中國航母艦載機/配套起降設施

網路上出現的中國J-15戰鬥機 圖片,構型明顯仿自俄羅斯SU-33。此時機身尚未進行塗裝,機尾的捕捉鉤清晰可見。

一架殲-15正準備降落在遼寧號的甲板上。這是殲-15最初期的著艦測試階段,尚未進行塗裝,

機身多處漆有圓型標示,用於起降動作後測量各部位的形變。

另一張J-15戰鬥機圖,此時該機已經塗上中國海軍航空隊塗裝。

在2012年11月下旬,中國官方媒體正式公布J-15戰鬥機成功在遼寧艦成功進行起降測試的消息

。此照片攝於2012年11月23日,是當天降落的第一架J-15(機號552)。

在降落測試中,J-15的尾鉤鉤住了攔阻索。

在遼寧艦上,一架J-15剛降落艦上並被攔截索截停。圖中可看到尾鉤正拉著攔截索。

兩架進行起降測試用的J-15,正處於機翼折收狀態。

測試中,一架J-15正準備起飛,後面的擋焰板已經揚起。

J-15正從遼寧號艦首的滑跳甲板起飛。

(上與下)J-15由遼寧號起飛的組圖。

在陸上基地的殲-15。

2015年12月下旬,中國海軍微博公布遼寧號的航母船艦、機隊聯合訓練畫面。畫面中降落甲板的J-15攜帶了空優武裝,

包含短程與中程空對空飛彈。

(上與下)J-15觸艦複飛。

2015年12月下旬,中國電視新聞上公布遼寧號的航母船艦、機隊聯合訓練畫面。

此時甲板拖車正在拖曳一架直-9救援直昇機。

(上與下)一架J-15在遼寧號著陸瞬間。

(上與下二張)遼寧號起降甲板上殲-15戰機調度作業的場景。

一架殲-15戰機降落遼寧號瞬間,攝於2017年7月初

一架殲-15戰機降落在遼寧號上,攝於2017年7月初。注意該機攜帶兩枚模擬反艦導彈的籌載。

一架直8運輸/救護直昇機從遼寧號起飛。注意近處的殲-15戰機機翼下掛載模擬反艦導彈的籌載。

殲15電子戰型原型機在2018年4月24日首次試飛成功。

大型的直8反潛型系列是中國航母主要的反潛直昇機。此為直18反潛型,機體兩側各掛載一枚魚雷,

機負有吊放聲納開口,機尾有許多聲納浮標發射口。

(上與下二張)直18反潛直昇機。直18由直8改進而來,更新了發動機、螺旋槳與傳動系統等,

並將原本直8的船型底改為平底。

中國海軍的直18運輸型,用於航母與岸上基地間的交通運輸往返。

 

(上與下)由直18衍生的中國國產空中預警直昇機,機體後艙搭載的是預警雷達天線

,處於折收狀態。此照片應為原型機。

 

一架停在遼寧號甲板上的直18預警直昇機。

從後方看直18預警直昇機,可以看到機尾雷達艙口。

在2000年代,西安飛機公司以該公司運-7渦輪螺旋槳飛機為基礎研發艦載預警機,此為早期實驗的「JZY-01驗證機」

的模型照片;注意主翼可折疊,水平尾翼上有四片垂直尾舵(用來減少單一垂直尾翼面積,以適應航空母艦上緊湊的

空間),機背上有一個盤型雷達罩,這些特徵都與美國E-2C艦載預警機類似。中國第一代艦載預警機就是以

「JZY-01驗證機」為基礎繼續開發,據說前機身外型將更加流線化,背部安裝與空軍空警500(KJ500)類似、結合

三面固定式主動相控陣雷達的外罩,發動機可能是渦軸六C(WJ6C)的改進型,採用八葉片螺旋槳。

(上與下)2009年10月在網路上曝光的武漢(黃家湖附近)地面 的全尺寸航空母艦訪真設施,其甲板佈局、艦島構型都與

瓦良格號一致,咸信是用來做全艦電磁兼容性或佈局等測試。注意這個模擬設施的後方甲板上,停放若干模擬艦載機。

 

在2016年7月底,網路上出現武漢的地面航母設施(原本是用於模擬瓦良格號佈局)展開了大改造,拆除前部

滑躍甲板,艦島開始大規模改造。這是中國發展第一艘彈射起飛型航母(第二艘國產航母,003型)的預備工作。

(上與下)在2018年3月下旬出現的「航母樓」照片,此時改裝工程已經大致完成。在這次改建工程中,原艦橋頂上

設置了一座面積更大的艦橋(顯然是003型航母的艦橋設計),向飛行甲板方向延伸。艦島頂部設置類似055導彈驅逐艦的

集成式桅杆,甲板上也有固定翼艦載預警機的全尺寸模型。

在2016年9月中旬出現在網路上的彈射型J-15戰機照片,注意鼻輪前方多了配合彈射器的掛鉤。

在2016年11月出現在網路上的中國靠近渤海灣的興城、疑似彈射器地面測試設施的照片。

左側可能是中國開發的電磁彈射器。

在2016年11月出現在網路上的中國航母彈射器的地面測試設施,可以看到有地面上有殲16戰鬥機停放於此。

在2017年7月初,網路上出現中國進行艦載機彈射地面測試的照片,據信是電磁彈射器。

畫面中,殲15戰機的鼻輪有彈射器掛勾,畫面左下角是彈射器的甲板控制室(外觀與

美國航母的蒸氣彈射器控制室類似)

 

 

──by captain Picard

 


