如果不是美国人自己承认F-35C8次着舰试验一次也没成功，谁也不会想到，一个处于航空技术边缘的“相当原始”的尾钩竟然会成为影响该机上舰的最大设计问题。试验进行了8次没有一次成功，这在挂索效率上几乎就相当于百分之百的失败。该机自问世以来一直是问题不断，但都不影响批量生产的步伐，而“尾钩挂不上索”则可能让该机舰载型批量生产陷于停滞，尾钩挂不上索放在别的舰载机上也许不是问题，而放在F-35C上却是一个比较难解决的问题。
“闪电”为何会尾钩过短
F-35C出现“尾钩过短”，有人认为是洛马公司没有舰载机设计经验所致，其实洛马也曾多次参与舰载机的竞争，没有设计经验显然不可能。而且相关的设计数据可以通过各种渠道获得。F-35C之所以会出现“挂不上索”，主要原因应该是由于其设计特点和为了控制安装尾钩付出的结构重量所致。
F-35要考虑垂直起降型的设计需要，发动机的安装位置有前移的嫌疑。这样做能将较大的发动机质量控制在靠近重心的位置上，进而为垂直起降型提供更合适的升力作用点，但这样一来，其后果就是波及到了尾钩。美国人对F-35C着舰失败原因分析后得出结论之一是：后起落架与尾钩位置距离相对较短。相对较短意味着阻拦索在机轮压过后来不及恢复原来的绷紧高度，舰载机机轮在跨越拦阻索时，对应机轮的一段拦阻索被机轮压下弯曲，恢复绷紧需要一定时间。飞机向前冲了一段距离后，如果机轮与尾钩之间的距离长一些，则能为拦阻索提供足够的恢复时间。美国人的结论之二是F-35C的尾钩杆过短，造成尾钩最低点高于起落架轮胎，这意味着尾钩有可能接触不到贴在甲板上的阻拦索，也意味着可供利用的挂索时间更短。
从已有舰载机尾钩与机轮的距离数据可以看出：F-35C主起落架和尾钩“头”的距离大约只有两米出头，而F/A-18则超过5.5米，F-14D达到6.6米，连着舰速度低（速度低意味为拦阻索提供的恢复时间长）的X-47B也有3.1米，F-35C尾钩与机轮距离较短的原因之一显然是受到该机机身设计特点的限制，除发动机安装靠前外，还有隐身的需要，这就给尾钩安装位置的确定带来限制性因素，不能太靠后，但也不能太靠前，因为靠前会让挂上拦阻索的机体产生过于强烈的前倾，这将对前起落架强度提出更高要求，而尾钩的自身长度又受到隐身设计上的限制，迫使其着舰钩不能象其他舰载机那样能伸出机尾，甚至连喷管长度也不能跨越。正是由于两头的限制，造成F-35的尾钩长度是所有舰载机中最短的。
美国人在总结经验时还提到F-35C尾钩“形状设计也不合理，拦阻钩杆强度不足”的问题。着舰的时候，由于钩杆强度不足，在最先碰到甲板以后会弹起来。一般来说，尾钩有液压作动筒，它的作用除对放下的尾钩杆产生一定的压力，以保持一个正确的下垂角度外，还可以防止发生尾钩弹跳。F-35C的尾钩短，下放的角度也就比较大，这意味着阻尼力矩大，减振效果不好或尾钩的“刚”性相对较大，再加上该机尾钩长度只有其他舰载机一半不到，尾钩杆显得短粗，更加强了“刚”性，所有这一切汇集到一起，就使得其尾钩碰到甲板后会产生强烈的反弹。
尾钩设计思路及受力分析
