馬世強

“掠奪者”艦載攻擊機是由英國布萊克本公司為皇家海軍研制的。該機性能優(yōu)異，在英國皇家海軍中服役了數(shù)十年，而其生產(chǎn)商卻沒有這么好的運氣。在英國航空工業(yè)的整合大潮中，布萊克本公司被并入霍克-西德利公司，最終后者也與英國飛機公司合并成了現(xiàn)在的英國宇航公司。

英國航空工業(yè)的興衰得失自有他人評說，這里主要為讀者朋友介紹一下“掠奪者”的獨特之處。

“掠奪者”（Buccaneer）是20世紀50 年代中期出現(xiàn)的一種非常有特色的艦載攻擊機，在艦上的起飛重量高達20噸。在二戰(zhàn)剛結(jié)束的幾年間，這么大的起飛重量可以說是一個不小的奇跡。因為當時同類型的陸基作戰(zhàn)飛機，起飛重量也沒有幾種能超過這個重量。該機可在機內(nèi)掛載1枚核彈，在60米高度以馬赫數(shù)0.85的速度飛行，作戰(zhàn)半徑不低于740千米，總載彈量1800千克。

“掠奪者”在設(shè)計上也頗具特色。例如，為降低著艦速度引入了“襟翼吹氣”（或稱“附面層控制”）系統(tǒng)，將10%的發(fā)動機壓氣機氣流引導到機翼前緣，以及襟翼和副翼的上方，甚至引導到T形布置的水平尾翼下方。該機除了在兩側(cè)翼下各布置兩個掛架外，還擁有一個內(nèi)部彈艙，可容納4枚450千克炸彈或1枚核彈。該機采用了旋轉(zhuǎn)式彈艙艙門，將航彈直接掛載在艙門上，這不僅簡化了武器投放程序，而且方便了彈藥裝載和日常維護。

該機外形上的最大特點，是采用了當時新興的“跨聲速面積律”氣動設(shè)計方法。這使得機身多處出現(xiàn)流線凸起，并使得機身中部出現(xiàn)明顯的蜂腰，在后機身上則出現(xiàn)“迅速增肥身段”，不得已采用類似“可樂瓶”的大型尾錐形狀收尾。為了適應航母升降機的尺寸限制，除了機翼可以折疊外，機頭錐也可以向左后方折疊。尾錐分成兩半，打開時既可以作為可調(diào)式減速板，又可在航母上減少機身長度。這幾處折疊也是獨一份。

說了這么多的特點，你一定會同意“掠奪者”確實是一架獨具特色的艦載飛機吧。不過要說真正的特色，則是“掠奪者”在彈射方式上的與眾不同。

當時，由于剛研制成功的BSX-2蒸汽彈射器功率有限，用來彈射起飛重量達20噸的“掠奪者”有些費勁，航母不但要以最大速度迎風行駛，飛機本身也要開足馬力。就是這樣，“掠奪者”也會在離艦瞬間出現(xiàn)下墜現(xiàn)象，這對安全十分不利。因此，英國人獨出心裁，讓“掠奪者”在彈射時呈抬頭狀。這樣，在飛機被彈出甲板時就可以獲得一個比較好的起飛迎角，讓機翼在離開甲板時就能獲得充足的升力，避免了原先彈射時飛機在離艦后一段時間內(nèi)的下墜趨勢，極大地改善了該機的起飛安全性。從“掠奪者”起飛時的視頻可以看出，在彈射時，掛索員先用彈射拖索把飛機與彈射器拖曳滑塊連接，然后再連接上尾部的制動索。這根制動索不是固定在甲板上，而是連接在一個液壓裝置上。連接好制動索后，這個液壓裝置會向下拉制動索，進而使機頭抬起，這樣就使得“掠奪者”前機輪高抬，機翼處于最佳迎角處，并且這種姿態(tài)將一直保持彈射離艦。

有些讀者在看到附圖后可能會產(chǎn)生疑問：讓飛機在彈射離艦時保持抬頭的好處不用解釋，制動索與后機身連接后，下拉前機身肯定會讓前輪離開甲。只是彈射開始后，后面的制動索已經(jīng)斷開，強大的彈射力應該讓前機身低頭才對，怎么可能會一直保持抬頭狀態(tài)？