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殲15戰機

中國海軍第一種實用化的艦載戰鬥機──殲15,是中國仿自俄羅斯SU-33艦載戰鬥機。

俄羅斯本身的庫茲涅索夫海軍上將號配備蘇霍設計局開發的SU-33艦載戰鬥機,這是SU-27的艦載衍生版 ;從1982年起,俄羅斯便以加裝尾勾的T-10原型機在烏克蘭境內的測試設施進行滑跳起飛測試;第一架功能完整的T-10K-1原型機從1984年起由俄羅斯共青團飛機工廠(KnAAPO)建造,1987年8月17日首度試飛 ,而第二架更為完整的T-10K-2原型機則在1988年完成。在1989年11月1日,第一架SU-27K首次在庫茲涅索夫海軍上將號航空母艦上降落,這是蘇聯歷史上首次軍機以阻攔索方式的常規航母降落。共青城隨後開始制造蘇-27K預量產型,到1990年時製造出8架,其中一架用於地面靜態測試,其他7架預量產型SU-27K則進行國家試飛作業,首先在1991年3月前往烏克蘭境內的尼特卡基地進行陸上試飛,然後在1991年9月登上庫茲涅索夫海軍上將號號進行上艦測試。SU-27K原訂在1992年投入量產,首批訂單為24架,用於 裝備庫茲涅索夫海軍上將號;然而,1991年底蘇聯解體,俄羅斯在財源匱乏的情況下,SU-27的最終定型與生產作業幾乎無以為繼(原訂的Mig-29艦載版的研製則完全取消)。幸好,由於1990年代初期蘇聯與中國的軍事技術 交流恢復,中國在1990年向蘇聯訂購了首批26架SU-27戰鬥機,這些中國資金使SU-27K艦載機的生產作業勉強得以進行。SU-27K在1993 年開始交付,全部24架於1994年8月生產完畢,此時蘇霍設計局正式將SU-27K改名為SU-33。

與SU-27相較,SU-33配備了一對前翼來增加升力,主翼能折疊來節省空間,此外也強化了機體結構來應付激烈的航母起降 ,此外武器掛架、航電射控也有諸多改進變更,整個細部結構與SU-27差異甚大。SU-33主要任務是艦隊防空,而攻擊任務則由Su-25UTG/UBP攻擊機 專門負責,因此SU-33設計時並未一併考慮對地武器以及配套的射控系統。

由於俄羅斯只購買配備庫茲涅索夫號的24架SU-33機隊 ,該機的生產線隨後便告關閉。 雖然俄羅斯在2010年代積極規劃,打算更新航空母艦兵力,不過其艦載機將是2000年代配合印度需求而開發的Mig-29K,不會重開SU-33的生產線。

網路上最早曝光的中國J-15艦載戰鬥機原型機試飛畫面之一。

網路上出現的J-15滑跳起飛照片。

攝於2012年7月初的照片,一架殲-15戰機全尺寸模型被吊上瓦良格號(後來正式命名為遼寧號)

的甲板進行測試。

根據外電消息,早在1990年代末期,中國就從烏克蘭購得一架存放在當地、構型完整的T-10K-3號原型機(SU-33的原型機),且先前蘇聯存放在烏 克蘭艦載機訓練中心的二至三套用降落尾勾都被中國買走 (這些東西可能是烏克蘭國防部以報廢品的名義向中國出售);由於中國先前在獲得俄羅斯授權生產SU-27戰鬥機之後,又逕自進行仿製與修改而成為J- 11,因此中國方面極有可能打算依樣畫葫蘆,參照SU-33實物,以既有的SU-27為基礎而推出中國仿製版SU-33。依照外界消息,這種仿製版SU- 33被稱為殲-15(J-15),由中國瀋陽飛機公司負責,從2001年開始立項發展 。 由於原版SU-33原始設計沒有考量對地/對艦攻擊武器,而目前中國似乎沒有另外為航空母艦張羅其他的對地攻擊機種,因此殲-15勢必也要將攻擊能力納入 設計之中。

在2006年下旬,就有外媒消息顯示中國與俄羅斯針對購買SU-33進行談判;依照部分消息,中國可能打算採購約50架左右的SU-33。 依照2010年初加拿大漢和防務評論的消息,中國的確曾與俄羅斯針對購買SU-33進行談判;依照俄羅斯方面表示,雙方對購買數量存在很大歧見,導致雙方 談判破裂。依照漢和引述的俄羅斯消息,俄羅斯堅持中國必須購買至少40架,才能重開SU-33生產線,但中國卻只要求購買7架,明顯是想拿來當作仿製的樣 品。由於俄羅斯在2000年代後期已經對中國多次擅自仿造俄製武器而表達強烈不滿,因此不會再給中國仿製的機會。

由於中國研發戰鬥機、發動機等相關基礎能力仍不夠堅實,且SU-33與SU-27細部設計差異甚大,以SU-33從研發到服役花費的時間與資源,俄羅斯方 面認為中國仿製SU-33的難度不低;然而,有「中國版SU-33」的J-15還是在2009年8月31日完成首次試飛,據說在2010年5月6日進行了 首次 地面滑跳起飛,同年7月8日完成第二次滑跳起飛,少量原型機試飛的照片在網路上曝光。隨後到2012年,越來越多標準圖裝的J-15戰機的照片在網路上曝 光。 在2013年8月底,中國國家主席習晉平視察遼寧並參觀瀋陽飛機公司的生產線,相關新聞顯示J-15至少已經展開小批量生產。

作為艦載戰鬥機,SU-33最大的立即問題就是體型過大且重量過高,其全長21.94m,翼展14.7m(機翼折疊後寬7.4m),機高5.93m,空重 18400kg,作戰重量29940kg,最大起飛重量33000kg。相較於SU-27,SU-33的空重與最大起飛重量大致都增加約2800kg,意 味籌載水平相若。SU-33佔用甲板的面積幾乎是美國F/A-18的兩倍,意味著一艘航母的甲板、機庫能搭載與操作的飛機數量受限,除非美國超級航空母艦 的體型,否則很難攜帶有效滿足作戰任務的數量。由於庫茲涅索夫級沒有彈射器,實際運用時無法讓SU-33以滿載油彈的狀態起飛,只能選擇輕武裝掛載或者重 武裝與少量燃料;依照實際操作經驗,SU-33以175m左右的滑跳跑道起飛,仍然有外載不足的情況。理論 上,庫茲涅索夫號航空母艦起飛跑道最大距離為195m(第三起飛點),能讓SU-33在負載13.3噸、起飛重量達31.8噸的情況起飛 ,俄羅斯也曾讓An-74運輸機在庫茲涅索夫號第三起飛點進行過一次起飛測試;但使用第三起飛點就會攔腰截斷降落區,使用時完全不能進行著艦相關作業,因 此並不實用 。更重要的是,相較於能將飛機帶到額定速率的彈射器,滑跳升空的情況將更多程度地取決於駕駛員技術、發動機狀況以及當時大氣的情況。庫茲涅索夫號測試重掛 載SU-33升空,只是一項實驗,而並非所有飛行員都具備試飛員般在極端狀況下操作飛機的技術,連續值勤造成的疲勞也會影響飛行員的表現與專注力;而長時 間連續使用後推力難免下降的發動機,也不一定能提供滿載滑跳升空所需的最大推力。除了起飛問題之外,SU-33過大的重量也影響降落;以庫茲涅索夫級的設 計,正常的最大降落重量為22.5噸,必要時能讓24.5噸的飛機降落,這意味著SU-33降落時能容許攜帶的油彈不多,可能必須拋棄在海面。

