一种航母舰载机弹射器的制作方法

本发明属于航母装备技术领域，涉及航母上弹射舰载机起飞的弹射器，具体涉及一种航母舰载机弹射器。

背景技术：

航空母舰以舰载机为主要作战武器,可以提供空中掩护和远程打击能力，是现代海军不可或缺的利器，是一个国家综合国力的象征。舰载机在航母上起飞的方式有三种：滑跃起飞、蒸汽弹射和电磁弹射。据资料报道，采用弹射起飞的航母的作战能力，比采用滑跃式起飞高三到四倍。弹射器是航母关键系统之一。

滑跃起飞结构比较简单；不产生多余的能量和人员消耗；也能在一定程度上减轻航母的研制成本和重量；减少控制流程等，比较适用于航母的初期发展。由于不能借助任何外力，这就要求舰载机本身拥有足够的机动能力，且战机起飞的效率比较低，不能携带较多的燃油和弹药，此外较重舰载机如加油机、预警机等不能上舰起飞，综合战斗力大大降低。

蒸汽弹射器体积大、重量重、效率低、对舰上辅助系统要求高，运行和维护费用相对较高。蒸汽弹射器只能弹射一定重量的舰载机，一些舰载无人机就无法弹射。受气缸属性的限制，存在低效和密封问题，其蒸汽能量的利用率约5%，效率很低，导致蒸汽消耗量很大，甚至影响航母动力。据有关资料报道，蒸汽弹射器的机械磨损很严重，尤其是金属密封条，舰载机每弹射一次都会与之摩擦一次，更换量非常大。统计数字显示，运转蒸汽弹射器的费用占整个航母全部设备维护费用的80％，差不多需要500人来保证蒸汽弹射器的运行和维护。

电磁弹射与传统的蒸汽式弹射器相比，具有容积小、对舰上辅助系统要求低、效率高、重量轻、运行和维护费用低廉的好处，被称为未来航空母舰的核心技术之一。因电能的特殊性，用于持续平稳工作的场合，表现出高效、洁净、控制灵活等优越性；如果用于瞬间爆发工作的场合，则易出低效、过热、控制困难、元件易烧蚀、故障高发等缺陷，并且海洋常年环境湿度几乎是100%，增加故障的出现几率，有些评论提出电磁弹射技术的风险超过了它的优势。此外电磁弹射用电惊人，充电功率约为4兆瓦，对常规动力航母是个巨大的挑战。此外，如何屏蔽电磁辐射减少对人体伤害和电磁干扰问题、快速散热以减少弹射间隔提高弹射效果等问题，都是航母装备电磁弹射器亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题为具有效率高、能耗低、运行和维护费较低、体积小、故障率低、弹射能力强，弹射机种范围宽的航母舰载机弹射器。

本发明的技术方案为：

一种航母舰载机弹射器，包括动力装置和牵引装置，所述动力装置包括设置在弹射跑道终端甲板下方的多组蒸汽马达；所述蒸汽马达均通过连接储气罐提供动力和通过弹射系统控制台控制启闭；所述蒸汽马达的输出端设有转轮；所述转轮设有离合器并且与牵引装置连接；所述牵引装置与承载舰载机的滑车连接；所述牵引装置包括与转轮连接的牵引带；所述牵引带的一端与转轮连接，牵引带另一端通过夹紧机构固定在滑车前端；其特征在于，所述夹紧机构包括卡头、上夹紧器和下夹紧器；所述卡头上下分别有两个凹槽；所述的下夹紧器可夹持卡头下凹槽；所述卡头中间部分设有与的牵引带连接的连接头，所述上夹紧器包括“l”形固定件，所述固定件包括竖板和底板，所述底板上设有可供卡头穿过的圆孔，所述圆孔上设有容置连接头的缺口，所述的固定件的两侧均设有上夹紧板，所述上夹紧板之间通过弹性件连接，上夹紧板下部内侧有凸台，在凸台和弹簧力的作用下夹紧卡头上凹槽。

