舰载机弹射的力多大

舰载机弹射的力多大

据已公开资料显示,目前在役蒸汽弹射器总重量接近500吨,每次弹射最大输出能量可达到95兆焦耳,最短工作周期为45秒,平均每次耗用近700公斤蒸汽.
　　概念上蒸汽弹射器只是一个大型蒸汽汽缸和一个蒸汽控制系统.将高压蒸汽能量转化为动能进行弹射.然而由于飞机结构强度上的限制,弹射器不但要有足够的输出功率,而且要把输出功率准确控制在飞机可以接受的程度以内.
　　上图：弹射器起跑准备状态
　　弹射的时候,蓄压罐内的蒸汽由弹射阀门释放到弹射汽缸内,缸内压力上升推动活塞前进.弹射阀门的另外一个更重要的作用是精确控制蒸汽进入弹射汽缸的流量变化,以此控制推力和弹射的加速度,以保证飞机结构不会超负荷.
　　上图：蒸汽注入,推动活塞/牵引器带动飞机起跑
　　飞机升空后,蒸汽排放阀打开,让汽缸内蒸汽排出.同时,活塞和飞机牵引器被水刹器减速后停下,然后由归位系统拉回起跑点
　　上图：排气开始,归位系统启动
　　上图：归位系统牵引弹射活塞归位
　　蒸汽弹射器的主要结构
　　从内部结构上看,一台蒸汽动力弹射器按功能可以分成7个主要系统.
　　1.起飞系统
　　2.蒸汽系统
　　3.归位系统
　　4.液压系统
　　5.预力系统
　　6.润滑系统
　　7.控制系统
　　（注：蒸汽锅炉和回收蒸汽装置在结构上属于船的动力系统,不属于弹射器的内部结构,因此本文就不在这里陈述了.）
　　起飞系统的功能是产生动力和驱动飞机,这个系统由7个部分组成.
　　•弹射槽盖/甲板轨道
　　•动力弹射汽缸
　　•汽缸缝盖和密封条
　　•飞机牵引器
　　•推进活塞
　　•速度感应器
　　•水刹器
　　生产测试中弹射槽盖
　　弹射槽结构
　　推进活塞在进行防锈处理
　　蒸汽系统的功能是储存蒸汽,而且控制蒸汽在各管道和汽缸内的排入,流动和排放.这个系统主要有6个部分组成
　　•蒸汽蓄压器/储气罐
　　•蒸汽注入阀门
　　•弹射阀门
　　•排放阀门
　　•减压曲管
　　•蒸汽管道
　　归位系统的作用,是为弹射活塞和牵引器归位提供动力和驱动.主要的部分有
　　•液压发动机
　　•滑轮钢缆系统
　　•归位牵引器
　　归位液压泵
　　钢缆绞机
　　归位牵引器
　　归位系统工作示意图
　　归位液压驱动器
　　蒸汽弹射器的液压系统的功能主要是提供控制动力.主要的部件有
　　•液压泵
　　•排放泵
　　•液压泵
　　•液压管道和阀门
　　•蓄压器
　　预力系留系统位于飞行甲板的起跑点.进行起跑之前,将飞机固定在弹射滑动器上,并且对施加预应力,以避免突然加速受力造成结构过载.这个系统的主要部件有
　　•张力瓶和活塞
　　•电控气压阀
　　润滑系统分布在整个弹射器结构上,主要部分有
　　•润滑油缸
　　•润滑油泵
　　•电控油阀
　　•流量感应器
　　•润滑器
　　上图：润滑系统结构图
　　控制系统是包括所有控制弹射器的运行的部件.主要组成部分为：
　　•主控制台
　　•甲板控制台
　　•飞行控制板
　　•锅炉状态显示板
　　弹射器的动力结构
　　开缝汽缸和活塞直接驱动装置是米切尔式蒸汽弹射器的一个比较独特的结构.通过一些公开的图片,我们可以看到它们的基本结构
　　C-13弹射器的弹射气缸
　　弹射气缸是弹射器最大的一个部件,从图片里面可以清楚看到,整个气缸是分段制造,最后连接而成的.每段气缸长约4米,接口处有密封槽,整个汽缸是通过底座固定在弹射器槽的气缸轨上而连成一体.这种多截连接气缸结构有利于降低生产,运输和维修的成本,而且可以更灵活地应付整体上的热变形.
