航空母舰舰载机势能弹射器的制作方法

本实用新型涉及弹射器，尤其是涉及航空母舰上舰载机使用的弹射器。

背景技术：

众所周知，航空母舰是当今世界各军事强国标致性的大型军事装备平台，而舰载机的弹射器则成为航母执行重载量，高频次，远距离作战，训练的重型舰机离舰的必配装备。

美国是世界上航母最早使用弹射器和拥有弹射器种类最多的国家，(法国“戴高乐”号航母使用的蒸汽弹射器仍是从美国订制到这项专利技术并装备的)它经历了一个世纪来长期的研发，特别是经过上世纪中期美、苏世界争霸，长期冷战带来的航母建造鼎盛时期及本世纪初“小鹰”级常规动力全部退役，核动力航母时代的到来。它在多艘航母上不但拥有功能强大的蒸汽弹射器群，近年来还研发出大功率电磁弹射器装备在核动力的十万吨级超大型“福特”号航母上。而其它国家如：俄罗斯、印度、意大利、西班牙、巴西、阿根廷、泰国及我国的“辽宁”号航母上由于缺少这类技术装备只能采用普通的滑跃起飞方式，(英国航母上则采用高耗油的“鹞式”舰机垂直起降)以“辽宁”号为例：仅管它的舰首采用12°翘起的夹角，有利于轻型舰机在正常气候条件下的升空，但在不良气候及稍大风速情况下对离舰舰机，特别是对我国歼15型这类重载量舰机(它的自重为：17.5吨，挂满弹，满载油料量后达33吨，巡航半径为：1000公里)来说，航母上短距离的起飞甲板。重载量的起飞条件下还是使得它满载使用受到严格的限制。

更由于缺少专用的舰机离舰系统，舰机群在有限的甲板上不同的起，降作业中形成交叉矛盾，容留机数受到限制，作战效能最大化难以发挥。据军事专家们的分析估算：采用和不采用舰机的弹射方式航母整体作战的效能上约有四倍大的差距。这因此成为我国航母整体作战性能中的一个重大的缺陷和短板，同时亦成为我国军事科研领域中一项迫切亟待解决的重大课题。

对航母舰机的弹射，无论采用何种方式，何种结构予以实现，它们弹射的基本原理和要达到的目的都是高度一致的既：通过巨大的爆发性动力源在瞬间，短距离的释放，对舰机实施连续不断的外力驱动，促使舰机在短时间内获得最大的惯性势能并利用这种外力的辅助和自身发动机的动力，迅速而安全的升空离舰目的。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供了一种航空母舰舰载机势能弹射器，它包括钢构制成的主体构架件、势能锤、承重中心轴、势能锤弧形轨道，曲轴杆组合体、电动齿轮锁位器、反冲弹力器、双向导索轮、配重锤弧形轨道、提升钢质构架、循环卷扬机、配重锤、配重锤导轮、双向导轮、自动锁位器、电动小绞车、活动伸缩杆、内置活动钢索、弹簧缓冲气垫装置、弹射推车和增程增速活动杆结构，所述势能锤一端通过承重中心轴与主体构架件活动相连、另一端与曲轴杆组合体上的曲轴头杆一端活动相连，曲轴头杆另一端与曲轴中杆一端用滚轮活动相连，曲轴中杆另一端用滚轮与曲轴尾杆一端活动相连，曲轴尾杆一端与活动伸缩杆一端相连，滚轮设置在势能锤弧形轨道上，双向导索轮设置在提升钢质构架顶部，在提升钢质构架底部设置有循环卷扬机，在双向导索轮和循环卷扬机之间连接有双向导轮，配重锤弧形轨道跨接在双向导索轮、循环卷扬机和双向导轮上，配重锤导轮设置在配重锤内，配重锤在配重锤弧形轨道上运动；所述增程增速活动杆结构由曲轴尾杆内加装活动伸缩杆，在活动伸缩杆内设置有用于牵引伸缩作用的内置活动钢索，内置活动钢索由一整根钢索组成，内置活动钢索两端系于活动伸缩杆的底部用缓冲弹簧活动卡套与活动伸缩杆相连，内置活动钢索中间与两个重叠在一起且在运行中可带动活动伸缩杆前进的重叠对转导索轮和着地牵制钢索相连接，在活动伸缩杆的前端部设置有手工绞盘，手工绞盘通过对缓冲弹簧活动卡套在运行中长度的控制调整活动伸缩杆的伸出长度，内置活动钢索的伸缩端活动设置在内杆两侧的活动槽中。