下夹紧器包括固定托板，所述固定托板通过托举气缸推动上下运动，还包括保障固定托板保持直线运动的托举导向柱，所述固定托板上设有下夹紧气缸和夹紧导向柱固定安装在固定托板上面，下夹紧气缸上设有下夹紧板，下夹紧板上部内侧有凸台，夹紧导向柱保障下夹紧板保持直线运动；

进一步的，所述蒸汽马达包括机壳、转子、叶片，所述机壳上设有转轮刹车装置、进气口和排气口，机壳内设有传动主轴，传动主轴上设有转子，所述转子周圈设有叶片槽，叶片槽内设有可径向滑动的叶片，转子固定在传动主轴上。

进一步的，所述滑车未与牵引装置连接端设有复位装置，所述复位装置包括复位发动机，所述复位发动机带动复位钢索循环转动，复位钢索连接复位拖车，复位钢索与复位拖车之间设有导向滑轮，所述复位拖车通过前端铰链凸轮结构与滑车连接，复位拖车的后方设有限位装置。

进一步的，所述蒸汽马达以组合方式共同弹射，呈v字形排列或x形排列。

进一步的，所述滑车与动力装置之间设有水刹锥撞入缓冲器。

本发明的有益效果为：

1.本发明与传统技术中蒸汽弹射一样利用蒸汽驱动，与航母发动机共用蒸汽锅炉、供水和尾气处理系统，不同之处是采用特制大功率马达直接牵引弹射，替代现有蒸汽弹射器的气缸动力部分，解决蒸汽弹射存在的蒸汽利用效率低、能耗高、体积大、重量重、维修工作量大等问题。

2.本发明采用多组马达配合自动系绳装置多实现牵引力灵活输出，解决蒸汽弹射存在弹射范围窄，过大和过小的舰载机不能弹射的问题。每套弹射器既能弹射百公斤级的轻小舰载机，又能弹射数十吨的战斗机，还能弹射超过五十吨的重型舰载机，同样弹射任务蒸汽的消耗量不到蒸汽弹射的五分之一，采用数倍比的大转轮结构，降低马达输出转速，避免高速摩擦引起的各种机械磨损，故障几率降低。

附图说明

图1为本发明总结构示意图。

图2为本发明蒸汽马达x形排列结构示意图。

图3为本发明蒸汽马达x形排列结构俯视示意图。

图4为本发明夹紧机构结构示意图。

图5为本发明夹紧机构主视结构示意图。（使用的是上夹紧器使用气缸的图）

图6为本发明夹紧机构结构连接状态示意图。

图7为本发明夹紧机构结构脱开待命示意图。

1、航空母舰2、弹射系统控制台3、复位发动机4、导向滑轮

5、复位钢索6、限位装置7、舰载机8、复位拖车

9、释放杆10、拖曳杆11、滑车12、夹紧机构13、速度传感器14、储气罐15、总控制阀16、蒸汽马达17、单路控制阀18、缓冲器19、转轮20、牵引带21、进气口22、排气口23、马达刹车装置24、卡头25、固定件26、上夹紧器27、托举气缸28、夹紧气缸29、夹紧导向柱30、下夹紧器31、固定托板32、托举导向柱

具体实施方式

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明进行进一步说明。

如图1所示，

一种航母舰载机弹射器，包括动力装置和牵引装置，所述动力装置包括设置在弹射跑道终端甲板下方的多组蒸汽马达16，所述蒸汽马达16均通过连接储气罐14提供动力和通过弹射系统控制台2控制启闭，所述蒸汽马达16的输出端设有转轮19，转轮19内部有离合器，制动及复位时转轮19与蒸汽马达16可以脱离，所述转轮19与牵引装置连接，所述牵引装置与承载舰载机7的滑车11连接，所述牵引装置包括与转轮19连接的牵引带20，所述牵引带20的一端与转轮19连接，牵引带20另一端通过夹紧机构固定在滑车11前端，其特征在于，所述夹紧机构包括卡头24、上夹紧器26和下夹紧器30，所述卡头24上下分别有两个凹槽，下夹紧器30可夹持卡头24下凹槽，上夹紧器26可夹持卡头24上凹槽，所述卡头24中间部分设有与的牵引带20连接的连接头，所述上夹紧器26包括“l”形固定件，所述固定件25包括竖板和底板，所述底板上设有可供卡头24穿过的圆孔，所述圆孔上设有容置连接头的缺口，所述的固定件25的两侧均设有上夹紧板，所述上夹紧板之间通过弹性件连接，上夹紧板下部内侧有凸台，在凸台和弹簧力的作用下夹紧卡头24上凹槽，防止掉落或退出，气缸27推动卡头上下运动，克服弹簧力，进入或退出上夹紧器。

