲板的舰员食堂兼弹药装配区以流水线的方式完成弹药的战斗部、弹翼、制导、引信等部件的装配后,再由3台上层弹药升降机把弹药转运到飞行甲板的“临时弹药存储区”(bombfarm),等待给舰载机的挂弹作业。

  同舰载机用的舷侧升降机类似,弹药升降机的布置、数量和转运路线同样是依据弹药库、弹药装配区的位置和飞行甲板开口以及转运过程中的安全性等方面来综合确定的。但在这多种因素平衡下,目前“尼米兹”级等航母上的上层弹药升降机的开口是靠近舰舯的,正好或靠近舰面的飞行作业区。上层弹药升降机在进行武器弹药的作业中往往会干扰舰载机的起飞和着舰回收作业。加之,弹药升降机的升降平台面积和载运能力偏小偏低,因此弹药在装配区装配完成后的转运路径还可通过上层弹药升降机转运到机库甲板,然后统一再由舷侧升降机运至飞行甲板。但这随之而来的是,可能与舰载机转运作业的冲突。

  针对上述缺憾,在美国海军最新下水的“福特”级航母上,对弹药贮运作业的相关设备系统进行了颠覆性的设计。其弹药装配区提高至机库甲板上面的中楼甲板层,离飞行甲板很近,装配完的弹药可迅速提升到飞行甲板,作业效率明显提高。而且作为专用的弹药装配区不再兼顾舰员食堂的职能,空间面积更大、更靠近舷侧。由此,弹药升降机在布置上让出了飞行作业区,更靠近右舷,可以利用航母右舷更充裕的空间布置4部上层弹药升降机,这样不仅降低了对飞行甲板作业的影响,也提高了包括弹药贮运作业在内的甲板作业的效率和安全性。加之,“福特”级航母配备的11部先进弹药升降机(4部上层、7部下层)采用的是永磁直线同步电机技术,不仅速度快、可靠性高,而且升降平台的面积更大,长约5.9米、宽约2.4米,载运能力更是高达21.8吨左右,远超此前的2.5吨。

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