飞行器设计中需要完成部件功能的实现与结构重量的权衡。舰载机尾钩设计过程中的权衡工作就是要在圆满解决挂索制动和控制结构重量增加这样一个矛盾的过程中来完成。要通过尾钩将速度高达上百千米/小时、重量在十几吨的机体在长度不超过百米的距离内制动停止，尾钩和安装位置都要承受高达四五个g的过载，不经过加强是不行的。目前美国舰载机尾钩上的过载设计值为4.5g，俄罗斯舰载机则为5g，这意味着大下滑角“砸”向甲板时的高下沉速度导致舰载机的结构加强增重不可小视，而下沉速度的大小就与尾钩有关。由于尾钩只能设置在机腹下，其作用到机身上的阻力线与下滑轨迹成夹角，这个夹角为机身下滑角加阻力线相对于甲板的角度，这样就使得舰载机挂上索后瞬间下沉速度加大，这是舰载机结构加强增重的一大诱因。陆基战斗机下滑着陆下沉速度在3米/秒上下，舰载机下滑角度稍大，只是不拉杆着舰，因此在挂上拦阻索之前的下沉速度也就在5米/秒左右，但在尾钩挂上拦阻索后，拦阻索制动力就会在机身上产生向下加速度，其后果就是下沉速度增加，为结构强度保险起见，设计师就采用了下沉7米/秒的设计指标。
为控制结构增重同时又要达到安全制动舰载机的需要，尾钩的长度和角度的细微变化都会对挂索概率造成影响，短了下放角度就要大，与甲板相撞就容易造成尾钩“弹跳”过拦阻索，过长会造成飞机重重“摔在”飞行甲板上。一般而言，单从控制舰载机为着舰付出的代价出发，尾钩挂索时机应该在主机轮触及甲板之后，这样就避开了挂索后附加给机体的下沉速度。但在实践中往往不允许这样作，因为航母着舰区长度有限，为提高挂索的概率，除了提高着舰精度外，就只有增加尾钩的长度，要不然就是尽量将尾钩安装位置后移。不同的飞机会有不同的尾钩长度和安装位置，但要求基本一致。二战中的舰载机为了提高尾钩挂索效率，不但把尾钩安装位置尽量后移，甚至有的机型还采用了向前折叠的尾钩，降落时偏转角度超过100度，挂索制动结束后再将其折下，然后再复位安装固定，这种方法后来的喷气机也有采用。
但尾钩杆也并不是越长越好，安装位置也与F-35一样，受到控制结构重量的限制。对于设计师而言，在着舰速度、阻拦装置工作特性及机体质量等关键性数据确定下来后，剩下的问题就是再根据军方要求的舰载机适应性来确定着尾钩的制动过载值，这个数据大小要尽量以舰载机可能碰上的极端条件下着舰可能要达到的下沉速度来确定，从某种意义上讲设计师的工作就是在此基础上尽量发挥主观能动性，想尽一切办法实现既满足设计指标又能尽量控制结构增重。尾钩的长度则与挂索的概率有极大关系，因此还应该意识到尾钩的长度会产生一个挂索时机的问题，即是在机轮全部触及甲板后再挂索还是在这之前就挂索，这个时机问题与控制结构增重量意义重大。
舰载机降落时尾钩挂上索后，阻拦力有可能通过飞机重心上部，形成抬头力矩，但此时拦阻索力很小，机身由于有转动惯量，抬头力矩不能对飞机产生足够影响。随着拦阻索的不断被拉出，其阻拦力延长线就会迅速穿过重心移到下面，并且拦阻索阻力也迅速增加，这样就会对机头产生下倾力矩，使飞机低头，但在设计状态下这不是机身前倾的主要原因。当主机轮触及甲板后，其液压支柱受到压缩，就会产生向上的支撑力，而飞机重心在主起落架前面，这就会使机体产生更大的低头力矩。当主机轮被压缩到行程最低后，积蓄在液压装置中的动能就推动支柱开始反弹，而前轮则处于吸收机头前倾带来的向下冲击，这种压缩后反弹也对机体形成下倾力矩。从尾钩挂上索到机轮触甲板，整个过程中机体受到拦阻索制动力和着舰速度惯性力的双重作用，就会形成附加下沉速度，它与舰载机原有的下滑过程中的下沉加速度共同形成最大下沉加速度，在机轮触及甲板一瞬间，这个加速度会使机体达到最大的下沉速度，另外还有制动形成的机体前倾角速度，以上几点就使得舰载机在着舰时往往会呈现急剧低头前倾现象。在着舰时舰载机猛烈低头前倾会增加前起落架的冲击过载，导致其结构增加重量，因此最理想的设计是尾钩挂上索后机体仍然保持原来下滑的姿态，将尾钩的安装点尽量设置在机身较高处或尽量靠后就是出于这种目的，安装位置想高一些会受到结构限制，而尽量靠后则还有后机身加强增重的弊端。 