下夹紧器30包括固定托板31，所述固定托板31通过托举气缸27推动上下运动，还包括保障固定托板31保持直线运动的托举导向柱32，所述固定托板31上设有下夹紧气缸28和夹紧导向柱29固定安装在固定托板31上面，下夹紧气缸28设有下夹紧板，下夹紧板上部内侧有凸台，下夹紧板松开和夹紧通过下夹紧气缸控制，夹紧导向柱29保障下夹紧板保持直线运动；

进一步的，所述蒸汽马达包括机壳、转子、叶片，所述机壳上设有转轮刹车装置23、进气口21和排气口22，机壳内设有传动主轴，传动主轴上设有转子，所述转子周圈设有叶片槽，叶片槽内设有可径向滑动的叶片，转子固定在传动主轴上，蒸汽马达16设有独立的拉力感应器，信号回馈到弹射系统控制台2，可以精确测量单台马达的牵引力的变化；每台马达上都有独立的进气口21和排气口22，每个进气口都有独立的弹射阀门，通过弹射系统控制台2可以精确控制进入单台马达的蒸汽流量，从而精确控制每台马达的弹射速度和弹射力。

本发明中的弹射马达采用叶片式结构，这种马达具有高能量密度、高功率密度、高热效率等优点，单台马达功率可设计为十兆瓦级，多台组合达到百兆瓦级，蒸汽容易高能量密度储存，大功率弹射容易保证。叶片式蒸汽马达还具有最优良的动力输出特征，具有最宽的功率、扭矩、转速输出范围，输出的动力特征不仅适合弹射需要，还容易保持多组马达自动同步工作。无论何种弹射技术，动力设备是关键，与这些技术方案的动力设备相比，蒸汽马达最具有优势，这种观点可以通过实践证明。

进一步的，所述滑车未与牵引装置连接端设有复位装置，所述复位装置包括复位发动机3，所述复位发动机3带动复位钢索5循环转动，复位钢索5连接复位拖车8，复位钢索5与复位拖车8之间设有导向滑轮4，所述复位拖车8通过前端铰链凸轮结构与滑车11连接，复位拖车8的后方设有限位装置6。

进一步的，所述蒸汽马达以组合方式共同弹射，呈v字形排列或x形排列，以弹射跑道为中心，马达向外，转轮向内。

进一步的，所述滑车与动力装置之间设有水刹锥撞入缓冲器18。

其中，牵引带采用重量轻，强度高的纤维制造，如碳纤维材料，截面制造为带型、圆形或者松散状态；牵引带可径向层层重叠缠绕到转轮上，也可轴向并列缠绕到转轮上。

弹射时，舰载机7在甲板待飞区，滑车11通过牵引装置挂住舰载机前轮，滑车11通过拖曳杆10带动舰载机7运动，蒸汽马达16输出的功率速度牵引力通过总控制阀17调节，这样蒸汽马达16通过牵引带20带动舰载机7直线运动，蒸汽马达16通过弹射系统控制台2控制，蒸汽马达16转动，通过牵引装置对滑车11产生拉力，舰载机开动发动机，开始弹射；通过速度传感器13进行监测，当舰载机7和蒸汽马达16的动力都达到要求时，对滑车11制动，舰载机加速滑行，进入弹射起飞状态；舰载机达到起飞速度后，拖曳杆10与舰载机脱离，在缓冲器作用下滑11和蒸汽马达16逐渐停止并复位，准备进入下次弹射；舰载机7离开甲板升空，进入自由飞行状态。