在規劃建成瓦良格艦的過程中,中國方面也發現當年蘇聯在SU-33定型之前就已經建造了瓦良格號,而瓦良格號建造階段時蘇霍伊設計局提供給蘇聯艦船設計單 位的SU-33機翼折疊後翼展是7.4公尺,瓦良格號的機庫與相關設施也據此規劃,但SU-33定型後機翼折疊的翼展卻增為8.4公尺,導致匹配不良,機 庫中實際上能裝載的機數比預期下降。據說中國發展航空母艦與殲-15艦載機時,也對這種情況有所討論,最後航空方面的601所/瀋陽飛機公司仍決定沿用SU-33定型後的規格,機 翼折疊後翼展維持8.4公尺,而這項變更沒有即時通知負責船艦設計的單位, 導致一些麻煩,之後艦船設計單位不得不又對機庫等設施進行若干修改,以配合殲-15這多出來的1公尺折疊翼展。評估之後,中國方面認為瓦良格號原始的55公尺長前部滑跳甲板已經對整體飛行甲板的容納與調度能力造成先天限制,由於滑跳甲 板注定不可能劃為飛機調度與停放的空間,對整體航空操作能力已經形成硬性制約;因此,就算設法搾擠機庫空間增加少許攜帶機數,實際效益也無法提高,所以原 始設計攜帶24架殲-15已經是最合理的配置。 殲-15艦載戰鬥機機翼展開後最大翼展14.7m,機翼折疊最大翼展8.4,,最大飛行速率2.17馬赫,最大作戰半徑1270km,最大載彈量6.5噸。

在2016年9月中旬,中國媒體報導此時在J-15戰機的降落已經實現由計算機自動控制,精確度高,使得艦載機的起降操作更為輕鬆容易,減輕了人員負荷。

殲-15的研製過程中,大幅改進了原有的機載電子設備,雖然提高了不少性能,卻也導致某個重大的總體指標降低,之後又費了一番功夫改進。

意外事故

在訓練過程中,殲-15也曾發生失事意外導致飛行員傷亡。

在2016年4月27日中午,中國海軍某地面艦載機訓練基地,由艦載機飛行員張超駕駛的殲-15戰鬥機進場落地前夕(模擬艦載機着陸),飛機的電傳操縱控制突然故障;發出故障警報的時間為12時59分11.6秒,四秒鐘之後(約59分16秒),塔台指揮員連發三聲命令跳傘,此時張超啟動彈射椅彈射,但此時高度已經太低,飛機也已經失控所以角度不好,主傘無法打開,座椅也沒有分離,張超遂重重摔落在跑道邊的草地上身受重傷,送醫搶救無效而喪生。依照事故現場視頻和事後調查的飛行參數據表明,戰機電傳飛控系統失效後,張超立刻推操縱桿阻止機頭上仰,全力挽救飛機但無效,結果錯過跳傘自救的最佳時機,故障4.4秒鐘之後才彈射,為時已晚。此次飛行原本是張超上艦之前最後一趟陸基起降訓練,原本完成後就可以上艦飛行。這是中國官方公佈的第一起殲-15失事意外。張超身後被中國國家主席、中央軍委主席習近平簽署命令,追授「逐夢海天的強軍先鋒」榮譽稱號。

在2017年10月16日,中國中央電視台公布殲-15曾發生三起意外紀錄(其中兩次戰機失事),除了張超的事故之外,還有一起墜機事故發生在張超事故之前的20天;在2016年4月6日,中國艦載機飛行員曹先建駕駛殲-15戰鬥機在某機場進行飛行訓練時,在300公尺的低空時,飛機電傳控制系統出現故障,機頭急遽上揚,速度減小;危及時刻曹先建先進行緊急處置,加油門推桿防止失速來試圖挽救戰機,直至飛機撞地前2秒才被迫跳傘逃生,導致胸椎、腰椎、尾椎等多處爆裂性骨折;之後經過長達3個多小時的手術,曹先建打了6顆鋼釘,並有2塊鋼板被固定在他的腰椎上。經過419天住院,曹先建努力重返飛行線,並在2017年3月底恢復駕駛殲-15戰鬥機飛行,5月30日駕駛殲-15戰鬥機首次降落在遼寧號航空母艦上。

除了曹先建的事故外,中央電視台此次還公布2017年8月殲-15發生的一次鳥擊事件;海軍某團副大隊長袁偉駕駛殲-15起飛後便遭鳥群撞擊,致左側發動機起火,他順利降落,火勢也獲得控制,央視還公布了當時飛機上的畫面及救火畫面,並予以正面肯定。

在2018年7月初,日本媒體時事通信社報導,殲-15是中國購入烏克蘭的T-10K-3原型機進行仿製,而不是向俄羅斯尋求購買完整的SU-33技術(因為俄方報價甚高且限制很多),這導致殲-15的飛控等性能並不穩定,因而發生多次失事意外;依照台灣媒體的透露,殲-15至此已經有四架失事(未證實),而中國官方公佈的失事紀錄只有2016年4月6日曹先建以及4月27日張超的事故。台灣媒體「中國時報」在2017年8月甚至曾報導,殲-15生產30多架之後已經停產,中國可能發展後續的新機型來取代,不過此消息並未獲得證實。香港南華早報在2018年7月5日的報導中引述中國空軍副司令員張洪賀中將證實,中國正在研發取代殲-15的新一代航母艦載機。
 

