航母技術科普係列--尾焰擋板

航母技術科普係列--尾焰擋板

首先，我們應該了解現代戰機發動機噴出的高溫高壓氣體是危害很大的，當發動機在加力狀態，如果正對著發動機的噴口，即便是距離30米遠也可立即把人烤焦，強大的射流可以破壞一切在它噴口後麵的人員和設備。如果後麵是戰機，就不麻煩敵人擊落了，直接就可以報銷了。因此，在航母上，必須要有尾焰擋板。那麽陸地上戰機起飛為什麽沒有這玩意呢？其實，陸地上場地寬敞，跑道足夠長，戰機一般是先滑行，然後才打開發動機加力滑跑起飛，人員和設備是不可能在戰機後麵的，但是航母上甲板空間有限，不可能浪費那麽多空間的，而且無論是彈射起飛還是滑躍起飛，都是把發動機推力幾乎加大最大，然後才起飛的（滑躍的必須加到最大）。尾焰擋板直接擋在了發動機尾噴管的後麵，並形成一定的角度，發動機噴出的射流被偏離並導向上方，從而避免了高溫尾流對甲板上人員和設備的傷害。

發動機噴口溫度接近2,000度（各種發動機是不同的），射流直接噴在擋板上，如果不采取一定的措施，可以直接熔融鋼板，甚至燒穿。徭式戰機緊急迫降時就曾燒穿過船上的甲板就足以證明發動機尾流的可怕。發動機的推力也是比較大的，象SU-33和F-14的發動機，推力可達幾十噸，因此要求其尾焰擋板必須有足夠的剛度，以保證不會發生變形，並且要求支撐結構完全能支撐來自發動機強大的推力。否則在強大的推力下，尾焰擋板極可能會發生變形甚至斷裂，而支撐杆也必須能承受強大的支撐力才行。事實上，尾焰擋板的材料就具有耐高度、強度大、形變小的特點，而支撐杆在結構設計上也避開了直接由液壓缸支撐，因為尾焰板需要承受的推力很大，而且擋板上的餘熱也可能傳遞給液壓缸，從而導致液壓缸因高溫受損。每個尾焰擋板均由12個支撐杆支承，它們由液壓缸驅動轉動軸使其豎起。

但是，與散熱相比，這些不算什麽。尾焰擋板最複雜的是它的一套循環散熱係統。即便是再耐高溫的材料，長時間的高溫灼燒下，也會發生一定的破壞作用，而且熱量會傳遞至甲板甚至潤滑部件，讓潤滑油全部幹涸，甲板下方的電纜也會被引燃，擋焰板即便是放下也不能經過戰機或其它設備，否則高溫會燒化戰機起落架的輪胎。因此散熱至關重要。

尾焰擋板的散熱是通過在擋板內置冷卻水管實現的，每個尾焰擋板都配備一定數量的散熱板塊，通過冷靜卻水並帶走熱量，這個原理很好解釋，如果我們打開灶，鍋很快就會變紅，但是如果鍋內有水，鍋就不會發紅，也不會燒壞。發動機尾流發出的熱量很大，很強，但是大部分被偏流並導向上方，一部分加熱擋板，而冷卻水及時帶走熱量，確保了擋板工作在安全的溫度之下。回水被加熱後，重新又回到冷凝器中，在經過降溫後，再由高壓循環泵重新注入尾焰擋板的散熱管路之中，從而構成一套完整的循環散熱係統。

記得有人說過，F-35B可能上日本的“日向號”，也就是16DDH，但是這是不可能的，日向號上麵沒有配備循環散熱水管，無法承受F-35C的強大尾流噴射的，但是在以後的22DDH就配備了這套循環散熱水管，可以降落F-35B。但是有一點值得說明，兩棲攻擊艦甲板下方的循環散熱係統在原理上跟尾焰擋板相同，但是省去了液壓升起機構，因此甲板是固定的，但是甲板的循環散熱係統中循環水管比尾焰擋板更多，每個著艦點甲板下方均設置有循環散熱係統，在垂直起降戰機未著艦之前就啟動循環散熱係統，否則甲板是無法承受戰機發動機噴管的灼燒的。即便是采取了循環散熱係統，甲板仍會因加熱而變形，因此其甲板非整體的，而是分塊的，它們均固定在高強度支持鋼梁上，隻不過其接頭處理的很細致，不是近距觀查是發現不了其甲板接頭的。

