現代航艦三大發明-斜角甲板、蒸氣彈射器與光學降落輔助系統的起源與發展

蒸汽彈射器的誕生

如同我們在第2章提到的，噴射機的起飛速度需求遠高於螺旋槳飛機，若不依靠外力輔助，絕大多數噴射機都無法從甲板長度有限的航艦上起飛。

雪上加霜的是，新型噴射機的重量也不斷增加，遠超過二戰時期的螺旋槳艦載機。二戰時期最大型的艦載機，最大起飛重量大約在1.3萬磅～1.7萬磅間，但1940年代末期到1950年代初期服役的新一代噴射機，最大起飛重量便達到了1.6萬磅到2.5萬磅，3萬磅級的機型也即將問世，這樣大的重量，已經超出當時航艦裝備的液壓彈射器性能上限。

發展新型彈射器的嘗試

二次大戰後，美國海軍航空局(BuAer)投入了三種型式彈射器的開發，包括：既有液壓彈射器的改良型；一種電力驅動的彈射器設計；以及一種由戰時的德國工程師率先開發、利用火藥爆炸氣體膨脹驅動的開槽汽缸式(slotted-cylinder)設計。

其中改良型液壓彈射器也就是前面提到過的H 8，被安裝在經現代化改裝的艾塞克斯級上，能滿足彈射第一代艦載噴射機的需求。但液壓彈射器已經接近其效率上限，而BuAer發展中的艦載機卻越來越重，如AJ野人(Savage)，以及後來發展為A3D天空騎士(Skywarrior)的新型重型攻擊機等，都是起飛重量5萬磅以上甚至達到7萬磅的機型。於是BuAer局長普萊德少將(Alfred Pride)在1949年1月作出結論：以爆炸氣體驅動的開槽汽缸彈射器，最終將會取代既有的液壓彈射器。

開槽汽缸彈射器的汽缸是一根長管子，圓管狀的汽缸上表面開有長度接近整個汽缸全長的溝槽，透過火藥爆炸產生的氣體壓力，便可驅動活塞沿著汽缸高速移動。活塞頂部則被製成鉤狀外型、以便伸出到汽缸溝槽外，然後透過牽引鋼索(bridle)與飛行甲板上的飛機連接。利用高壓氣體壓力推動活塞沿著汽缸高速移動，便能牽引飛機加速。

BuAer雖然知道英國皇家海軍當時正在發展蒸汽彈射器，不過只將蒸汽彈射器列為第三順位，位於他們自己開發的火藥爆炸驅動彈射器與液壓彈射器之後。

美國海軍的開槽汽缸式彈射器發展，可以追溯到二戰時期的德國技術。二戰時德國也發展了一種用於彈射V-1飛彈的開槽汽缸式彈射器，採用過氧化氫-過錳酸鈉混合液體反應產生的高壓燃氣作為動力推動活塞、然後活塞再帶動V-1飛彈加速升空。二戰結束後，美軍將擄獲的V-1飛彈帶回本土研究，BuAer也參與了相關測試，並特別著重在V-1的彈射器的研究上，以作為設計航艦彈射器的參考，先後以過氧化氫與高壓蒸汽作為動力進行了彈射試驗。

★蒸汽彈射器的早期發展

在美國海軍BuAer的火藥驅動彈射器發展陷入困境的時候，英國皇家海軍的蒸汽彈射器開發卻大有斬獲。

蒸汽彈射器也是屬於開槽汽缸式彈射器，不過驅動彈射的動力來自鍋爐產生的高壓蒸汽，比起美國海軍所使用的火藥更安全、穩定的多。現代蒸汽彈射器的基本型態，是出自皇家海軍志願預備役軍官柯林．米契爾中校(Colin Mitchell)提出的設計。

早在二戰之前的1930年代中期，米契爾便在愛丁堡的MacTaggart, Scott & Co公司擔任工程師，負責為英國海軍部開發開槽汽缸式彈射器，並於1938年獲得了個人專利。他的專利解決了如何將更高的彈射力量傳遞給飛機，但又避免了固定飛機的機構過於笨重的問題。