艦載空中預警機

在2010年曝光的中國Ka-31預警直升機照片,機腹的旋轉搜索雷達處於折收狀態。

瓦良格號正進行直8直昇機的甲板起降測試。

除了艦載戰鬥機之外,中國也需要設法取得航空母艦使用的預警機。俄羅斯航空母艦配備的是從Ka-27直升機衍生而來的Ka-31預警直升機。在2006年4月28日,根據俄羅斯媒體報道,中國海軍向俄 羅斯購入一批兩棲作戰裝備和反潛航空機,包括40架用於傘兵空降作戰的Ka-29直升機,以及20架裝有無線電定位導航系統、可用於偵察作戰的Ka-31 預警直升機,以及15架最新式的貝里耶夫B-200型水/陸兩用反潛機。在2010年下旬,解放軍海軍購入的Ka-31預警直升機飛行照片在網路上曝光,外界一開始認為這是中國航空母艦的第一代艦載預警機種。 然而,中國以直18直昇機(直8系列的深度改良型)為平台發展空中預警直昇機,成為遼寧號實際上採用的預警機種,機上配備中國國產雷達以及資料傳輸、處理等系統。

2011年5月出現的中國疑似艦載預警機原型的飛行照片。

2012年7月在網路上出現的疑似中國固定翼艦載預警機原型機的照片

,機首漆上「JZY-01驗證機」的字號。

疑似艦載預警機原型機的機尾,四片舵面的構型與美國E-2艦載預警機類似。

另一張疑似艦載機預警機原型的照片,圖中的尾舵只出現左、右兩個舵面,

可能現階段中國測試幾種不同構型,或者只是居中的兩個舵面尚未安裝。

在2011年5月,網路上又有在南京軍區中國海軍航空隊機場裡,拍到一種疑似艦載固定翼預警機的照片,機尾水平翼上有四片 垂直尾舵(用來降低單一垂直尾翼翼面的面積,以適應航空母艦上狹小緊湊的空間),機背上設置一個盤型雷達罩,許多特徵與美國E-2C艦載空中預警機類似 ,這是中國發展固定翼艦載預警機的重要跡象;隨後,網路上又出現此種預警機的飛行照片 ,而近距離的清晰照片也從2012年7月左右陸續開始在網路上流傳,機首漆上「JZY-01驗證機」的字號。這些疑似中國艦載固定翼預警機的照片中,機體明顯是 中國西安飛機公司生產、仿自前蘇聯An-12的運-7(Y-7)雙螺旋槳中短程運輸/客機(1982年定型量產,其後多次推出後續改良型號);而在 2013年中一航/西安飛機公司的對外宣傳中,也聲稱在研發一種列為「重點工程」的運7改型飛機,很可能指的就是此型預警機。

以2000年代推出的運-7-200A型(換裝新發動機、螺旋槳來改善性能與油耗,機體延長1m以增加籌載量,全面更新航空電子,改善舒適性與過去為人詬 病的噪音問題等)為例,機體全長24.708m,機高8.853m,翼展29.2m;與美國E-2C相較,運-7-200A型的翼展多出4m,機身長度多 出6.7m,機身高度多出3. 3m,這個尺寸對於艦載預警機而言仍嫌過大。然而,現階段中國手中也沒有更適合的平台,只能透過縮短機體、改用類似E-2的四片式尾翼(將垂直尾舵面積分 散到多個舵面上,使單一翼面積縮小,降低機體高度)或採取折疊機翼等手段,使之盡量符合航空母艦的操作條件。依照網路上的照片顯示,作為預警機平台的運- 7衍生型,機體長度的確比原本型號縮短,主翼也有變更 ,機翼後部襟翼部位寬度增加,翼展似乎稍有縮減。

由於固定翼預警機需要彈射器才能 有效操作,因此即便此機型研發進度順利,能配屬於遼寧號的希望也不大 ,所以除非中國的固定翼預警機擁有大推力的特殊設計(前蘇聯解體前開發中的Yak-44艦載預警機採用推力超過美國E-2C一倍的發動機,可能就是打算能使用滑跳甲板直接升空; 考量到中國發動機技術較為落後,因此可能性不高),否則只能部署在中國後續建造的彈射型航母(003型起)上。

依照2018年7月初在網路上出現的照片,中國「海上預警機平台關鍵技術驗證機強度驗證機」在2009年8月13日舉行交付儀式。

一張對西安飛機公司停機坪的空拍圖,圖中右側為運-7飛機,左側即是預警機原型機。

由此可發現預警機原型機的機體長度縮短,使用四片式尾翼降低機體全高,主翼外型也有變更。

在2017年1月底,網路上出現一張照片,武漢黃家湖的航母佈局設施上出現一架

種構型類似美國E-2的艦載預警機全尺寸模型,這證實中國在發展彈射起飛的

固定翼艦載空中預警機。

攔阻索系統

一架剛被攔阻索截停的殲-15。出自2015年12月底的新聞視頻。

除了艦載機本身之外,艦載機起降所需的配套設施,也攸關遼寧號何時具備完整的起降操作能力。 攔阻索涉及機械、電機、液壓等諸多複雜機電技術,相關機械與鋼纜需能長時間連續承受艦載機降落時、來自機尾鉤的強大衝擊力和拉扯力,在短短不到兩百公尺內 將降落時速高達300公里的艦載戰鬥機截停,對於攔阻鋼纜的硬度、韌性和抗疲勞能力造成嚴厲的考驗。此外, 攔阻索在攔截飛機時還需要揚升至特定高度,使之能被戰機機尾捕捉鉤有效捕獲,但又不至於太高而造成戰機偏向甚至損壞,因此其中需要一套攔阻索支撐系統。攔 阻鋼纜堪稱是消耗巨大的品項,美國航空母艦的攔阻鋼纜平均使用約一百架次降落就更換,而美國航空母艦一天的降落架次往往就不止這個數字 ;攔阻索系統實際操作發生的故障中,攔阻索斷裂就佔絕大多數。 依照中國方面在2011年7月傳出的未證實消息,中國到此時還無法自行生產合格的攔阻鋼索 。