在使用时，

因马达数量的增加可随空间的增加而增加，组合后可以产生的弹射能力几乎不受限制，满足航母最大弹射需要。因航母条件苛刻，降落的舰载机重量有限制，弹射起飞的舰载机重量不能太大。目前已知最大舰载机约30吨，考虑以后舰载机的发展，最重的舰载机可能舰载加油机，起飞重量有可能达到50吨，进行空中加油后，重量减轻可以降落到航母上。加速度按3g考虑，弹射器需要的弹射力约150吨，由于飞机发动机还能提供部分动力，重型飞机起飞初速度较低，总弹射力能达到150吨力能够满足目前舰载机的需要。

采用马达弹射，单台马达输出功率设定为10兆瓦级，转轮直径采用约3米，最大牵引力可达到16吨力，采用十台马达可满足最重舰载机的弹射要求。

航母上的舰载机多是中型舰载机，根据舰载机的重量不同，匹配不同数量的马达，过大和过小的弹射力对舰载机起飞都不利，弹射加速度稳定到3g最佳。

轻型或不足一吨的小型舰载机，选用单台马达弹射，适当降低供气压力，提供适当的弹射力。

这样上舰舰载机的重量几乎不受限制，每条弹射跑道都可以弹射小至不足一吨的无人舰载机，大至50吨的重型舰载机，这样航母对于舰载机的重量限制范围放宽。

马达的最高功率转速达到数千转甚至万转，但过高转速额外消耗较多动能，尽量选用低输出转速。转轮直径不小于3米，每转弹射速度约10米，当弹射最大速度接近每秒近百米时，马达最大输出转速10转/秒，转速相对低，消耗动能少，机械磨损小，有利于延长马达使用寿命，降低故障率。转轮直径较大，需要用高强质轻材料制造，自重越小弹射效果越好。

马达有宽的输出功率和转速，及本身的软特性，即使某个马达因输入蒸汽有差异，不影响多个马达的同步，控制进入马达的蒸汽流量即可有效控制弹射速度。

马达的动力具有软特性，整个弹射过程弹射力比较柔和，波动范围小，舰载机如同坐在气垫上滑行，延长舰载机使用寿命。

常规马达的能量转换效率达到40%，特制的马达能量转换效率应该更高，意味着同样的弹射任务对于蒸汽的消耗，不到蒸汽弹射的六分之一，能量消耗如此低，对于需要经常补给的航母意义重大；蒸汽消耗量的减少，对输送的管线、控制阀、储汽罐要求都降低，这些配套设施的制造难度和安装维护费用都随之降低。

航母属于大型船舶，燃气轮机和内燃机并不适用，无论是常规动力还是核动力，多是采用蒸汽轮机作为发动机，蒸汽是航母的第一动力，优先选择。马达弹射直接使用蒸汽，与航母发动机共用锅炉和废气处理系统，也是一大优势。

蒸汽弹射能量利用率约5%，明显太低。电磁弹射的直线电机效率虽然达到60%，考虑发电效率，及电能经过多个系统后的各种损失，实际综合效率不超过15%（航母发电使用的水蒸气能量设为100%），电能经过多个系统，损失的能量大部分转化为有害的热能储存在系统内部，需要增加强制散热系统，进一步增加电磁弹射的复杂性，容易系统的不可靠。

多台马达同步工作，即使某个马达损坏，采用其他马达仍能完成弹射任务；单台气马达具有结构简单，体积小，不易损坏，更换维修容易；因蒸汽消耗量的减小，配置的蒸汽管线、控制阀、储汽罐体积都减小，在航母上布置容易，检查维护方便。这些都提高了马达弹射的可靠性，弹射千次无重大故障容易保障。每艘航母只需建造两条弹射跑道，即可保证航母在远洋长时间服役，能够随时弹射舰载机，故障率很低。