IN-TRESTING | 南海坠机的F-35C背后的“瓜”（上）

上月，美军一架F-35C在卡尔文森号航母上着舰时发生坠毁落海事故。

据美国媒体15日报道，证实F-35C战机上个月坠入南海水域，现打捞人员已抵达坠机位置进行打捞作业。当时F-35C撞机航母甲板尾部的着舰区尽头，扯断了所有四根阻拦索后坠海，飞机碎片散落甲板以及部分弹射器滑轨上。

航母起降是一件高风险事件，也是飞机操控中最困难的场景之一。本次我们将分为上下两篇分别为大家解析，舰载机在航母起降的过程以及从飞控的角度来看，F-35C采用了哪些新技术。

F-35C与尼米兹级航空母舰

1. F-35家族

F-35是一系列单座、单引擎、全天候隐形战斗机，用于空优和对地攻击。该系列包括三种构型：F-35A常规起飞和着陆（CTOL）构型、F-35B短距垂直起降（STOVL）构型以及F-35C舰载构型（CV）。

F-35C Lightning II是一种基于舰载机的多用途第五代隐形战斗机，用于美国海军替换老化的第四代战斗机。它由普惠F135发动机提供动力，产生约40000磅的推力。

F-35C与F-35A和F-35B构型共享其基本结构和主要载荷路径，但结合了专门的设计特点和强化的内部结构，以执行弹射器发射和拦截着陆。F-35C的设计与尼米兹级（CVN 68）航空母舰兼容，并提供作战支持。

F-35C的设计增加了45%的机翼面积、更大的水平安定面、更大的操纵面尺寸和外翼副翼，这有助于实现航母进近和着陆所需的精确低速操纵特性。F-35C的独特功能包括折叠机翼以减少在航母上所需的甲板空间，弹射器操作的发射杆，以及用于舰上拦截的嵌入式可收起尾钩。

2. 尼米兹级航空母舰

尼米兹级航空母舰长1092英尺，水线处宽135英尺，飞行甲板最宽处宽252英尺，吃水深度37英尺，满载排水量约10万吨。每艘尼米兹级战舰都有一个倾斜的飞行甲板、四个C-13蒸汽弹射器、四个Mk-7拦阻装置（三个Mk-7拦阻装置CVN 76及更高版本）、一个改进的菲涅耳透镜光学着陆系统（IFLOLS， Improved Fresnel Lens Optical Landing System）*后述解释*、吊灯、激光阵列系统、飞行甲板照明、甲板下的大型飞机库和四部飞机升降机。每艘船都有一个大约788英尺的倾斜甲板（与中心线成九度角），以便于同时发射和回收飞机。飞机通过四部升降梯升降机库甲板：三部位于右舷，另一部位于船尾附近的左舷。

尼米兹级航空母舰甲板图，弹射器为红色，拦阻线为蓝色

弹射器

ADDS：F-35C拦阻钩系统

拦阻钩系统（AHS，Arresting Hook System）包括一个尾钩、液压执行器和阻尼器，以及一套将尾钩隐藏在舱内的翻盖门（以降低可观测性）。它的设计目的是在舰载着陆时，通过在航空母舰甲板上接合拦阻线，或在岸上中止起飞或紧急着陆时，实现快速减速。拦阻钩由电气控制、液压驱动，并通过俯仰枢轴销连接到飞机结构上。

值得一提的是，F-35C的拦阻钩系统，出于飞机尺寸的限制以及减少雷达截面积的因素考虑，尾钩点和主起落架之间的距离（7.1英尺）相比其他飞机型号较短，虽后续依靠设计的改良提高了AHS的尾钩啮合率，但却是一个安全隐患与操纵难点。

航空母舰起降的特殊性

舰载发射与从跑道起飞的环境条件有非常多的不同，比如从海平面以上约60英尺的甲板上发射、航空母舰的空气尾流或“气泡”、以及甲板运动。

1. 弹射起步

2. 空气尾流气泡

当航空母舰在水中移动时，它会对它所经过的气团产生重大影响。

3. 甲板运动

航空母舰的甲板受船舶运动的影响：纵摇、横摇、垂荡、漂移和荷兰滚（pitch, roll, heave, drift, and Dutch roll）。这些动态导致发射和回收变得复杂。