從彈射過程看，彈射拖索是斜著向下牽引機身，按照物理原則，肯定有一個垂直向下的分力向下拉機身。在主起落架的支撐下，機身在彈射拖索的拉力作用下，就會產(chǎn)生一個“低頭”力矩。在彈射前有制動索的反向作用，機身會保持抬頭姿態(tài)原來是巧妙地利用了物理上的杠桿原理和慣性原理。當我們確定“掠奪者”在彈射時的受力狀態(tài)后，就可以很容易地運用杠桿原理及慣性原理來解釋該機的抬頭彈射。當牽制索被彈射力拉斷后，“低頭”力矩馬上就會起作用。另外還有主機輪與甲板之間的滑動摩擦力，這兩者都會讓機體前傾，“掠奪者”是怎樣實現(xiàn)這種抬頭彈射呢？

產(chǎn)生疑問是很自然的，在電視節(jié)目中有杯下抽紙的表演，沒有物理知識也會感覺不可思議?！奥訆Z者”之所以能采用這種彈射方法，原來是巧妙地利用了物理上的杠桿原理和慣性原理。當我們確定“掠奪者”在彈射時的受力狀態(tài)后，就可以很容易地運用杠桿原理及慣性原理來解釋該機的抬頭彈射。

飛機在彈射時既然是加速過程，則慣性在這里也就起到了反向力的作用，向前的加速過載是多大，向后的“慣性力”也就有多大。另外，還有彈射鉤的位置與眾不同，正是這兩個原因讓“掠奪者”能以抬頭姿態(tài)飛離甲板。

一般而言，飛機彈射時受到的作用力可以分解為水平方向上的推力（彈射力牽引加發(fā)動機推力）及阻力（慣性力加主機輪摩擦力）。機輪摩擦力是向后的，雖然不大，但由于遠離機體重心，可以認為其力矩對飛機起飛時的姿態(tài)影響不容忽視，而且這是分析“掠奪者”起飛原理的一個主要因素。為便于理解，我們可以把機體重心到主機輪的距離看成是一個杠桿，機體的“慣性”與機輪的摩擦力從杠桿兩頭作用于這個杠桿，而推力則是從這兩力靠近“慣性”力的某點處作用于杠桿?！奥訆Z者”能否始終以抬頭姿態(tài)完成彈射飛離甲板，就要看這三個力是否在杠桿上保持平衡。這關(guān)系有點像用秤桿稱貨，手提秤桿，所稱貨物與秤砣壓兩頭， 既然稱貨物能保持平衡，那“掠奪者”以抬頭姿態(tài)飛離甲板就不難理解了。

說到這里還是會有讀者質(zhì)疑：稱貨物還有個調(diào)整秤砣甚至變動提索位置的過程，而“掠奪者”怎么可能在起飛過程中“調(diào)整秤砣”，難道是要現(xiàn)場調(diào)整飛機的重心或彈射掛索位置？

很顯然，在起飛時調(diào)整重心不現(xiàn)實，也不可能調(diào)整掛索位置。在彈射起飛過程中存在著太多的變量，無論是起飛重量還是翼上掛彈的種類及數(shù)量，都會有差異。一般而言，慣性力通過重心，不會對機身產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，也就不會對機身的穩(wěn)定有什么影響。但在彈射推力與機輪摩擦力的參與下就有了作用，而且這個力還與加速度及起飛重量有密切關(guān)系。因此簡單地用上述的“秤砣秤桿”來形容是不夠的。說明了原理還存在疑問，顯然是前面的解釋還夠充分。

實際上，對于“掠奪者”的抬頭彈射來說，這種彈射過程還真的能自動起到“調(diào)整重心”作用。其主要原因就是因為連接彈射拖索的掛鉤是在機體重心的前下方，正是這種位置的設(shè)計讓自動“調(diào)整重心”成為可能。

在彈射技術(shù)發(fā)展的初期實踐過程中人們就發(fā)現(xiàn)，在飛機彈射起飛時，由于彈射使飛機突然受到巨大的牽引力作用，機體會在制動索斷裂后的瞬間出現(xiàn)不同程度的上仰或下俯現(xiàn)象。這是因為彈射牽引力沒有通過飛機重心，而是與重心有較大偏離。巨大的彈射力讓飛機承受高達幾個g的過載，而力的作用線如果不是通過重心，就會對機身產(chǎn)生力矩，使其具有轉(zhuǎn)動加速度。這就是為什么會有瞬間上仰或下俯現(xiàn)像出現(xiàn)。為了獲得平穩(wěn)的彈射過程，機體上掛彈射拖索的彈射鉤位置在設(shè)計時就得注意，最好是能讓彈射力通過機體重心，或者是偏離的不太遠。