本发明安装在航母甲板上适当位置，其具体结构为：它由钢构制成的半径园主体构架件1的内部安装用于运行中能产生巨大势能矢量的势能锤2。势能锤运行中受到牵控和承重中心轴3及轴承组合。用于势能锤下坠作业的势能锤弧形轨道4。用于势能锤下坠过程中产生的垂直势能矢量改变为水平方向和传递这种力量的曲轴杆组合体5。用于开放和锁闭势能锤运行状态的电动齿轮锁位器6。用于势能锤下坠运行即将到位时经缓冲处理产生反冲力使势能锤的势能得到完全释放后又将对它的冲击力反回给势能锤使势能锤经反冲后倒退到有利于提升它最佳高位的反冲弹力器7。用于势能锤经反冲弹力器反冲倒位后自动按通电位开关，伸出舌部迅速将势能锤自动锁定在高位的自动锁位器15。

安装用于势能锤下坠作业后再次将它提升待弹射的双向导索轮8(上轮)。配重锤弧形轨道9，提升钢质构架10，循环卷扬机11，配重锤12，配重锤导轮13，双向导轮14(下轮)等提升部分。

安装用于曲轴杆上为增程，增速作用的活动伸缩杆钢索回收电动小绞车16。活动伸缩杆23牵制地索。安装在内杆37中的内置活动钢索18，钢索导轮28，行程调节及顶力机构等。

活动钢索由一整根钢索组成，内置活动钢索两端系于活动伸缩杆的底部并用缓冲弹簧活动卡套24与活动伸缩杆相连，内置活动钢索中间与两个重叠在一起且在运行中可带动活动伸缩杆前进的重叠对转导索轮25和着地牵制钢索17相连接，在活动伸缩杆的前端部设置有手工绞盘26，其上设有手工绞盘检查孔29，手工绞盘通过对缓冲弹簧活动卡套24在运行中长度的控制调整活动伸缩杆的伸出长度，内置活动钢索18的伸缩端活动设置在内杆两侧的活动槽27中，活动伸缩杆一端设置的挡翼板38，所述主体构架件1与提升钢质构架10之间设置有横梁37。

安装用于弹射作业中能有效减缓对舰机冲撞的弹簧缓冲气垫装置19。用于弹射作业中与舰机、紧密配合实施对舰机弹射作业的弹射推车20及弹射机车上的的档焰板，避免弹射推车橡胶轮胎被舰机发动机喷口高温烟气烧损的临时朝上烟气弯道。用于平时对势能锤构件日常保养的安全栏杆21和势能锤重量分组增减精配行车22等等，调试各安装部件后试运行。

本发明运行过程是：

运行前接到指令后，待射舰机由待飞区域缓缓倒入弹射推车的相应位置，弹射推车紧扣舰机特殊部位，(其紧扣舰机的擒纵器待视情研制)飞行员启动发动机做好起飞准备，一切就绪后放行指示灯亮起后将动力调整到最大负荷，操作员开启势能锤下方的电动齿轮锁位器，势能锤在另一端中心轴的牵控下沿半径园弧内迅速下坠，随着它下坠的过程与它紧密连接的各点曲轴杆随之下行并自行变换各自不同的角度和它们的弹射行程，将势能锤下坠中重量加速度产生的巨大惯性势能直接转变为推动舰机飞速前进的惯性势能，并拥有比升空初速高得多的弹射推速，迅速而安全的顺利离舰，势能弹射器作业一次性自动完成。