依照外電報導,中國在2008年向烏克蘭購買四套與庫茲涅索夫號相同的攔阻索系統,推測將直接用於 遼寧號以及地面訓練設施,同時也很可能開始針對這種攔阻索進行逆向工程,以備將來仿製 ;烏克蘭手頭如果有存貨,可能是當年建造瓦良格號與烏里楊諾夫斯克號時遺留的庫存品,或者是用於NITKA的預備品,而烏克蘭本身沒有能力生產這類系統, 也沒有相關的技術。 而依照2011年11月漢和信息引述俄羅斯方面的消息,過去數年中國曾多次接觸俄羅斯唯一生產 攔阻索系統與飛機捕捉鉤的普羅列塔爾機械製造廠,希望能夠買至少四套攔阻索系統,而中俄雙方曾對此進行談判,俄方廠商對中方代表進行了技術簡報與展示,中 方並向俄方所取了相關的技術簡報資料;然而,之後俄羅斯方面傾向於不出售中國這類系統,除了因為俄羅斯 向來管制敏感性戰略技術(如航空母艦、核能潛艦、核子武器等)對中國的輸出之外,先前中國多次未經授權就擅自仿造來自俄羅斯或烏克蘭的俄製系統(例如從烏 克蘭取得的T-10原型機以及尾鉤來開發J-15),引發俄羅斯方面的不滿;如果俄羅斯出售完整的 攔阻索系統,中國勢必也會比照辦理 擅自仿製。無論能否從俄羅斯或烏克蘭取得技術,對於任何重要軍事裝備的關鍵技術,中國都會設法掌握關鍵技術並達成自主開發。

在2012年11月下旬遼寧號首度完成殲-15艦上起降測試時,中國開發攔阻索系統的相關消息也正式曝光,遼寧號的攔阻索系統都由中國製造 (據信由中國船舶重工704所研製)。依照解放軍報 報導,由於中國解放軍本身特種材料技術人才比較缺乏,相關研發單位特別從中國國內相關業界邀請三名專家進行現場的質量管控。而第三套 攔阻索系統出廠測試時,驗收的軍代室副總代表發現滑輪緩衝系統復位時有略微停頓的現像,隨即要求廠方重新檢查並找出原因,結果發現是液壓油缸有鐵屑殘存, 未來可能危害整套攔阻系統的運作與安全,於是在交付前夕即時排除了問題。中國國產的 攔阻索系統經過上千次陸地測試後,性能才逐漸趨於穩定並裝備於遼寧艦上。

 

訓練用地面設施

前蘇聯時代在烏克蘭克里米亞半島建立的NITKA航母訓練設施空照圖,右側 跑道上

有一個滑跳起飛台,而左側則是一個著艦降落區。

NITKA著艦降落區空照圖。

俯瞰NITKA著艦降落區,設置有幾道攔阻索。旁邊停放的就是俄羅斯海軍的SU-33艦載機。

攝於NITKA基地的俄羅斯SU-33。注意旁邊就是滑跳起飛甲板。

NITKA的指揮塔台。

1前蘇聯的NITKA

除了航空母艦與艦載機之外,中國也花費很多心力考察前蘇聯時代的航空母艦訓練設施。為了配合建造庫茲涅索夫級這樣的傳統起降航艦,前蘇聯在1976年開始 在烏克蘭境內克里米亞半島建造「海軍艦載機飛行員訓練中心」(NITKA),在1982年投入使用,主要設施為一個功能完整的複製版航空母艦飛行甲板,包 含兩個角度分別為12度與14.5度的滑跳起飛台 (模擬航空母艦的跑道長為290公尺)、四條攔阻索、航跡標定器、無線電標定、光學輔助降落裝置與指揮控制設施等與航空母艦完全相同的起降設備(由於俄文 的滑跳起飛稱為Tramplin,因此這套滑跳起飛設施稱為T-1),能完整地模擬艦載機的起降與甲板調度操作。此外,這個基地還裝當年蘇聯 研究蒸汽彈射器的初期概念展示原型,準備用於烏里楊諾夫斯克號核子動力航母,為此還在基地下方挖渠道引進黑海海水進入彈射器的蒸餾鍋爐。

蘇聯解體後,俄羅斯海軍的艦載機單位繼續使用NITKA基地進行訓練,不過該基地歸烏克蘭擁有,俄羅斯需支付基地運作的費用,至2007年為每年200萬 美元(不過,只有俄羅斯境內的廠商有能力提供與維護NITKA基地的設施)。在1998年至2004年,由於烏克蘭與俄羅斯關係惡化,導致俄羅斯在這六、 七年間無法使用NITKA設施,而在2008年俄格戰爭爆發,烏克蘭由於同情格魯吉亞而再度關閉NITKA基地,作為對俄羅斯的抵制,直到2010年上旬 才恢復,然而烏克蘭國內則有強烈的聲浪,主張趕走俄羅斯海軍航空單位,將鄰近黑海、風景優美的NITKA基地設施關閉拆除,作為房地產與休閒旅遊的開發之 用。由於俄羅斯在1990年代財政匱乏,以及政治因素而在多年期間無法使用NITKA基地,種種因素導致俄羅斯從1990年代以來,僅訓練出30位能在航 母上起降的飛 行員,其中還包括12位各個飛機設計局的試飛員,只有18位是作戰部隊的飛行員。為了確保本國航母訓練工作不受制於外國,俄羅斯從2010年開始建造自己 的艦載機地面訓練設施,地點在亞述海埃斯科鎮(Eisk)的葉伊斯克海軍飛行訓練場,耗資約240億盧布(7.3億美元),約可2012年投入使用。

根據2008年12月8日美國媒體援引烏克蘭NITKA消息人士的一篇文章表示,中國在2006年10月首度派遣由海軍副司令率領的大型軍方代表團前往烏 克蘭,參觀位於烏克蘭南部港口城市敖德薩和塞瓦斯托波爾的海軍航空兵訓練中心,此外也包括NITKA訓練中心;在訪問期間,中烏雙方曾討論由烏克蘭協助中 國訓練海軍航空母艦飛行員的可行性。此後,中國工程師、飛 行員、海軍技術專家便頻繁造訪NITKA基地進行觀摩。此外,另有消息表示中國對NITKA的接觸早在2004年就開始了。此時,便有西方專家推測,中國 會仿照NITKA來建立自身的航母艦載機飛行員訓練中心;依照西方早期推測,中國的艦載機訓練中心最有可能設置在遼寧省葫蘆島的海軍飛行學院之下,因為 中國海軍的艦載直升機與岸基海軍航空隊的戰鬥轟炸機、運輸機飛行員都在海軍飛行學院訓練。在2010年上旬,消息傳出中國與印度都在向烏克蘭爭取使用 NITKA基地(俄羅斯海軍艦載機單位離開後,該基地將面臨閒置),並由烏克蘭代為培訓中、印的艦載機飛行員;不過實際上印度向俄羅斯購買Mig-29K 戰機來裝備維克拉馬地亞號(INS Vikramaditya)航空母艦,配合SU-33的NITKA基地需要調整諸多設施才能相容,而且印度與俄羅斯簽署的採購合約中已經包括由俄羅斯訓練印度飛行員(價值6000萬美元);而中國使用從SU-33原型機仿製的殲-15戰機,比較配合NITKA基地的設施。