对于发射，任何俯仰姿态都会导致飞机负的初始gamma角(向下的飞行航迹)。

在回收方面，船舶的运动导致着陆区域和光学镜头的运动，增加了舰载机着陆的难度。

舰体运动除了导致发射和回收变得复杂，还会引发空气尾流效应。当船舶上下颠簸和起伏时，船头会形成一个与船舶横向轴线对齐的涡旋。这个涡旋的大小是俯仰和/或垂荡速率的函数；随着船头向下倾斜或船在垂荡后下沉而增长。人们发现，这种横向涡流会影响弹射器的发射。

降落辅助

1. 着落信号员

着陆信号员（LSO，Landing Signal Officers）是经过专门训练的海军飞行员。LSO保持对船舶准备好回收飞机的状态感知，同时向接近飞机的飞行员提供接近路径偏差反馈，以确保所有飞机的安全抵达。目前部署在作战舰载机上的先进控制律概念简化了LSO的控制任务，使指挥队列或下滑修正输入更加直观。

LSO显示系统

LSO可观察到的纵向飞行轨迹

LSO可观察到的横向飞行轨迹

2. 光学着落系统

光学着陆系统（OLS，Optical landing system）绰号“meatball肉球”或简称“Ball球”，该装置安装在航母左侧，以便在进近的最后阶段向飞行员提供视觉下滑路径信息。该系统显示一个亮橙色的“球”，动态稳定以补偿船舶的俯仰、横摇和垂荡运动。通过这种调整，可以根据每种机型的尾钩到飞行员的视线距离，精确确定尾钩着陆点。

LensAssembly透镜组件/Ball——包含12个光纤光单元的垂直盒。表示飞机相对于下滑道的相对位置。如果飞机高度较高，球将位于基准灯上方；如果飞机高度较低，球也同样会低于基准面。飞机离下滑道越远，球在基准灯上方或下方的距离就越远。如果飞机飞得很低，球就会变成红色，表示飞机已经处于危险的低空状态。

Datum Lights基准灯——一排水平的绿灯，用来给飞行员提供一个参考，飞行员可以根据这个参考来判断自己相对于下滑道的位置。

Wave-off lights关闭指示灯——红色闪烁的指示灯，点亮时，指示飞行员必须增加全功率并绕行-强制命令。当wave off灯点亮时，所有其他灯熄灭。波浪关闭灯由LSO手动操作。

Cut Lights切断灯——绿灯用于根据接近的飞机在其接近的位置发出不同的信号。在无无线电或“zip lip”进近（这是现代航母操作中的常规）的早期，切断灯闪烁约2-3秒，以表明飞机已获准继续进近。

美国海军有两个岸基视觉着陆辅助设备：Mk 8菲涅耳透镜光学着陆系统（FLOLS, Fresnel Lens Optical Landing System）和Mk 14改进菲涅耳透镜光学着陆系统（IFOLS, Improved Fresnel Lens Optical Landing System）。IFOLS在FLOLS的基本设计上进行改进，使用光纤“光源”光，通过透镜投射，呈现更清晰、更清晰的光。这使得飞行员开始将“球”飞离飞船更远，从而使从仪表飞行到视觉飞行的过渡更加顺畅。

舰载下滑道几何学

为了实现精确的将钩点着陆在目标位置，必须彻底了解下滑道几何、船上着陆动力学和环境影响。以下是有关舰载机在下滑场景中下滑道几何的常用术语定义：

1） Natural Wind自然风—现有的地面风是由与船舶运动无关的气流引起的；

2） Ship's Wind船舶风—船速产生的风，大小相等，方向相反；

3） WOD,Relative wind or wind over the deck相对风或甲板上的风—自然风和船舶风的矢量和；

4） RHW,Recovery Headwind,回收逆风—WOD平行于着陆区中心线的部分；

5） Recovery Crosswind回收侧风—WOD垂直于于着陆区中心线的部分。

6）α—攻角，机身基准线（FRL，Fuselage Reference Line）与气流之间的夹角；

7）γ—爬升角，机身基准线与飞行路径之间的夹角；

8）Θ—下滑角度，光学着陆辅助光源与地平线之间的角度；

9）Φ—机身基准线与飞行员眼睛与挂钩点连线之间的夹角。；

10）L—飞行员眼睛到挂钩点的直线距离。

飞机的钩眼（H/E，Hook-to-Eye）距离对于将飞机降落在航空母舰着陆区的适当位置至关重要。H/E距离需要精确确定；任何错误都会导致提前接地，从而减少钩距坡道（H/R，Hook-to-Ramp）间隙，或延迟接地，从而增加锚栓率。

几何学应用之一：船舶前进运动对有效下滑道的影响