曾經的輝煌——英國航母關鍵技術發展研究

英國是傳統的海軍強國，也曾經是航母大國。世界上第一艘航母誕生於英國，迄今為止，英國的航母發展歷史已近90年，共建造和改裝各型航母70多艘。目前，在2011年英國無敵級輕型航母皇家方舟號退役及卓越號改裝成直升機航母后，英國正式成為無航母可用的國家。

1999年，英國正式宣布將研製2艘下一代航母CVF。兩艘新航母將分別於2018年和2019年服役。2008年7月3日，英國國防部授出了CVF的建造合同，2009年7月7日，伊麗莎白女王級航母正式開始建造。CVF的研製，標誌著英國重新向具備獨立制海能力的海軍大國邁進。

雖然從目前來看，英國航母裝備情況處於非常尷尬的境地，但從歷史上看，英國在航母發展中發揮了非常重要的作用，可以說正是英國人對航母的理解和創新，引領著航母的技術變革，為航母的萌芽孕育、創生出世、發展壯大做出了巨大貢獻。在世界航母發展的百年歷程中，幾乎所有的關鍵性技術難關，都是由英國作為開拓者、領航員率先攻克或指引了方向。1912年末，英國海軍將老舊的巡洋艦競技神號改造成了水上飛機母艦，標誌著航母時代的來臨。1924年，英國率先發明了艦載機液壓阻攔裝置，解決了航母降落問題，該阻攔裝置與美國海軍航母使用的液壓阻攔裝置原理是一致的。二戰後，隨著噴氣式飛機上艦，對航母發展提出了新的挑戰，又是英國，發明了斜角甲板、蒸汽彈射器、光學助降系統，奠定了現代航母的雛形，對現代航母的發展居功至偉。

競技神號航母的出現標誌著航母時代的到來

21世紀，英國發展了航母CVF，該航母排水量6萬噸，是近半世紀以來英國建造的最大的海軍艦艇，該航母又創新性地採用了綜合電力系統，再次引領了航母發展的潮流。

動力技術

英國無敵級航母採用全燃聯合動力裝置，新的伊莉莎白女王級航母原動機則包括燃氣輪機和柴油機，採用綜合電力系統，是首艘採用綜合電力系統的航母，相對於其它動力裝置，綜合電力系統具有無機械齒輪傳動、裝置布置靈活、燃油經濟性好、人員少、維護簡易等優點。雖然採用綜合電力系統初始投資和複雜性高，但伊麗莎白女王級航母是效費比最優的方案。

綜合電力系統是指艦船原動機全部用於發電，整個艦船的所有用電負載均由同一電網分配和輸送的動力系統，其涵蓋了發電、輸電、配電、電力推進等多個子系統。該系統有兩個特徵：一是推進完全採用電力；二是全部用電設備和武器（如電磁軌道炮、電磁彈射器、雷達等）均由一個電網供電。航母採用綜合電力系統有以下優勢。一是提高航母機動能力。綜合電力系統中，由電機驅動螺旋槳，可在不改變原動機及發電機工況的情況下，利用變換器調節電機轉速和方向，實現航母航速調整及正倒車控制。二是節省燃油，增大航程。採用綜合電力系統的海軍戰艦比採用相同的原動機的戰艦能節約10%～25%的燃油，而像航母這類艦船能節約15%～19%的燃油。在相同的燃油儲備情況下，採用綜合電力系統的航母可以提高續航力。三是更利於高能耗設備上艦。綜合電力系統最大的優勢是可以實現推進用電和日用電（包括作戰系統用電）之間的調配使用，當日用電不足以支持高能耗設備（如電磁彈射器）用電時，可以調用推進用電，而不需要另外增加專用的發電機組。

無敵號航母首先在艦首加裝了上翹的滑躍甲板

艦載機起飛技術

蒸汽彈射器 二戰後，噴氣式艦載機出現，起飛重量增加，對彈射末速度的要求也提高了，當時採用的液壓彈射器的能力已發揮到了極限。

儘管液壓彈射器的能力已達極限，但航母對彈射能力的需求卻沒有終止。1950年，英國皇家海軍後備役軍官、愛丁堡MESSRS BROWN BROTHER&CO有限公司的科林C.米切爾完成了蒸汽彈射器的研發，其基本原理是將高溫高壓蒸汽儲存在儲汽罐內，彈射時，將高壓蒸汽從儲汽罐內迅速釋放出來，推動汽缸內的活塞，帶動艦載機加速到起飛速度。科林強調，由於供活塞運動的汽缸必須開槽，使活塞能通過特定機構與艦載機相連，從而將力傳導至艦載機上，活塞經過後，必須立即密封汽缸，密封條的構思是他的獨創。

第一部蒸汽彈射器安裝於英國英仙座號航母上，並前往美國諾福克海軍基地，由兩國海軍進行聯合試驗。英仙座號對蒸汽彈射器進行了140次靜載荷與最新型艦載機的彈射試驗。試驗證明，即使順風行駛或在碼頭，彈射器也能將飛機彈射起飛。

1952年，美國確認蒸汽彈射器是液壓彈射器的理想替代品，因此安排從英國獲得該彈射器的製造權，並獲得了設計圖紙。隨後，美國根據自身標準對彈射器進行了重新設計，以滿足美國海軍的需求。1954年，美國航母裝上了自己研製的蒸汽彈射器。