　　美技术人员为法国航母维修弹射器
　　汽缸缝盖和密封条的最重要作用是在气缸缝外形成密封,另外,密封条和汽缸缝盖在气缸缝的外部形成一个完整的钩型结构,可以夹住汽缸缝以防气缸内部压力增大的时汽缸缝扩大.
　　弹射活塞整体上可以分成3部分,第一部分是气密活塞和活塞环,第二部分是密封条开闭装置,第三部分是水刹锥.在活塞前进的时候,活塞同时将密封条推入汽缸盖和气缸缝的缝隙中完成密封.当活塞到达气缸末端的时候,水刹锥撞入水刹器后开始减速,最后令活塞停下.
　　上图：弹射活塞及密封条开闭的工作示意图
　　上图：弹射活塞前端水刹锥撞入水刹器进行减速
　　上图：弹射器活塞体
　　弹射过程的动力控制结构
　　前面提到,飞机弹射时加速度要控制在可承受的负荷范围内,这是通过控制蒸汽注入弹射气缸的流量和流量的变化来实现的.弹射控制阀在这里起到最关键的作用.这个阀门的开关速度和幅度的精确度会直接影响到弹射加速度的可控性.整个弹射过程对加速度的控制,最后是通过改变阀门的开关时间和幅度还完成的.在操作上,弹射阀门的控制需要通过一条既定的阀门调节曲线来进行
　　上图：弹射动力控制阀
　　不同飞机和不同装备的配搭,都会有不同的弹射重量.要保证足够的弹射速度和正确的加速度,弹射的时候要根据不同的重量制定相应的阀门调节曲线.测定这些曲线的方法,是用一种被称为空负荷（Deadload）的滑车模仿飞机的起飞重量,在弹射器上反复弹射测定加速度而获得弹射阀门的控制数据.
　　随着飞机的装备多样化,飞机和不同装备的总重量出现更多差异,这就需要进行更多的弹射试验.可是,如果在航母上进行试验,滑车落水后要花不少人力进行回收,所以目前这项试验大部分都在装配了弹射器的机场上进行.法国戴高乐航母装备的是美国C-13弹射器,法国要将飞机送到美国的海军测试基地进行试验才最后获得了这些控制数据.
　　蒸汽弹射器的现况
　　蒸汽弹射器这种技术已经在航母上使用了50年,也使唯一经过实战证明的技术.然而,美海军在舰艇设备全面电气化的大趋势下,航母将采用电作为推进的主动力.所有动力设备也将电气化.所以在80年代末,就开始了对电磁弹射器技术的开发,并在费城东部的试验基地装备了电磁弹射器进行试验.在2003年向国会提交的报告中说到,电磁弹射器(EMAL)证实有以下的优点：
　　1.电气结构,技术上容易与其他甲板上作战系统兼容
　　2.操作和维修人员编制简化,而且与其它作战系统人员兼容
　　3.弹射功率提高,有利于装备大型作战飞机
　　4.可控性和可靠性高,简化测试
　　5.结构简化,操作复杂度减低
　　此外,降落拦截索系统同样也将电气化.目前这个项目由通用原子公司(GeneralAtomic)承包.
　　不过,蒸汽弹射器在功能上还是能满足目前作战的需要,而且在运作技术上相当成熟.2003年美海军在公开的财政预算书里还提到了一项改良蒸汽弹射器设施的项目,报告里向国会提出要求拨款提升蒸汽弹射器的试验设施的方案,并且提到提升设备的目的以应付蒸汽弹射器服役到2050年的需要.由此看来,蒸汽弹射器还会在美航母上使用相当长一段时间的.