依照烏克蘭本地媒體報道,中國和烏克蘭在2009年7月間簽署若干訓練協議,中國在2009年9月下旬派遣18名解放軍空軍軍官至烏克蘭哈爾科夫空軍大學 接受培訓,同時間還有至少三批中國技術人員抵達烏克蘭,進行航母模擬甲板自動化控制系統技術和地面維護系統的培訓,為期為期三個月,顯然是為培訓航母操作 人員與建造本身地面訓練設施做準備。依照漢和信息在2010年的報導,來自烏克蘭NITKA的人員表示,烏克蘭的確提供中國若干建造地面設施的協助,不過 主要在於協助中國瞭解地面設施構造並提供相關資訊,因為烏克蘭本身只負責維持NITKA的運作,而不涉及內部設備的技術;而中國則根據烏克蘭提供的 NITKA中心的資訊,來規劃自己的航母地面設施。

在2012 年以後,俄羅斯改以現金方式支付NITKA基地的租賃費用。在2013年4月,俄羅斯正式書面通知烏克蘭,將停止使用NITKA基地,主因是先前俄羅斯拒 絕烏克蘭調漲租金的要求,加上俄羅斯海軍航空艦載機部隊換裝Mig-29K戰機並在本國新造設施進行訓練。因此,在2013年11月,有消息傳出烏克蘭準 備立法,將NITKA基地改租給中國。然而隨後由於烏克蘭發生革命推翻親俄羅斯的亞努科維奇總統,俄羅斯在2014年2月下旬出兵併吞烏克蘭境內親俄羅斯且俄裔眾多的克里米亞,位於當地的NITKA基地遂回到俄羅斯的控制之下。

2.中國自建的艦載機地面訓練設施

2010年3月,西方披露中國在渤海興城菊花島建設大型海空基地,左上為包含航母起降設施的

雙跑道機場,右下為一個足以停泊航空母艦的大型深水碼頭。

菊花島基地的衛星照片,注意下方較短的跑道設有兩個滑跳起飛設施,上方

主跑道盡頭設有兩個著艦區。

菊花島基地南方短跑道北側的滑跳起飛區,此時正在施工,跑道中部設有類似折流板的設施。

菊花島基地南方短跑道滑跳起飛區的施工照片,注意旁邊設有24個機堡。

在2010年3月,外電根據Google Earth的衛星照片指出,中國渤海興城菊花島設置了一個大型海空綜合基地設施,地面上設置有一個雙跑道機場,其中較短的南側跑道設有兩個疑似滑跳起飛設施;而較長的主跑道盡頭各有一個類似航母著艦區的設施, 疑似布置了攔阻索 ,而機場西南角則有24座機堡。此外,此設施旁邊設有大型碼頭,能停靠航空母艦等級的大型船艦。此一設施顯然將用於未來中國航空母艦的訓練之用, 其規模等級與布置顯然參考了烏克蘭NITKA基地。

在2010年8月,根據西方Google Earth照片,中國在陝西省閻良機場新造了一條約300公尺的短跑道,跑島末端是一個向上翹起的斜台,這極有可能是簡易版的滑跳起飛模擬設施。

 

武漢黃家湖的「航母樓」
 

武漢地面模擬航母,基本上複製了瓦良格號1:1的艦面;注意甲板上有一架模擬的艦載直升機。

俯瞰武漢地面模擬航母

武漢地面航母設施的艦島構造,完全比照瓦良格號。注意後方設置一座346型相控陣天線。

武漢地面模擬航母艦島近照

在2009年10月,網路照片顯示中國在武漢黃家湖附近建立了一個模仿瓦良格號艦島(由水泥建造)與飛行甲板的全尺寸地面設施,包括艦艏的滑跳起飛甲板, 此時建造工作已接近完成;這個設施的艦島細節複製程度頗高,設置有桅杆與若干球型天線,艦島後部上面裝有一座與052C防空驅逐艦相同的346型相控陣天 線 ;此外,模擬的飛行甲板上,還出現一些用帆布遮起的艦載機 照片。顯然地,這是中國設計規劃遼寧號的全尺寸驗證設施,主要工作咸信是測試艦上電子設備的電磁兼容性等。

攝於2015年4月的武漢仿瓦良格號航母設施;相較於最初的面貌,此時艦島頂部的

相位陣列雷達塔經過改建擴大,換裝與052D導彈驅逐艦相同的346A相控陣。這是中國

根據遼寧號設計的第一艘國產航母的預備工作,也就是002型(仿遼寧號)。

隨著瓦良格號(服役後正式命名為遼寧號)工程完畢,這座位於武漢的「航母樓」被繼續用來進行後續中國航母的測試工作。在2015年上旬,照片顯示這座「航母樓」上層向控陣雷達結構經過改建,容積擴大(容納346A型相控陣雷達),這就是中國為第一艘國產航母(002型,模仿遼寧號並予以改良)的預備工作。在2016年7月,照片顯示「航母樓」再度變身,滑躍甲板被移除,艦島開始改建;在2017年1月,照片顯示「航母樓」甲板上出現一架全尺寸艦載固定翼預警機,因此此次改裝顯然是中國第一艘國產彈射型航母(003型)的預備工作。在2017年8月到9月,照片顯示「航母樓」的艦島大幅改裝,增建一個新的艦橋,容積擴大並向內側(飛行甲板方向)延伸,而頂部也出現了類似055導彈驅逐艦的集成式桅杆結構。

在2017年8月中旬出現的照片,此時黃家湖「航母樓」的艦島正在改建,增建一座面積更大

的艦橋並向飛行甲板方向延伸,頂部的結構也正在改建。

 