最理想的设计显然是尾钩挂上索后机体仍然保持原来下滑的姿态，将尾钩的安装点尽量设置在机身较高处，尽量让尾钩挂上索时产生的阻拦力通过飞机的重心，就可以达到理想的状态，但要想做到这一点往往受到飞机结构的限制，但理想设计完全可以此来做为设计的参考标准。例如苏-33在安装尾钩上就有着得天独厚的条件，其尾钩设置在与机翼几乎处于同一高度的后尾梁上，翼下吊挂的发动机短舱将机体重心大幅度下降，如果再加上挂弹，重心会更低，这两种飞机的尾钩挂索后机头前倾现象就不太明显。
尾钩发展史上的技术问题
早期螺旋桨舰载机发动机安装在机首，重心相对靠前，采用的是后三点起落架，下滑着舰时的机身姿态与甲板的角度相对较小，尾钩安装位置也相对靠后，这有利于让阻拦制动力通过机体重心。由于主起落架位于机体重心前面不太远的地方，因此在尾钩挂上拦阻索后会有不同的情况出现，有时会出现机尾下沉，有时则会出现前倾。出现前倾是因为主机轮触及甲板后产生的阻力矩由于迎角小会穿过机体重心的后方，让飞机产生低头力矩。出现机尾下沉则是由于机轮产生的冲击力穿过机体重心的前面。再加上下滑着舰过程中机身姿态迎角比较小，因此尾钩挂上索后其机体的运动轨迹与喷气机稍有不同，但分析的思路基本上是一样的，都是尽量让尾钩挂索后产生的阻力线处于重心处或稍高处。
格鲁曼公司将尾钩设计在机尾，制动点离飞机设计轴线比较接近，因此机头下降现象得到了控制。F4U将尾钩置于机尾起落架上，在设计上就是共用一个安装加强点，因此可节省一点重量，但这种设计仍然有机头下落的现象。FR-1为一种喷气机与螺桨混合动力飞机，前为活塞发动机，后部为喷气发动机，这就使得机身与已有的螺旋桨舰载机不同，分为前后机身，用螺栓联接在一起，只能将尾钩置于前机身后截面上，这样一来，阻拦力在机身上形成低头力矩，机头下落现象相当严重。格鲁曼继续在F9F上采用真正意义上的尾钩，但机体被拉断裂的情况也发生过。尾钩在降落挂住缆索后升起，需要人工收回机体。为了提高挂索概率，同时又能更好地让尾钩安装点处于最佳位置上，同时也能避免尾钩杆过长会影响起飞的问题，F11F采用了倒折叠尾钩，尾钩前折，降落时放下，转过90度后就可形成挂索状态，很显然这种设计由于受到甲板阻碍，需要人工重新设定，在降落后需要把尾钩取下，再重新安装让其恢复到收起状态。
F7U做为一种无尾飞机，机身较短，为了消除尾钩常规安装位置挂索时容易造成较大前倾，把尾钩杆设计成两节铰接结构，这样就可将尾钩安装点提高，起到长机身的效果，采用了与F11F同样的折叠式，但考虑到避免人工重新设定的麻烦，中间设置了一个“关节”，但后来被证明并不实用（设计过于复杂）。机身结构也影响到尾钩的设计。双发喷气机可以把尾钩设置在发动机之间的隔梁上，单发喷气机机尾是圆筒状结构，因此早期的喷气机多采用Y型杆的尾钩，不过Y 型尾钩刚性过大，在着舰时，尤其是偏离中线着舰时，很容易造成一侧受力偏大，致使机身蒙皮出现皱褶，甚至着舰失败，格鲁曼的F7F“虎猫”战斗机就出现过此类问题。当知道尾钩安装位置受到限制避免不了机身前倾后，设计师只好加强前起落架强度，F-18从原型发展到舰载，主起落架增加了200千克有余，前起落架也增加同样重量。