但英國僅發展了2型蒸汽彈射器，由於國力衰退，大型航母相繼退役，蒸汽彈射器反而停止了發展。

電磁彈射器 英國科孚德公司2001年開始研發用於彈射陸軍無人機的小型電磁彈射器電磁動力綜合技術樣機，2005年4月正式獲得英國國防部的合同開始樣機研發，2007年成功完成試驗。這種彈射器軌道長15米，峰值功率3兆瓦，最大彈射重量僅524千克。

在研發小型彈射器基礎上，科孚德公司2009年獲得英國國防部授予的65萬英鎊（100萬美元）合同，用於研發全尺寸電磁彈射器（EMCAT）的高能電力系統，該工作已完成。EMCAT項目的後續工作是進一步驗證直線感應電機，並進行全功能演示驗證，但由於缺乏經費支持，進展緩慢。EMCAT全長100米，彈射能量為60～80兆焦（美國電磁彈射器為122兆焦）。2011年美國電磁彈射器技術趨於成熟，英國決定從美國採購，放棄了繼續研製計劃。

航母上的阻攔索

滑躍起飛技術 英國是率先發明並應用航母滑躍甲板的國家。1978年，英國率先在無敵號航母艦首加裝了一個上翹角度為7度的滑躍甲板，飛行試驗結果表明，滑躍式甲板可降低飛機起飛時所需的推力，機身有效載荷也可增加20%，或者，在同樣載荷情況下飛機滑跑距離縮短40%。後來，英國甚至把競技神號航母的彈射器拆除，將艦首換成12度的滑躍甲板，改裝後該航母可搭載海鷂式戰機。

在當前發展的航母CVF上，英國再次採用了滑躍甲板。但CVF的滑越甲板與無敵級相比存在一定差異，無敵級艦首整體採用滑越式甲板，而CVF艦首僅有一部分採用滑越式甲板。

艦載機著艦技術

液壓阻攔裝置 1924年，英國人諾登和巴思兩人同本國海軍簽訂合同，設計成功了較為完善的液壓式阻攔裝置。1927年，美國駐英國大使將這一成果引進到了美國，最先安裝在列剋星敦號上進行試驗。這種阻攔裝置除部分零部件的結構外，其基本原理與今天的阻攔裝置基本一致。

但此後，英國並未將該技術發揚光大，反而由美國航空局航空部在諾福克海軍船廠設計並建造了第一代真正的液壓阻攔裝置，其由兩套獨立的制動機構組成，阻攔索兩端各連結一套，其設計阻攔力為35.3千牛，著艦速度為97千米/小時，它替換了列剋星敦號上的阻攔裝置，並安裝在突擊者號航母上，這種阻攔索已具備現有阻攔裝置的雛形。

關於此後英國是否繼續研發阻攔裝置的信息不得而知，但二戰後隨著其大型航母的紛紛退役，英國航母就未安裝阻攔裝置。

垂直起降艦載機 20世紀60年代初，英國率先研製出了首型具有實用價值的鷂式垂直起降戰鬥機。70年代，英國在鷂式的基礎上發展了艦載型海鷂，成為世界上首型垂直起降型艦載機，使得小型航母也擁有了搭載固定翼艦載機的能力。

鷂式垂直起降戰鬥機

21世紀後，英國提出了「全球抵達，世界一流」的海軍建軍目標，計劃發展排水量6萬噸的2艘中型航母代替無敵級輕型航母，即未來CVF。該型航母原設計為滑躍起飛形式，搭載F-35B艦載機，首艦2009年開始建造。F-35B是美國海軍陸戰隊正在研發的聯合攻擊機（F-35）中的垂短起降型艦載機。此外，F-35還包括海軍航母艦載型（F-35C）和空軍的常規起降型（F-35A）飛機，在設計上保持著高度的共同性，能同時分別滿足美國各軍種及各盟國的獨特需求。

在設計之初，英國即考慮了CVF型航母的可改裝性，預留了加裝彈射器和阻攔裝置的空間，在未來需求發生變化時可通過改裝，加裝彈射器和阻攔裝置，以搭載常規起降型艦載機。

未來，在需要改裝的情況下，英國將從美國購買電磁彈射器與渦輪電力阻攔裝置。

光學助降系統 1950年代以前，航母著艦主要依靠站在飛行甲板左端的著艦信號官雙手持旗發送信號指揮飛機著艦。但隨著噴氣式飛機上艦，這種方法已不適用。1952年，英國海軍中校格特哈特從女秘書對著鏡子搽口紅的動作中得到啟發，設計出了早期的光學助降裝置—助降鏡。它是一面大麴率反射鏡，設在艦尾的燈光射向鏡面再反射到空中，給飛行員提供一個光的下降坡面（與海平面夾角為3.5～4度），飛行員沿著這個坡面並以飛機在鏡中的位置修正誤差，直到安全降落。

但是，這種光學助降鏡只是一定程度上起了作用，新的問題又來了：航母的艦體會因海濤涌浪的起伏而升沉搖擺，反射鏡射出的光很不穩定，因此仍免不了時有事故發生。20世紀60年代，英國又發明了更先進的菲涅爾透鏡光學助降系統，它在原理上與助降鏡相似，但其可在波浪下保持角度不變，可向空中提供一個穩定光的下滑坡面，提供的信號更利於飛行員判斷方位，修正誤差。

菲涅爾透鏡式助降鏡使用簡單可靠、目視直觀，一問世便為英美等國航母普遍使用，目前美國航母上普遍使用改進型菲涅爾透鏡系統。

隨著二戰後英國航母凋零，其相關技術發展也陷入停滯。

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