当势能锤下行即将到达终点时，它与反冲弹力器接触将它的势能余量冲击释放到反冲弹力器弹簧组件上，弹簧组件吸收冲击能量后将弹簧收紧，在势能锤带动曲轴杆，弹射机车将舰机弹射离舰后，反冲弹力器又将收紧的弹力反馈给势能锤，迫使势能锤一次性携各曲轴杆和弹射推车在高位上定位。这样，不但赢得了势能锤再次提升的时间和效率，而且一次性的定位后还避免了势能锤在中心轴的牵控下失重后携曲轴杆系统产生的反复钟摆效应，为势能锤的提升归位再次弹射作业创造了条件。

它的再次复射作业同样十分简单；将它的提升钢索挂于配重锤的起重吊环上，开启循环卷扬机，配重锤向下，势能锤向上，它在配重锤自身重量(约15吨)和卷扬机(约：20吨)向下拉力的双重驱动下迅速上升归位，电动齿轮舌板自动伸出将它锁位后，摘下钢索钩，关闭下方待升自动定位器舌部电开关将它收回后即可快速的进行再次弹射作业，在卷扬机提升势能锤归位的同时待弹射的舰机将进行待射的定位各项准备工作。

本发明特点主要体现在四个方面：

(1)这种由天而降(高度约22m左右，重量25吨左右)重量加速度产生的巨大势能失量直接作用于舰机的弹射推力上，它所产生的力量将十分强烈和巨大。这为舰机的高效，低成本、自动弹射作业的完成奠定了基础。

(2)将这种强大的动力在瞬时，短距内使舰机目身获得最大的惯性势能它的做功行程就显得十分重要(弹射过程中它的施力行程越长效果就越好)在势能弹射方式的结构中它 的中心轴高度越高，半径越长推射的行程随之增长，它们之间的比例关系为：1∶2倍；势能锤的臂长为：20m×2＝40m，25m×2＝50m……。但在舰母实际运用中它的实际使用高度出于各方面的原因将受到限制。另外，如何保证它的行程在舰机弹射作业的后期它的阻力减小后加上自身发动机的动力推进，现有弹射行程的速度赶不上舰机自身速度这个美国目前无论是蒸汽还是电磁弹射中存在的运行弊端方面本方案研发出在曲轴杆上增加活动伸缩杆的方法来解决这个棘手的难题。它可在现有固定行程长度上增程2-20m之间，而另一个十分明显的变化就是它的增速作用：它的行程在弹射作业中的中、后时段内曲轴杆每前进1m外而它随之在这个前进1m的基础上又重叠前进1m，假设它的曲轴杆固定长度为44m，弹射作业用时为4.5·秒，换算它的匀速为9.7m·秒，但通过增程10m后它用时仍为4.5秒，换算它的匀速将达12m·秒，增程到16m后，它的弹射总行程为60m，它的最终推速为18m·秒以上，通过增程、增速处理后它的弹射机理由美国现在普遍的暴发力过后形成的先快后慢，改变为先慢后快，弹射行程追着舰机施力的过程。

(3)利用普通的快速型循环卷扬机与配重锤的上、下循环组合对势能锤的快速提升归位是一种分散重量后小马快速拉大车的方法：假定势能锤重量为25吨，配重锤重量为15吨，卷扬机的拉力负荷为20吨既：卷扬机用20吨的拉力将配重锤提升上构架轻而易举。而将势能锤提升时用卷扬机20吨的拉力加上配重锤15吨的自重将势能锤快速提升归位就成为一个现实。这种利用卷扬机循环作业另外一个好处是：势能锤的下坠作业与配重锤的上升准备作业由于两套系统而互不干挠，这就为势能锤的再次提升快速待射作业创造了条件。它的初期应用目标是：在实际应用中假定以三台弹射器构成一个弹射系统在30架次的舰机弹射波次中力争用13-15分钟的时间全部安全弹射离舰，要达到这个目标除了弹射器本身结构的高效合理外，对舰机群弹射离舰方面的精心安排、科学指挥，协调能力，飞行员对弹射环境和各工序的熟悉程度，快速反应及精准定位能力都将待未来实践中相互磨合、总结、提高。

(4)各种不同重量级的舰机弹射离舰是对弹射器应用范围的一个考验，势能弹射器采用势能锤基础部份加多组不同重量块组合而成，它由不用时待在待用架上大重块和弹射器构架上的精配行车上的小重块共同完成它的精配重量，而它的精配重量配置由陆地试验场多次试验后确定。