如果有人問，F-35B能否在航母上降落呢？答案是否定的，因為攔阻降落方式的航母上並沒有循環散熱係統，甲板也無法承受其尾噴管灼燒的，而尾焰擋板麵積又過小，降落時對準難度很大。F-35B在上黃蜂級著艦試驗時經過近一年的改造，改造什麽？主要就是散熱係統，結構強度上由於在設計時就過於保守，因此不成問題，但是循環散熱係統則隻能滿足AV8B而無法滿足35B了。所以說同樣是兩棲攻擊艦，西北風也無法起降垂直起降戰機，原因就是它的甲板下方也沒有循環散熱係統。英國佬未來航母上又想配F-35B了，因此航母設計聯盟一直擔心這種戰機對甲板的灼傷。無非就是散熱係統，因為以前的徭式可沒有那麽大的熱量。

總結尾焰擋板，它的技術成份並不高，液壓驅動機構及支撐結構並不複雜，冷卻裝置也司空見慣，高壓循環泵也不算什麽高科技了。因此在本人看來，除了采用的材料性能高之外，尾焰擋板實在沒有什麽高科技和難度。但是有幾點必須得說清楚，為了增加散熱效果，也就是增加冷卻水的傳熱係數，美國佬的尾焰擋板裏麵用的循環水是高鹽循環水，而不是我們所說的去離子水。為什麽要用高度鹽水呢？首先，高鹽水傳熱效率更高，以快速的帶走尾焰板的熱量，而且凝固點低，不致於一進入製冷器內就會被凍結，從而引起整個管路的堵塞，而且沸點高，不易引起蒸發，要知道，在正對道發動機尾噴口處的擋焰板處產生的熱量是驚人的，汽化導致的後果是氣體導熱效率差，而高鹽水不僅可以快速導熱，也不易蒸發。當然，高壓循環泵讓冷卻水高速流過也是重要原因之一。但是高鹽水有個很大的缺點，那就是腐蝕性很強，因此整個管道在耐腐蝕方麵是要求很高的。不過，美國一直也在尋找替代的冷卻劑，要求它導熱性能好、流動性好、沸點高、凝固點低、無毒無腐蝕等要求。另外，由於管道壓力較大，擋焰板升起時采取旋轉接頭連接擋焰板及甲板下方的循環管道，而不是軟管。但是旋轉接頭是最主要產生滲漏的地方，經常需要人工維修。沒關係，由於旋轉接頭配備了密封膠圈，平時隻需簡單的更換膠圈就行了。事實上，整個尾焰擋板屬於耗材，在使用一定次數或年限後就要更換的，而且更換也比較簡單，不需要專門到船廠更換的。

尾焰擋板及其一套液壓動作和循環散熱係統並不算複雜，即便是尾焰擋板的材料，也算不上什麽高新技術，它與彈射器及攔阻係統相比，簡直就是小菜一碟。控製也是極其簡單，它的操作按鈕在甲板彈射室內，操作人員會根據指揮人員的手勢按一下按鈕即可，並可以設置互鎖，即擋焰板升起時循環泵就開始工作，落下就停止工作，也可單獨控製。溫度傳感器及壓力傳感器可以讓操作人員清楚的了解到尾焰擋板工作過程中管道中的水壓和水溫變化。並判斷是否在安全範圍內。雖然尾焰擋板整套係統非常簡單，但是它的重要性無可替代。沒有它，航母上的戰機和人員安全毫無保障，隨時都可能成為發動機高溫尾焰的犧牲品。沒有擋焰板也能起飛戰機，不過，在戰機尾後要全部清空，對於尼米茲級，如果是第3號及第4號彈射器還好點，如果是第1號和第2號彈射器的話，後麵的停機三角區要差不多全清空了，整個甲板怎麽調配戰機啊？而且對於滑躍起的戰機，如蘇-33，尾焰擋板在初始起飛時還有助推的作用，因為強大的發動機尾流噴在擋板上產生的反作用力那是肯定要大於尾流直接噴到空氣中的。對於彈射起飛的戰機，如F-18，產生的增推作用意義不大，但是蘇-33這種靠滑躍起飛的戰機來說，增推還是有一定意義的。它全靠發動機推力來進行起飛，因此起飛重理受限，而且把推力加到最大，否則起飛重量也要受到影響的，這種方式對發動機極為不利，並且對尾焰擋板的灼傷也更嚴重。而事實也證明了毛子庫艦上擋焰板壽命比老美的尼米茲級的要短。

作者：林揚