米契爾提議：可在航艦飛行甲板上埋設一根內含活塞的長管子(即汽缸)，管子上表面開有一條軸向狹縫，飛機則固定在活塞伸出管子槽縫外的鰭狀構造上，只要沿著管子高速推動活塞，便能牽引飛機加速。至於推動活塞移動的動力，則來自未特別指定的高壓流體(或氣體)。這種利用高壓氣體推動管子中的活塞運動，從而作為一種驅動物體移動的方式，其實是一種十分古老的構想，早在19世紀中期時，便有人試圖利用類似的方法來作為鐵路推進機制，也就是有名的「大氣鐵路(atmospheric railway)」。

在1830年代時，由於當時的蒸汽機車頭被認為既不可靠、又骯髒、吵雜，且功率負荷過大以致無法爬坡，一些充滿想像力的工程師，便企圖建造一種乾淨、安靜、輕量的低功率火車，利用大氣壓力的力量來推動設於兩條鐵軌中的列車傳動活塞，從而帶動火車行進。但由於成本與技術問題，大氣鐵軌這項技術最後遭到失敗，未能普遍推廣。

至於米契爾的創新之處，便在於解決了開槽氣缸的漏氣問題。過去的開槽氣缸推進機構設計者，都是試圖在氣缸開槽外部覆蓋襯墊物，來達到密封的目的，但成效均不理想。而米契爾在他那份編號no. 478,427、公開日期1938年1月18日的專利《關於用於發射目的的飛機加速裝置改進(Improvements in and relating to devices for accelerating aircraft for launching purposes)》中，則提出了異於以往的新思路。

米契爾建議使用一種V型柔性襯帶條，來作為汽缸縫隙的密封襯墊，襯帶條與活塞彼此相嵌，透過活塞在汽缸中的前後移動，便可引導襯帶封住氣缸開槽。這種柔性襯帶條被安裝在氣缸內部、位於開縫的正下方，並進入活塞內部、嵌在活塞內的3組滑輪上。當活塞被高壓氣體或流體推動、沿著氣缸向前移動時，活塞內嵌著襯帶條的3組滑輪，便會順勢帶動襯帶條，先由第1、2組滑輪把襯帶條往下壓到活塞下方，以便活塞頂部伸出開槽外的突翅(projecting fin)，能不受阻礙的沿著汽缸開槽移動，然後活塞內的第2、3組滑輪再把襯帶條從活塞突翅後方往上頂入氣缸開槽中，透過氣缸內的壓力即可將襯帶條壓緊，從而保持氣缸的密閉(見下圖的說明)。

米契爾的構想提出後，卻並未立即得到英國海軍部的接受，事實上，當時剛投入服役的液壓彈射器就已能充分滿足艦載機起飛需求，暫時也還用不到米契爾這套理論上具備更高性能潛力的新型彈射器構想。

隨著二次大戰的爆發，米契爾被徵召為現役，中斷了他的彈射器研究工作，不過類似的開槽氣缸彈射器卻在海峽另一邊的德國，率先獲得實用化。

蒸汽彈射器的誕生

如同我們在第2章提到的，噴射機的起飛速度需求遠高於螺旋槳飛機，若不依靠外力輔助，絕大多數噴射機都無法從甲板長度有限的航艦上起飛。

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第1部：噴射機時代的航空母艦 —新挑戰與新需求
導論：噴射機與航空母艦
噴射時代降臨航空母艦
過渡期的折衷方案——活塞螺旋槳＋噴射的複合推進

適應不良的航空母艦與噴射機
噴射機的「航艦適應不良症」
二戰型航艦的「噴射機適應不良症」

第2部：斜角甲板的發明與應用
斜角甲板的誕生
噴射機航艦降落技術發展的起步
陷入歧途的美國海軍
從彈性甲板到斜角甲板

斜角甲板的應用與普及
斜角甲板航艦的誕生

第3部：蒸汽彈射器的發展
蒸汽彈射器的誕生
蒸汽彈射器的早期發展

蒸汽彈射器的普及與演進
蒸汽彈射器的實用化
英製蒸汽彈射器的普及
英國的第二代蒸汽彈射器
美國海軍的蒸汽彈射器應用
改變航艦面貌的蒸汽彈射器
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第4部：光學降落輔助系統的發展
光學降落輔助系統的誕生
黎明期的探索
二戰時期的降落信號官
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光學降落輔助系統的演進
鏡式著艦輔助系統的應用與普及
皇家海軍的第二代光學著艦輔助系統
美國海軍的菲耳涅透鏡光學降落系統

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