中國國產蒸氣/電磁彈射器開發工作

在1980年代中國購得澳洲墨爾本號航空母艦時,中國就仔細觀摩研究艦上的彈射器(該艦移交中國時並未被拆除) ;在1980年代中國的「891」航空母艦相關研製工程中,就包括關於蒸氣彈射器的基礎研究(此項目由中國船舶重工704所擔任),不過當時這項研究 隨著891工程下馬也就沒有後續,期間只進行了蒸氣彈射器理論方面研究,並未進入原型試作階段。此外,也有消息指出,中國在當時以殲-8IIG為基礎進行 艦載彈射器的論證,並在1987年4月進行了首次陸地彈射設施(可能是拆自墨爾本號航空母艦)的起飛,不過真實性有待查證。

 

(上與下)2014年11月,網路上出現一張中船重工704所的殲15模型的照片,

注意起落架與原本的殲15不同,前方加裝類似彈射器牽引鉤的裝置。

這是中船704所開發彈射器的重要跡象,而且顯示殲15仍會是中國海軍

第一種相容於彈射器的艦載戰鬥機。

在2014年11月,網路上出現若干J-15艦載機等比例模型,上漆有「中船重工704所」字樣,模型的前起落架出現配合彈射器的掛勾結構,起落架結構也 加粗。在先前891項目中,704所就是負責蒸氣彈射器的開發工作,因此這顯然是704所發展航空母艦彈射器的重要跡象;同時,也顯示即便最初使用滑躍起飛, 殲-15也會是中國第一種配合彈射器航空母艦的艦載機。

依照後續消息,中國航母研製計畫2000年代前期重新啟動後,與航母發展相關的若干配套設備也陸續立項或恢復研製,蒸氣彈射器 也在2005年獲得海軍批準並重新啟動,仍由中國船舶重工704所擔任,以1980年代末的研究結果為基礎。蒸氣彈射器於2010年在興城的實驗場地完成 掛鉤滑行試驗,2011年完成掛鉤起飛試驗。在中國第一艘彈射型航母(003型)在2011年底立項後的數年內,中國軍方增強對蒸汽彈射器研製項目的監管 力度,並要求確保進度按計劃完成,保證彈射型航母「後牆不倒」,顯示當時中國第一艘彈射型航母(003型)打算使用蒸氣彈射器。

在2015年9月16日,中國航空協會的第三屆馮如航空科技精英獎獲獎名單中,包括中航工業沈陽飛機設計研究所總設計師、中航工業集團公司首席專家王永 慶,相關敘述包括「參與並負責連續六個五年計劃的重大背景預研,參加了二、三代戰鬥機、艦載機、新型戰鬥機及特種飛機等多系列重點型號研制」,主要貢獻包 括「具體負責新一代飛機、艦載機預研,主持下一代飛機預研,奠定了型號應用和技術發展基礎設計並制定近10個新一代飛機總體布局方案,提出緊耦合三翼面布 局和機載系統設計指標體系,突破四代機頂層設計、總體綜合設計、高生存力設計等關鍵技術,研究成果獲省部級一等獎」以及「參與並負責艦載機總體設計、機艦 適配、彈射起飛攔阻著艦等十餘項課題,提出機艦適配性設計要求,突破艦載機總體方案設計、彈射起飛設計、起降動力學及起降特性設計等關鍵技術,研究成果已 應用於殲-15飛機和新機設計」。這是中國官方首次公開承認在研製彈射系統,並首先應用於殲-15艦載機;此外,也進一步透露瀋陽飛機公司正在設計殲- 15之後的更新一代彈射起飛艦載機。

中國發展電磁彈射器始於約自2002年開始,首先由中國工程院院士、海軍工程大學教授馬偉明少將領導的團隊自行研究, 在2006年完成論證報告,隨後由馬偉明的團隊自行籌資2000萬人民幣,在2008年完成電磁彈射器原理縮尺樣機的研製 ,隨後在2009年進行1:1全尺寸樣機的單元部件研製,在2011年完成全尺寸樣機。在2011年 下半,中國海軍正式立項研製航母用電磁彈射器,並立刻提供7億人民幣的計畫啟動資金。

由於首艘國產彈射航母(003型)在2011年底就完成立項報告與初步總體方案設計 ,當時電磁彈射器的主要規格尚未產生,因此一開始003型依照蒸氣彈射器的規格進行設計;不過在2017年7月,消息傳出中國當局似乎在慎重考慮修改已經工作了數年的003型航母設計工作,直接改用電磁彈射器,這顯示中國電磁彈射器的測試進度似乎相當理想。中國之後也規劃研製核子動力航母,電磁彈射器的發展進度完全能與之配合,因此估計日後中國國產核子動力航空母艦極可能直接使用電磁彈射器。

在2017年7月,網路上出現殲15戰機進行地面彈射器測試工作,極可能是電磁彈射器的第一次實機彈射試驗的相關工作。依照2017年10月上旬解放軍報的報導,中國海軍在2015年底組建自己的「海軍試飛大隊」(在先前中國海軍從無到有發展殲15艦載戰機時,海軍試飛任務一直依托空軍),首任大隊長是海軍「海空雄鷹團」(艦載戰鬥機部隊)在2008年遴選的首批艦載戰鬥機試飛員之一的程海林。剛上任「海軍試飛大隊」隊長不久,程海林隨即被任命為「航母建設某核心技術試驗試飛現場指揮部試飛指揮組組長兼首席試飛員」;依照該篇報導,此項試飛工作牽涉到「全新設計的試驗機」、「全新研製的裝置」、「尚未定型的飛機發動機」、「未知的飛行軌跡」等,「飛機性能究竟如何、裝置是否過關、起飛後狀態是否可控」都有待實際驗證。依照這篇報導,隨後約在秋季,程海林駕駛某發展型號戰鬥機在遼西某機場進行首次試飛工作,在當時天候能見度遠低於標準值的情況下仍照常試飛,新裝置與戰鬥機適配良好,戰鬥機「成功在短距離衝天而起」;這次實驗成功「使得國防科技領域又一項空白被填補,宣告了我國航母建設領域取得了世界領先的重大突破」。報導中提到,「程海林帶頭試高難科目,帶頭飛風險項目,牢牢把住質量關口和安全底數,積極與工業部門共同研討完善試驗流程細則,駕駛試驗機完成了一系列開創性試驗試飛任務,先後提出意見建議20餘條,為後續裝備的研制和試驗試飛積累了寶貴經驗」。這篇報導的敘述,極可能就是中國艦載機電磁彈射器的實機彈射試飛工作。

 