附图说明

图1是本发明势能锤初始运行状态主视结构示意图，

图2是本发明势能锤中间运行状态主视结构示意图，

图3是本发明势能锤终端运行状态主视结构示意图，

图4是图8中I-I结构放大示意图，

图5是图4的D-D剖视结构示意图，

图6是本发明手工绞盘横断面结构示意图，

图7是本发明势能锤终端运行状态俯视结构示意图，

图8是本发明增程增速活动杆的结构示意图，

图9是图8的A-A剖视结构示意图。

在图中，1、主体构架件、2势能锤、3、承重中心轴、4、势能锤弧形轨道，5、曲轴杆组合体 5a、曲轴头杆 5b、曲轴中杆 5c、曲轴尾杆 6、电动齿轮锁位器、7、反冲弹力器、8、双向导索轮、9、配重锤弧形轨道 10、提升钢质构架 11、循环卷扬机 12、配重锤 13、配重锤导轮 14、双向导轮 15、自动锁位器 16、电动小绞车 17、着地牵制钢索 18、内置活动钢索 19、弹簧缓冲气垫装置 20、弹射推车 21、安全栏杆 22、势能锤重量分组增减精配行车 23、活动伸缩杆 24、缓冲弹簧活动卡套 25、重叠对转导索轮 26、手工绞盘 27、活动槽 28、滑动轮 29、手工绞盘检查孔 30、调节钢索 31、绞盘卡铁块 32、套体 33、圆锥体 34、缓冲弹簧 35、底垫钢板 36、支撑杆 37、横梁 38、挡翼板。

具体实施方式

从势能弹射器结构运行中的四个方面的结构，运行介绍我们能大致了解到它在未来实际运行中的具体表现。势能弹射器结构包括钢构制成的主体构架件1、势能锤2、承重中心轴3、势能锤弧形轨道4，曲轴杆组合体5(它包括曲轴头杆5a、曲轴中杆5b及曲杆尾杆5c)、电动齿轮锁位器6、反冲弹力器7、双向导索轮8、配重锤弧形轨道9、提升钢质构架10、循环卷扬机11、配重锤12、配重锤导轮13、双向导轮14、自动锁位器15、电动小绞车16、活动伸缩杆23、内置活动钢索18、弹簧缓冲气垫装置19、弹射推车20和增程增速活动杆结构，所述势能锤一端通过承重中心轴与主体构架件活动相连、另一端与曲轴杆组合体上的曲轴头杆一端活动相连，曲轴头杆另一端与曲轴中杆一端用滚轮活动相连，曲轴中杆另一端用滚轮与曲轴尾杆一端活动相连，曲轴尾杆一端与活动伸缩杆23一端相连，滚轮设置在势能锤弧形轨道上，配重锤弧形轨道与支撑杆36相连，双向导索轮设置在提升钢质构架顶部，在提升钢质构架底部设置有循环卷扬机，在双向导索轮和循环卷扬机之间连接有双向导轮14，配重锤弧形轨道跨接在双向导索轮、循环卷扬机和双向导轮上，配重锤导轮13设置在配重锤内，配重锤在配重锤弧形轨道上运动；所述增程增速活动杆结构由曲轴尾杆5C内加装活动伸缩杆，在活动伸缩杆内设置有用于牵引伸缩作用的内置活动钢索18，内置活动钢索由一整根钢索组成，内置活动钢索两端系于活动伸缩杆的底部并用缓冲弹簧活动卡套24与活动伸缩杆相连，内置活动钢索中间与两个重叠在一起且在运行中可带动活动伸缩杆前进的重叠对转导索轮25和着地牵制钢索17相连接，在活动伸缩杆的前端部设置有手工绞盘26，其上设有手工绞盘检查孔29，手工绞盘通过对缓冲弹簧活动卡套24在运行中长度的控制调整活动伸缩杆的伸出长度，内置活动钢索18的伸缩端活动设置在内杆两侧的活动槽27中，活动伸缩杆一端设置的挡翼板38，所述主体构架件1与提升钢质构架10之间设置有横梁37。

