2022年6月17日，我國(guó)第三艘航空母艦福建艦下水。福建艦，采用平直飛行甲板，配置電磁彈射和阻攔裝置，是我國(guó)完全自主設(shè)計(jì)建造的首艘彈射型航空母艦，也是我國(guó)國(guó)防重器發(fā)展史上一個(gè)重要的里程碑。

目前，全世界能獨(dú)立建造航空母艦的國(guó)家只有美國(guó)、中國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、俄羅斯、意大利、西班牙7個(gè)國(guó)家，有些旁友可能就要問(wèn)了，航空母艦看上去只是一艘“平平無(wú)奇的大船”，到底有哪些技術(shù)難題限制著各個(gè)國(guó)家的研發(fā)和生產(chǎn)呢？這里就和大家淺淺地聊一聊~

實(shí)際上，航空母艦與一般的船只最大的區(qū)別就是它需要與艦載機(jī)配合使用才能發(fā)揮出真正的實(shí)力，其作為空軍的海上移動(dòng)機(jī)場(chǎng)，能夠極大地?cái)U(kuò)大空軍的作戰(zhàn)面積，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

• 難題1：艦載機(jī)的起飛

首先來(lái)說(shuō)航母上艦載機(jī)的起飛問(wèn)題，艦載機(jī)的起飛方式主要分為兩種：滑躍式和彈射式。

滑躍式起飛要求航母具有上翹約12°的起飛甲板，在起飛過(guò)程中，飛機(jī)主要靠自身的發(fā)動(dòng)機(jī)提供推力，這就要求飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力足夠大、飛機(jī)質(zhì)量盡可能的輕，才能保證其在短時(shí)間、短距離內(nèi)達(dá)到起飛速度?；S式起飛的優(yōu)點(diǎn)是航母的技術(shù)難度相對(duì)較低，方便建造和維護(hù)，我國(guó)的前兩艘航母，遼寧艦和山東艦就是采用的滑躍式起飛。

然而，滑躍式起飛的缺點(diǎn)也十分明顯：

①油耗大，起飛階段艦載機(jī)就需要消耗大量燃料來(lái)提供足夠的加速推動(dòng)力；

②操作難度大，由于滑躍跑道是自由跑道，起飛過(guò)程中是否發(fā)生偏航完全取決于飛行員的水平，在遇到大浪顛簸時(shí)不易操作；

③占用空間大，需要更長(zhǎng)的加速跑道，降低了空間利用率。

滑躍式起飛

另外一種起飛方式是彈射起飛。彈射起飛與滑躍起飛的區(qū)別是，在起飛階段通過(guò)外力牽引，為艦載機(jī)提供額外的加速度，從而縮短起飛距離，絕大部分彈射起飛是配合平直飛行甲板。彈射起飛又分為兩種：蒸汽彈射和電磁彈射。

蒸汽彈射顧名思義是利用高壓蒸汽進(jìn)行彈射，這里的高壓蒸汽彈射和高壓鍋爆炸其實(shí)是一個(gè)道理，都是把高壓蒸汽所蘊(yùn)含的能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能然后做功。

（沒(méi)想到做黑暗料理時(shí)造成的廚房高壓鍋爆炸事件竟能用在航母上，老臉一紅）

回到正題，蒸汽彈射裝置整體由儲(chǔ)汽筒、氣缸、活塞、牽引桿組成。在彈射的準(zhǔn)備階段，高壓蒸汽和一定量的飽和水儲(chǔ)存在儲(chǔ)汽筒中，儲(chǔ)汽筒能夠調(diào)節(jié)溫度從而控制其中的壓強(qiáng)，壓強(qiáng)的大小由艦載機(jī)的質(zhì)量決定，越重的飛機(jī)需要儲(chǔ)存的壓強(qiáng)越大。艦載機(jī)的前輪被一根牽引桿拉住，牽引桿連接著位于氣缸中的活塞，活塞能夠在氣缸中前后滑動(dòng)。

彈射開(kāi)始時(shí)，打開(kāi)位于氣缸下方的彈射閥，儲(chǔ)存在儲(chǔ)汽筒中的高壓蒸汽快速流入氣缸中，對(duì)活塞產(chǎn)生巨大推力，當(dāng)這個(gè)推力超過(guò)用于固定飛機(jī)的應(yīng)力螺栓的強(qiáng)度時(shí)，艦載機(jī)就會(huì)在活塞和牽引桿的帶動(dòng)下快速沿著氣缸的方向被發(fā)射出去。

這，就是蒸汽彈射的整個(gè)過(guò)程。

蒸汽彈射原理圖

另一種彈射手段，也就是電磁彈射，其原理同樣也十分簡(jiǎn)單，就是利用了安培力的原理：將電流強(qiáng)度為I的長(zhǎng)度為L(zhǎng)的直導(dǎo)線，置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻外磁場(chǎng)中，則導(dǎo)線受到的安培力的大小為f=IBLsinα，式中α為導(dǎo)線中的電流方向與B方向之間的夾角。

左手定則確定安培力的方向

將這個(gè)原理應(yīng)用到電磁彈射中，如下圖所示，帶動(dòng)飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的牽引導(dǎo)體位于兩條通電的軌道中間，軌道周圍產(chǎn)生一定的磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)和電流的作用下，牽引導(dǎo)體即可帶著飛機(jī)沿軌道方向彈射加速起飛。

