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[军事] 《校场》2020-09-08:舰载预警机是怎么发展成今天这副模样的

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发表于 2020-9-8 04:14 PM | 显示全部楼层 |阅读模式


校场:舰载预警机是怎么发展成今天这副模样的
新浪军事  2020年09月08日 09:29


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轰炸机这一机种在其诞生后的十几年时间里,一直被认为是不可防御的。在当时主要有两种武器可以应对轰炸机,即高射火炮和驱逐机(后来的战斗机)。但这两种武器在使用时都有相当大的局限性:高射炮只能部署在固定阵地上,轰炸机只要绕开就可以了,因此除了重要目标附近的高射炮阵地以外,大部分高射炮阵地并不能真正发挥作用;驱逐机虽然有较强的机动性,但起飞和爬升都需要时间,在只能靠目视发现敌机的时代,很有可能发生驱逐机尚未抵达战区,敌军轰炸机就已经丢完炸弹跑路了的情况。



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如果说岸基驱逐机的短板还能通过在地面上大量部署观测哨来弥补,海军舰队防空就可谓一筹莫展了。在二战前中期,各参战国的航母舰队只能通过长期在舰队上空轮转直卫机来解决这一问题。但直卫机的起降需要占用甲板,每次轮转的直卫机数量越多,其占用甲板的时间也就越长,这就会对航母的正常作战产生影响。在二战前中期最著名的海军战役——中途岛海战中,日本第一航空舰队的一天中直卫机数量最多的时候约为10架。但美军整个攻击波的数量约为117架(分多批抵达),仅仅10架战斗机对这些美军飞机应接不暇。在这些日军直卫机全部被鱼雷轰炸机吸引到低空后,美军俯冲轰炸机突然出现,在短短几分钟时间内,凭借着毫无干扰的精准投弹,一举重创了日军3艘航母。



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为了尽可能长的增加对敌轰炸机的预警距离,争取时间尽可能多的起飞战斗机,英国在1920年代研制、1938年部署了名为“本土链”(Chain Home)的预警雷达系统。根据设计指标,这些部署在英国沿岸的雷达可以探测到100英里(约160公里)外的敌军机群。以300公里/小时的轰炸机正常巡航速度计算,这种预警雷达系统至少可以提前20~30分钟发现来袭的德军轰炸机,方便后方机场提前起飞大量战斗机迎战。国沿岸的雷达可以探测到100英里(约160公里)外的敌军机群。以300公里/小时的轰炸机正常巡航速度计算,这种预警雷达系统至少可以提前20~30分钟发现来袭的德军轰炸机,方便后方机场提前起飞大量战斗机迎战。



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后来,美军借鉴了英军在不列颠空战中的这一做法,在英国的技术支援下研制出了SK系列舰空搜索雷达。这些雷达在太平洋战争中后期发挥了巨大的作用。以菲律宾海海战为例,日军曾在关岛起飞一个由35架飞机组成的攻击波,但是这些飞机刚刚起飞,尚未编队完成就被美军的舰队雷达发现了。随后,美军一艘护航航母起飞了约30架战斗机前往截击,以损失1架的战绩,将35架日军飞机全部拦截在了舰队防空之外。随后,日军航母舰队起飞的两个攻击波(分别为68架和107架)也被美军以相同的方式拦截,仅有少数日军攻击机突破重重阻碍抵达了进攻阵位,但因为数量实在太少,仅取得了轻微战果。反观日军自己,第一波68架飞机仅27架幸存;第二波107架飞机中仅10架幸存。



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但在长期的攻防博弈中,美日双方都渐渐发现了美军舰队预警雷达的局限。首先,舰载雷达受地球曲率影响严重。如果舰载雷达安装高度为30米,攻击机群的飞行高度为200米,则雷达对攻击机群的最大理论探测距离就为70公里。如果再考虑到海面杂波的影响,这一距离还会更低。其次,就算敌军飞机在高空巡航,舰载雷达的探测范围也相对有限,想要在尽可能远的位置上探测到敌机,就必须派出“雷达哨舰”进行前出警戒。但舰艇的机动性较差,很难在足够远的距离上面面俱到的为舰队提供雷达预警。



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太平洋战争后期,日军开始对美军舰队进行“神风特攻”,这种攻击的效率远高于传统的水平和俯冲轰炸,甚至就算飞机被击伤,只要其不直接凌空爆炸,都有可能在飞行员的操纵下带伤命中美军舰艇。此时美军航母舰队的预警距离就显得不太够了。为此,美军也想了很多办法,搞了很多新型武器。其中一种是大家熟知的舰空导弹,而另一种就是舰载预警机。



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在正式提出预警机的计划之前,美军就已经意识到,如果能够使用带雷达的夜战飞机(如F6F-5N)前出预警,则可以大幅提升舰队的预警距离。但随后的使用表明,这些飞机的雷达功率实在太小,无法提供可靠的预警。因此才匆匆上马了更大功率的空基预警雷达。随后在1944年8月,短平快项目AN/APS-20雷达被安装在了TBM鱼雷机上投入试用,这种飞机后来被命名为TBM-3W,其中W意为预警(Warning),这也是历史上第一架真正意义上的预警机。