尾钩形状及设计也随着着舰飞机的着舰速度及重量增加而变得复杂起来，原来的尾钩是一体结构，再后来出现根据受力特点用尾钩杆加钩头和垫块等几个部件组合形成。在尾钩杆和机体安装点之间采用缓冲装置是减少冲击过载行之有效的方法，因此缓冲装置很快就被运用到尾钩设计上。不为人注意的地方是尾钩杆与机身的联接也由单轴铰接发展成万向节式轴，这样可以减少拦阻索两侧阻力不均造成的尾钩杆对飞机的偏航力矩。隐身要求将尾钩的设计提升到“豪华”程度，一下子就把其复杂性抬到了与机翼折叠相似的程度。F-22将着陆钩贴俯在机尾发动机喷口之间分界凸台下面，还用一个起隐身作用的保形罩包起；F-35则更“豪华”，是将尾钩完全设计在机身内，属于内置设计，做为第一种隐身舰载机，其尾钩设计已经成为一个大系统，拥有液压缓冲装置、可打开收起的隐形盖和锁定机构，甚至连尾钩杆也是两节式，上面一节呈“Y”，下面带钩的部分则通过一个铰接轴与其联接；无人化舰载机X-47的尾钩设计也有新特点，尾钩被设置在内置舱内，放下尾钩前需要打开舱门，这可是尾钩设计史上的最高待遇。
“尾钩风波”
对中国舰载机着舰钩设计的启示
F-35C的尾钩问题意味着舰载机设计大国碰上了舰载机设计的新问题，中国虽然还没有这方面的经验，并不意味着中国舰载机不能避免和轻松解决类似于F-35C的问题，实际上对此问题中国有人早有考虑，例如曾经出现了“舰载机尾钩触及甲板反弹控制”一类的论文。7年前就曾经有网友在讨论中国舰载机时提到如何设计尾钩，其中就提到舰载机尾钩位置、长度及挂索时机对降落的影响问题，并提出利用电子技术来确定着舰钩放下的时机（挂索的时机）。从某种意义上讲利用电子探测技术确定尾钩放下时机就是提出了一种解决着舰钩挂不上拦阻索的方案。就在机轮压缩时放下尾钩掠过拦阻索，合适的时间结合精确的放下速度，就可避免跳起及收放装置阻尼干扰等问题。
自2003年开始，美国海军利用矢量推力型X-31A试验机进行了大量的模拟舰载机下滑着舰试验。由于矢量技术和高精度信标着陆系统的帮助，XF-31A表现出优异的短距高精度降落，试验结果让美国海军大受鼓舞。高精度降落意味着舰载机的着舰误差非常小，可以主动控制尾钩的挂索时机，能够让机体减少近40%的着舰动能，进而能让舰载机从阻拦增重和起落架加强的设计上节省不少结构重量，这在某种意义上也意味着陆基四代机只要稍加改装就可以成为合格的舰载机了。在如此显著的技术进步面前，正在进行最后完善阶段的F-35C不能不受影响，这是“挂不上索”的重要原因， 也从侧面反映研制者想通过充分发挥先进技术作用来控制结构重量的大胆创新，这一点值得中国设计人员注意。
英国航空专家也认为“在先进的飞行控制系统的控制下，采用精确的拉平方式着舰，而不是惯常的‘摔撞’式着舰，再配合使用改进的阻拦技术，就可以降低着舰时施加在机身上的载荷，此时仅需要对机身进行局部加固，加装阻拦钩即可用于航母”。所谓的局部加强意味着未来的舰载机与陆基作战飞机在机体结构强度上差别不大。但据说英国军方就否定了航空专家的想法，仍然坚持要按照现有的设计指标确定舰载机的设计。美国人在F-35C的做法显然与英国人不同，尾钩长度如此之短可能就是在考虑了精确着舰能保证着舰钩最佳挂索时机的概率，F-35C8次试验挂不上索的情况也许正反映了美国海军大胆创新的态度。
参照F-35尾钩设计上的“锐意进取和大胆创新”，中国舰载机也会碰上在结构重量及尾钩挂索概率上如何权衡的问题，具有积极的创新态度可能就是解决问题的一种途径。喷气机一上舰就形成的降落时机轮触及甲板就开足马力的习惯一直延续至今，这种做法加剧了尾钩挂上拦阻索后的制动过载和增加了下沉速度，如果想要从上述精确降落、选定时机挂索等方法上减重，则这个开加力传统也就得修改了。是充分发挥技术进步带来的影响，还是循规蹈矩地走美国舰载机设计的老路？是值得我国设计人员思考的问题。
责任编辑：阚南