2010年代初期在網路上出現的中國疑似航空母艦彈射器測試設施的衛星照片。

(上與下)2016年底至2017年初網路上位於渤海灣興城疑似地面彈射器測試設施的照片,可以看到

畫面中出現一架飛機,推測可能是發展中的大型無人機。

中國電磁彈射器關鍵技術

馬偉明少將率領的海軍工程大學研發團隊的相關論文中,有多篇提到關於電磁發射系統的相關研發成果(應用涵蓋電磁軌道砲、航母電磁彈射器、電磁式的火箭發射器等),包括實際開發出一種基於大功率分段供電多相直線感應電動機的電磁發射系統、電磁發射系統關鍵的大功率直線感應電動機(作為電磁軌道),以及實際應用所需的相關的管理控制技術等等。以下就分別簡介:

1.大功率分段供電多相直線感應電動機

針對某電磁發射的需求,成功研製了一種新型分段供電多相直線感應電動機,電機定子採用模塊化結構,由數十段定子模塊沿長度方向拼接而成。在電機動子運行過程中,實時檢測動子位置,通過控制與電機定子繞組相串聯的段開關的通斷,實現與動子相耦合的若干定子模塊的通電,降低了電源容量,提高了系統效率。直線感應電機功率達百兆瓦(MW)級,最大輸出電磁力為150噸;採用多相技術,降低了每相電源容量的需求,提高了系統的冗餘性,適用於較長距離、大噸位、大推力直線推進場合。目前該新型直線感應電動機已成功完成總裝某重大演示項目的鑒定和驗收。

該新型直線電機實現了如下技術突破:提出了一種新型大功率分段供電多相直線感應電動機電磁方案,突破了電機關鍵制造工藝,滿足大功率、長距離直線推進的需求。提出了綜合考慮新型直線電機邊端效應和繞組空間不對稱的參數計算方法,實現新型直線電機電磁性能的準確計算。採用母排電纜串並聯方式實現直線電機分段供電,提出電渦流傳感器和分布式光纖網絡相結合的動子切換位置檢測方案,利用反並聯晶閘管實現每段定子的通斷控制。提出了采用蜂窩材料作為吸能元件的動子緊急制動方案,規避了動子失控損壞直線電機定子和其它設備的風險,提高了裝置安全性。


2.基於大功率分段供電多相直線感應電動機的電磁發射裝置

針對某電磁發射的需求,成功研製了一種基於新型大功率分段供電多相直線感應電動機的電磁發射系統,該系統主要由儲能子系統、動力調節子系統、直線電動機及閉環控制子系統構成。

此系統的工作原理為:儲能子系統通過充電裝置從電網以較長時間、小功率獲取電能,轉化為機械能存儲起來;發射時閉環控制子系統控制能量儲存子系統瞬時大功率輸出能量至動力調節子系統,動力調節子系統將能量調節成合適的電壓、電流輸出至直線電機,實時控制直線電機動子上產生的電磁力,按照設定的速度曲線加速發射負載達到發射速度,之後控制直線電機產生反向的制動電磁力,對動子進行制動,動子與負載分離,完成發射任務。

此一儲能系統有如下技術突破:

(1)高儲能密度,高功率密度飛輪儲能電機的設計與研制

(2)飛輪儲能電機高穩定性快速放電勵磁裝置的設計與研制

(3)基於電力電子器件串並聯和多電平技術的超大容量逆變器的設計與研制

(4)大功率分段供電多相直線感應電動機的設計與研制

(5)多段直線電機定子分段供電網絡和分段供電技術的設計與研制

(6)完成了系統發射流程與頂層控制技術以及控制系統的網絡化總體集成技術的研究,突破了由多異構控制器構建復雜控制系統的總體集成技術難題。


3.大功率直線電機實時切換故障分析技術

大功率分段供電直線感應電機可以應用於礦井提升或其他重物提升、航天推射等領域,電機定子按動子運動方向組成陣列,安裝方便、維護靈活;採用分段供電方式,既減小電機供電電源的容量,又提高電機的效率,適用於中遠距離運輸和推進,在民用領域有廣闊的應用前景。

在切換運行過程中,大功率分段供電直線感應電機可能出現的故障包括切換傳感器故障、切換信號傳輸故障、切換驅動信號故障和切換開關本體故障。這些故障會造成切換異常,出現缺相、缺段或並聯運行工況。根據故障出現的原因,利用動子實際運動位置信息和切換傳感器信息,分析計算動子與傳感器耦合自由區和傳感器的探測盲區,再結合驅動控制信號,提出一種能夠有效檢測出切換傳感器故障信息和驅動控制故的方法。

此課題的技術突破包括:實現了切換傳感器以及驅動控制器故障的精確定位,減小出現潛在切換故障的可能性,保證了分段供電的連續性。利用切換傳感器盒生成的切換控制信號和切換信號生成算法,計算生成切換控制信號,結合硬件產生的切換控制信號綜合判斷切換傳輸信號,實現了切換控制器前一級到後一級切換信號傳輸故障。為了避免瞬態大電流切換帶來的衝擊所造成的電磁推力、速度的波動,分析逆變器電流,計算產生預測過零檢測信號,結合實際過零信號,診斷出過零信號狀態。提出了基於定子三相電流和動子位置信息的切換開關故障診斷算法,解決了切換開關組件難以自診斷的問題,實現了分段供電故障的精確定位。


4.大型電力系統健康管理技術

通過設計測控分離的冗餘高速光纖網絡以及通用控制器組網模塊,實現了所有設備的控制器之間的互聯,使通信兼具高效性和可靠性。設計了一套無操作系統精簡型TCP/IP協議的網絡通信軟件,解決了資源有限的嵌入式低端處理器入網難題,奠定了底層設備網絡化監測的基礎。通過設計遠程智能監測器,一台監測器負責管理一個局部區域的設備,並將管理結果彙總上報至總站,這樣將健康管理功能分布到遠程,擴充了健康管理的容量,提高了大型電力系統健康管理的效率。通過設計一種數據標準化集成的軟件框架,解決了底層異構設備數據在頂層難以統一接收、分析和存儲的問題,提高了軟件的靈活性,簡化了軟件開發與維護過程。提出了一種靈活配置網絡協議與數據結構的電磁彈射裝置通信軟件集成測試方案,解決了閉環運控分系統設備難以獨立調試的問題,提高了軟件開發與測試的效率。


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