飛機的重心其實也是一個能在機體確定位置范圍內(nèi)可以移動的變量，與每次飛行的外掛物及內(nèi)油量等狀態(tài)有關(guān)。有時可能靠前一些，有時也可能會靠后，另外還有上下變動的特點。不過就彈射來說，機體重心出現(xiàn)不多的前后上下及左右的變動并不要緊。由于彈射鉤處于離重心不遠的前下方，在彈射過程中機體角度的細微變化將會使彈射力作用線向重心靠攏，造成的轉(zhuǎn)動力矩迅速減少。也就是說，這個過程是一個力矩變化呈現(xiàn)收斂的過程，不影響彈射的安全性。如果仔細觀察拖索彈射飛機起飛過程的視頻，我們會看到：艦載機在彈射時往往會“虎軀一振”，或多或少地會有一點上仰或下俯現(xiàn)像出現(xiàn)。毫無疑問，通過上面的解釋可以想象，“掠奪者”也是依靠彈射鉤位于飛機重心前面能形成收斂力矩變化才實現(xiàn)抬頭的穩(wěn)定彈射。

早期螺槳艦載機采用拖索彈射，由于有機首螺旋槳的限制，彈射掛鉤的位置往往偏下偏后，彈射時容易出現(xiàn)抬頭現(xiàn)像。噴氣式飛機上艦后普遍采用了前輪拖曳彈射，相對于拖索彈射，其彈射力作用點相對于重心更靠前，因此機體在彈射時表現(xiàn)出明顯的前傾。

喜歡鉆牛角尖的讀者也許還會提出這樣的問題：蒸汽彈射器的彈射特點是“開始力氣大，到了汽缸未端不遠處就會有氣無力”，因此彈射加速度是不斷下降的，這將導致“掠奪者”彈射開始時的平衡被打破；如果不加約束，在發(fā)動機推力作用下，“掠奪者”很可能在離開甲板前前輪就會觸及甲板了。可以說這種分析也有道理，但實際情況并非如此。首先，當時英國航母上的BS-5彈射器彈射行程相對較短，只有61米，不是美國C-7彈射器的81米，所謂的“開始力氣大后面力氣小”現(xiàn)像并不嚴重。其次，該機發(fā)動機的推力最大也就剛超過10000千克力（98千牛），彈射器起到的未端加速作用仍然是發(fā)動機的5倍以上。另外，在彈射未端由于機體相對于氣流的速度增加，尾翼上的向下力矩也在增大，完全可以抵消彈射過載降低引起的下傾角速度。還要考慮彈射過程中雖然加速度下降，但也還有下降后作用力矩增加來修正機首下傾的因素。

也許有人還會產(chǎn)生這樣的想法：既然彈射鉤設(shè)計位置的與眾不同，能讓“掠奪者”抬頭彈射，那么該機如果是采用常規(guī)不抬首彈射起飛，是不是也有可能會在彈射力及“慣性力”的雙重作用下，在彈射加速過程中抬起頭來？從力學的角度看，這種可能性還真存在。從艦上作業(yè)的角度分析，如果真要這樣做還能節(jié)省一道手續(xù)，只是在彈射開始后機身會突然出現(xiàn)抬頭。這個抬頭也有“慣性”，因此會出現(xiàn)抬頭過度的情況。而彈射鉤位于重心前的設(shè)計特點又會產(chǎn)生底低頭力矩，這樣機首上下擺動不利于安全起飛，而且突然抬頭在心理上也不容易被人們接受。不過話說到這里就屬于鉆牛角尖了，再分析必要性不大了。

采用這種抬前輪彈射方式也不僅僅局限于“掠奪者”攻擊機，在英國的早期艦載機中還有一種機型采用過這樣的起飛彈射方式，但很快就退役了。實際上，“掠奪者”采用這樣的彈射起飛方法其實也是迫不得已：當時的航母上彈射器的行程短，“掠奪者”不采用就不能安全起飛。相對于常規(guī)的彈射方法，這種抬頭彈射增加了一個抬機身的步驟，彈射時看上去很壯觀，但步驟增加多少讓人們感覺不安全。另外，抬頭彈射意味著發(fā)動機的推力也有向下的角度，會損失加速的推力，還有發(fā)動機噴流燒蝕甲板的缺點。因此，這一獨特彈射方法也只有“掠奪者”這樣的早期艦載機使用。英國皇家海軍在隨后的艦載機設(shè)計中采用的增加前輪支柱的辦法來解決彈射器功率不足的問題，如仿制的F-4K艦載機的前起落架竟然高達2米。

應該承認，這樣的起飛方式毫無美感，遠不如“掠奪者”的抬頭起飛看上去壯觀。雖然這種起飛方式消失了，但“掠奪者”將以這種彈射方式為其獨特設(shè)計為標志永存于航空史中。