電磁彈射原理

電磁彈射裝置

說(shuō)了這么多，蒸汽彈射和電磁彈射到底哪個(gè)更好呢？我們看一個(gè)表，

從表中可以清楚地看到，電磁彈射相對(duì)于蒸汽彈射，能夠提供更大、更穩(wěn)定的加速度，能適用于更廣闊的質(zhì)量范圍，有著遠(yuǎn)高于蒸汽彈射的能量效率，系統(tǒng)體積和質(zhì)量也更小......優(yōu)點(diǎn)太多了！

但是電磁彈射也有它的缺點(diǎn)。第一就是貴，拿美國(guó)福特號(hào)航母來(lái)說(shuō)，其上的電磁彈射器就花了數(shù)億美元，還不包括后期維護(hù)等等。其次，就是電力需求量巨大，之前國(guó)外專家普遍認(rèn)為，如果不是核動(dòng)力航母，其電力系統(tǒng)根本不足以維持電磁彈射器的使用，但是，我國(guó)動(dòng)力與電氣工程專家馬偉明院士，發(fā)明了中壓直流綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)，并運(yùn)用在福建艦的電磁彈射系統(tǒng)上，比美國(guó)的中壓交流更高級(jí)也更可靠！

馬偉明院士

• 難題2：艦載機(jī)的降落

我們印象中的機(jī)場(chǎng)一般都有長(zhǎng)約一公里的跑道，為的就是給飛機(jī)的起飛和降落留下足夠的加速和減速距離，但是咱航母甲板也就300來(lái)米，起飛能依靠彈射，那降落呢？

答案就是——攔阻索

攔阻索

攔阻索，也可以叫阻攔索，是布置在航母降落甲板的金屬線繩阻攔裝置，一般有4-6條，當(dāng)艦載機(jī)以200-300km/h的高速降落在甲板上時(shí)，其尾部的掛鉤會(huì)鉤住阻攔索中的某一條，隨后飛機(jī)將會(huì)在2-3s的時(shí)間內(nèi)完全停下。

就是這樣一個(gè)看似簡(jiǎn)單的裝置，全世界目前只有英、美、俄、中國(guó)可以自主生產(chǎn)，其難點(diǎn)在于：攔阻索不僅要承受重達(dá)數(shù)十噸的艦載機(jī)以200-300km/h的速度的沖擊，還需要具有超強(qiáng)的抗疲勞能力，這就對(duì)攔阻索材料的強(qiáng)度和韌性提出了極高的要求；同時(shí)，與之配套的液壓、電磁緩沖裝置也是十分令人頭痛的難點(diǎn)，但在我國(guó)技術(shù)人員的努力下，皆不是問(wèn)題！

除了攔阻索以外，航母飛行甲板表面材質(zhì)也有很大的學(xué)問(wèn)。

如果仔細(xì)觀察，不難發(fā)現(xiàn)，航母甲板表面不能說(shuō)十分粗糙，只能說(shuō)是坑坑洼洼，咱要是擱這光著腿摔上一跤，嘿！波棱蓋兒都得禿嚕皮兒了~~

航母粗糙的甲板表面

怎么回事兒呢？原來(lái)咱為了防滑，專門給甲板表面弄了特質(zhì)的褶皺狀涂層，需要保證飛機(jī)輪胎和甲板之間的摩擦系數(shù)在0.7-0.9甚至更高。您想想，艦載機(jī)起飛和降落那么大的加速度，終究是幾個(gè)小小的輪子帶著跑，如果輪胎打滑，就別想飛得起來(lái)了。另外，咱的甲板還得抗高溫（抵抗飛機(jī)尾部火焰）、耐腐蝕（抵抗海水腐蝕）、高韌性（抵抗降落沖擊不變形）等等，這小小的甲板圖層居然也會(huì)這么復(fù)雜。

但奈何有的人他不信這個(gè)邪[手動(dòng)狗頭]，前些年，咱的友好鄰邦印度，搞了一艘名叫“維克蘭特”號(hào)的航母，拍了照片大肆宣傳，如下圖，各位發(fā)現(xiàn)什么不對(duì)勁了嗎？

問(wèn)題就在這個(gè)甲板上，太亮了!

印度媒體甚至還嘲諷中國(guó)航母的甲板不平整，咱就笑笑，不說(shuō)話~幸運(yùn)的是后來(lái)意識(shí)到不對(duì)的印度朋友還是及時(shí)糾正了這個(gè)錯(cuò)誤，避免了投入使用后鬧出更大的笑話~

• 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)然，航母在設(shè)計(jì)、建設(shè)、使用的過(guò)程中所碰到的困難遠(yuǎn)不止以上幾條，比如骨架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、艦載機(jī)的可折疊機(jī)翼等等等等。。。

但是，既然咱已經(jīng)能自主設(shè)計(jì)、制造世界先進(jìn)水平的航母了，說(shuō)明這些問(wèn)題在我大中華智囊團(tuán)的手下，都不再是問(wèn)題。為了解決它們，一個(gè)又一個(gè)默默無(wú)聞的科學(xué)家、工程師曾前赴后繼，付出了幾十年的心血汗水，才讓堅(jiān)固的移動(dòng)堡壘巍然于海面之上。

如習(xí)大大所說(shuō)：“真正的大國(guó)重器，一定要掌握在自己手里。核心技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)，化緣是化不來(lái)的，要靠自己拼搏”，從福建艦的下水來(lái)看，現(xiàn)在我們做到了，日后，看到這篇文章的你，也一定可以做到。