航母技术科普系列--尾焰挡板

航母技术科普系列--尾焰挡板

首先，我们应该了解现代战机发动机喷出的高温高压气体是危害很大的，当发动机在加力状态，如果正对着发动机的喷口，即便是距离30米远也可立即把人烤焦，强大的射流可以破坏一切在它喷口后面的人员和设备。如果后面是战机，就不麻烦敌人击落了，直接就可以报销了。因此，在航母上，必须要有尾焰挡板。那么陆地上战机起飞为什么没有这玩意呢？其实，陆地上场地宽敞，跑道足够长，战机一般是先滑行，然后才打开发动机加力滑跑起飞，人员和设备是不可能在战机后面的，但是航母上甲板空间有限，不可能浪费那么多空间的，而且无论是弹射起飞还是滑跃起飞，都是把发动机推力几乎加大最大，然后才起飞的（滑跃的必须加到最大）。尾焰挡板直接挡在了发动机尾喷管的后面，并形成一定的角度，发动机喷出的射流被偏离并导向上方，从而避免了高温尾流对甲板上人员和设备的伤害。

发动机喷口温度接近2,000度（各种发动机是不同的），射流直接喷在挡板上，如果不采取一定的措施，可以直接熔融钢板，甚至烧穿。徭式战机紧急迫降时就曾烧穿过船上的甲板就足以证明发动机尾流的可怕。发动机的推力也是比较大的，象SU-33和F-14的发动机，推力可达几十吨，因此要求其尾焰挡板必须有足够的刚度，以保证不会发生变形，并且要求支撑结构完全能支撑来自发动机强大的推力。否则在强大的推力下，尾焰挡板极可能会发生变形甚至断裂，而支撑杆也必须能承受强大的支撑力才行。事实上，尾焰挡板的材料就具有耐高度、强度大、形变小的特点，而支撑杆在结构设计上也避开了直接由液压缸支撑，因为尾焰板需要承受的推力很大，而且挡板上的余热也可能传递给液压缸，从而导致液压缸因高温受损。每个尾焰挡板均由12个支撑杆支承，它们由液压缸驱动转动轴使其竖起。

但是，与散热相比，这些不算什么。尾焰挡板最复杂的是它的一套循环散热系统。即便是再耐高温的材料，长时间的高温灼烧下，也会发生一定的破坏作用，而且热量会传递至甲板甚至润滑部件，让润滑油全部干涸，甲板下方的电缆也会被引燃，挡焰板即便是放下也不能经过战机或其它设备，否则高温会烧化战机起落架的轮胎。因此散热至关重要。

尾焰挡板的散热是通过在挡板内置冷却水管实现的，每个尾焰挡板都配备一定数量的散热板块，通过冷静却水并带走热量，这个原理很好解释，如果我们打开灶，锅很快就会变红，但是如果锅内有水，锅就不会发红，也不会烧坏。发动机尾流发出的热量很大，很强，但是大部分被偏流并导向上方，一部分加热挡板，而冷却水及时带走热量，确保了挡板工作在安全的温度之下。回水被加热后，重新又回到冷凝器中，在经过降温后，再由高压循环泵重新注入尾焰挡板的散热管路之中，从而构成一套完整的循环散热系统。

记得有人说过，F-35B可能上日本的“日向号”，也就是16DDH，但是这是不可能的，日向号上面没有配备循环散热水管，无法承受F-35C的强大尾流喷射的，但是在以后的22DDH就配备了这套循环散热水管，可以降落F-35B。但是有一点值得说明，两栖攻击舰甲板下方的循环散热系统在原理上跟尾焰挡板相同，但是省去了液压升起机构，因此甲板是固定的，但是甲板的循环散热系统中循环水管比尾焰挡板更多，每个着舰点甲板下方均设置有循环散热系统，在垂直起降战机未着舰之前就启动循环散热系统，否则甲板是无法承受战机发动机喷管的灼烧的。即便是采取了循环散热系统，甲板仍会因加热而变形，因此其甲板非整体的，而是分块的，它们均固定在高强度支持钢梁上，只不过其接头处理的很细致，不是近距观查是发现不了其甲板接头的。