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随后,1945年5月,AN/APS-20雷达正式投入服役并被安装在了PB-1轰炸机(海军的B-17G)上,使其成为了PB-1W大型预警机。相比于体格单薄的TBM-3W,PB-1W的身板更大,载员更多。不仅可以操作雷达设备,还搭载了由一名战情指挥官和两名无线电发报员组成的CIC,可以跳过舰队指挥直接引导舰载机对神风机群进行截击。这不仅是岸基预警机(AEW)的鼻祖,也是预警指挥机(AEW&C/AWACS)的鼻祖。不过可惜的是,这些飞机接收改装的时间距离日本投降已不足4个月,因此并没有能够参与到实战中。



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战后,美军又将AN/APS-20雷达装在了AD-3舰载攻击机和L-1049超级星座客机上,将其改装为AD-3W和EC-121预警机,取代原来的TBM-3W和PB-1W。在这些早期预警机上,雷达的最佳安装位置是飞机的机腹,因为安装在机腹的雷达在探测低空目标时不会被飞机本身所干扰。在上述4型预警机上,仅有一部分PB-1W因为前三点的起落架设计和较低的机身高度而把预警雷达安装在了机背上。



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但稍后的“新形势”迫使美国人不得不对预警机的整体设计做出改变。苏联人已经用上了喷气式轰炸机和可以高亚音速飞行的重型反舰导弹。此时APS-20雷达已经不足以提供足够远的预警范围了。想要增大预警机的预警范围,势必要提升其预警雷达的孔径和功率。而一个硕大的雷达显然是无法安装在预警机机腹的。这种矛盾最终使美国人不得不将他们之前的预警机设计套路整个推倒重来。



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上世纪50年代中后期,美军开始着手在C-1舰载运输机(从S-2反潜机发展而来)的基础上改装出第一型专门为了舰载预警机的需求而发展的飞机。这便是后来的E-1跟踪者。在气动布局上,E-1跟踪者也奠定了后来几乎所有舰载预警机的基础布局。



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相比于原来的AN/APS-20,新的AN/APS-82雷达显得十分硕大。而为了平衡雷达的巨大重量造成的飞机飞行性能的损失,美国人又把E-1的雷达罩做成了机翼的形状,使其能够在飞行过程中产生升力抵消自身的重量。不过巨大的飞行圆盘也给整机的气动布局设计留下了难题——雷达罩后方的湍流非常不稳定,原来的垂尾无法起到增强飞机横向稳定的作用。因此美国人不得不把C-1运输机的垂尾切掉半截,将水平尾翼的安装位置升高,并在水平尾翼的两端安装两片垂直尾翼。



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另一个在机身结构上遇到的困难是机翼的折叠。由于飞机的机身太短,雷达安装位置太靠前,所以机翼不能用常规的方式进行折叠(否则会变成天线宝宝)。最后美国人翻箱倒柜的找出了二战时期F4F-4战斗机的Sto-Wing折叠翼。这种向后的折叠方式完美解决了预警机在航母上的“最密堆积”问题。



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上世纪70年代,美军开始重新开发一款全天候舰载预警机,这就是后来遍地开花的E-2预警机。由于E-1已经解决了绝大部分舰载预警机设计方面的难题,因此E-2并没有对E-1的整体架构和气动布局做太多改变。只是拉长了机身、减小了雷达罩的厚度并重新设计了飞机的尾翼。在新的E-2预警机上,E-1的半截尾翼被整个切掉,换成了安装在水平尾翼上的4片小尾翼,这进一步增强了飞机的横向稳定性,使其在航母上的起降更加安全。



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E-1的整体机构不仅影响了美国人,同样也影响了东方阵营的舰载预警机发展。上世纪八、九十年代紧随美国的步伐发展航母的苏联人在1991年完成了Yak-44舰载预警机的全尺寸模型。这架苏联预警机与美军的E-1、E-2有大量相似之处,只不过由于苏联人当时并没有摸透Sto-Wing的折叠翼技术,因此折叠翼依旧采用了传统的向上折叠模式。为了防止折叠翼和顶部的雷达罩“打架”,雅克-44的机体被迫被拉的很长,以便让雷达罩及其支架的位置可以后移到机翼后部。此外,雅克-44的折叠翼还采用了略微向前折叠的方式避开了前凸的雷达罩。



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正如最早的舰载预警机与现在的舰载预警机样貌完全不同一样,一些时下非常流行的概念也可能在未来完全改变舰载预警机的样子。比如能与机身完美契合的共形雷达天线就可以取代现在的圆盘型天线罩,让雷达重回其最适合的机腹位置。再比如,MV-22这样的倾转旋翼平台同时拥有直升机起降方便和固定翼飞机长航时的特点,今后也有可能取代纯固定翼平台成为舰载预警机的首选。不过,引领下一代舰载预警机发展潮流的,就未必一定是美国这个预警机的故乡了。
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