如果有人问，F-35B能否在航母上降落呢？答案是否定的，因为拦阻降落方式的航母上并没有循环散热系统，甲板也无法承受其尾喷管灼烧的，而尾焰挡板面积又过小，降落时对准难度很大。F-35B在上黄蜂级着舰试验时经过近一年的改造，改造什么？主要就是散热系统，结构强度上由于在设计时就过于保守，因此不成问题，但是循环散热系统则只能满足AV8B而无法满足35B了。所以说同样是两栖攻击舰，西北风也无法起降垂直起降战机，原因就是它的甲板下方也没有循环散热系统。英国佬未来航母上又想配F-35B了，因此航母设计联盟一直担心这种战机对甲板的灼伤。无非就是散热系统，因为以前的徭式可没有那么大的热量。

总结尾焰挡板，它的技术成份并不高，液压驱动机构及支撑结构并不复杂，冷却装置也司空见惯，高压循环泵也不算什么高科技了。因此在本人看来，除了采用的材料性能高之外，尾焰挡板实在没有什么高科技和难度。但是有几点必须得说清楚，为了增加散热效果，也就是增加冷却水的传热系数，美国佬的尾焰挡板里面用的循环水是高盐循环水，而不是我们所说的去离子水。为什么要用高度盐水呢？首先，高盐水传热效率更高，以快速的带走尾焰板的热量，而且凝固点低，不致于一进入制冷器内就会被冻结，从而引起整个管路的堵塞，而且沸点高，不易引起蒸发，要知道，在正对道发动机尾喷口处的挡焰板处产生的热量是惊人的，汽化导致的后果是气体导热效率差，而高盐水不仅可以快速导热，也不易蒸发。当然，高压循环泵让冷却水高速流过也是重要原因之一。但是高盐水有个很大的缺点，那就是腐蚀性很强，因此整个管道在耐腐蚀方面是要求很高的。不过，美国一直也在寻找替代的冷却剂，要求它导热性能好、流动性好、沸点高、凝固点低、无毒无腐蚀等要求。另外，由于管道压力较大，挡焰板升起时采取旋转接头连接挡焰板及甲板下方的循环管道，而不是软管。但是旋转接头是最主要产生渗漏的地方，经常需要人工维修。没关系，由于旋转接头配备了密封胶圈，平时只需简单的更换胶圈就行了。事实上，整个尾焰挡板属于耗材，在使用一定次数或年限后就要更换的，而且更换也比较简单，不需要专门到船厂更换的。

尾焰挡板及其一套液压动作和循环散热系统并不算复杂，即便是尾焰挡板的材料，也算不上什么高新技术，它与弹射器及拦阻系统相比，简直就是小菜一碟。控制也是极其简单，它的操作按钮在甲板弹射室内，操作人员会根据指挥人员的手势按一下按钮即可，并可以设置互锁，即挡焰板升起时循环泵就开始工作，落下就停止工作，也可单独控制。温度传感器及压力传感器可以让操作人员清楚的了解到尾焰挡板工作过程中管道中的水压和水温变化。并判断是否在安全范围内。虽然尾焰挡板整套系统非常简单，但是它的重要性无可替代。没有它，航母上的战机和人员安全毫无保障，随时都可能成为发动机高温尾焰的牺牲品。没有挡焰板也能起飞战机，不过，在战机尾后要全部清空，对于尼米兹级，如果是第3号及第4号弹射器还好点，如果是第1号和第2号弹射器的话，后面的停机三角区要差不多全清空了，整个甲板怎么调配战机啊？而且对于滑跃起的战机，如苏-33，尾焰挡板在初始起飞时还有助推的作用，因为强大的发动机尾流喷在挡板上产生的反作用力那是肯定要大于尾流直接喷到空气中的。对于弹射起飞的战机，如F-18，产生的增推作用意义不大，但是苏-33这种靠滑跃起飞的战机来说，增推还是有一定意义的。它全靠发动机推力来进行起飞，因此起飞重理受限，而且把推力加到最大，否则起飞重量也要受到影响的，这种方式对发动机极为不利，并且对尾焰挡板的灼伤也更严重。而事实也证明了毛子库舰上挡焰板寿命比老美的尼米兹级的要短。

作者：林扬