本发明所述增程增速活动伸缩杆结构说明：

增程增速活动杆结构由曲轴杆组合体上的曲轴尾杆上加装活动伸缩杆23，在活动伸缩杆内设置有具有牵引伸缩作用的内置活动钢索18，内置活动钢索由一整根钢索组成，它的两端系于活动伸缩杆的底部用缓冲弹簧活动卡套24与活动伸缩杆相连，中间与两个重叠在一起且在运行中带动活动伸缩杆前进的重叠对转导索轮25和着地牵制钢索17相连接组成一个由于行程位置变化，它的行程随之变化的联动体。在活动伸缩杆的前端部设置有手工绞盘26，它的作用是通过对缓冲弹簧活动索卡在运行中长度的控制达到有效调整活动伸缩杆的伸出长度(行程)的目的，内置活动钢索18的伸缩端活动设置在内杆两侧的活动槽27中，在曲轴尾杆内的滑动轮28可减少活动伸缩杆的伸缩摩擦阻力。

运行前用手工绞盘调节好所需的调节钢索30的长度，检查着地牵制钢索的固定位置(位于内杆弹射作业中的伸出点)由于每次弹射作业时它的内杆(行程)是固定位置的，当运行中势能锤带动曲轴杆推动舰机前进到中、后期时内杆中的着地牵制钢索17的预留调节长度到头卡紧内置活动索18在曲轴尾杆5C内，在重叠对转导索轮25的强势顶压力下随之向内侧收缩，带动活动伸缩杆伸出，形成内杆前进1m，而重叠对转导轮顶压活动索向内收缩1m，带动活动伸缩杆重叠前进1m，达到增程增速的目的。

增程、增速杆运行中的速度相当快，自身在运行中产生的势能也相当大，为保障它的行程安全、开发出简易的缓冲弹簧活动索卡套24，它的结构由套体32部份，两片相同的上小下大的圆锥体33、调节钢索30、缓冲弹簧34，以及固定它的底垫钢板35组成，底垫板与内杆底板基础电焊焊成一体，当调节钢索30受力后，两片活动相同的圆锥体紧抱行程调节钢索30，越拉越紧，而在它的顺方向则可轻松的抽出以配合行程的调节。它的手工绞盘26钢索在活动伸缩杆内部且通过它外侧的调节盘可进行长度的调节，调节好适当的长度后，将绞盘卡铁块31卡死在绞盘棘盘上某一个位置。

本发明从物理学角度分析这种弹射方式：它的势能矢量的产生与物体的重量及下坠的高度成正比，它十分类似于我们日常生活中的铁锤钉钉子，铁锤重量越大，用力提起的位置越高，施加到钉子上的受力则越大，反之亦小。在对航母实际的弹射应用中这种由上而下产生垂直势能矢量因空间和高度条件的限制难于满足上述条件，为创造出弹射作业中应具备的充裕势能量又考虑到航母自身结构处理等实际情况及确定数据的需要，本方案在势能锤的高度(中心轴)确定为22m左右，它的垂直高度最低限度过16m，供专家们根据实际情况再予以确定。

伴随势能锤的下坠做功过程中大至将形成以下几个结构性方面的影响，它们分别是(1)势能锤下坠过程由垂直落地改变为弧形落地过程中中心轴对它的牵控作用。(2)下坠过程弧形轨迹形成的时间及行程的倍增。(3)曲轴杆的连接对它运行中产生的牵挂影响。(4)来自舰机弹射推进过程中产生的重量和摩擦形成的阻力。(5)势能锤下坠中迎风面形成的空气阻力等等。势能弹射器结构虽然简单，但在实际的应用过程中存在上述多个方面的阻力因素，以现有物理学理论无法提供有针对性的计算公式和运算方法，但通过对弹射机理的探研和模拟试验中得出的相应估算值仍可作为设计中的参考。研究表明：在上述高程下它每一标准重量吨下坠时产生的势能(动能)矢量相当于在同等状态下水平推力的约：1.5倍左右。也就是说：在上述高程下1吨重量下坠中它所产生的势能量相当推动水平状态下同等重量的1.5倍。考虑到弹射的对象是结构上有着着地轮胎，摩擦阻力相对减少和它自身发动机的推力作用，因此，它的实际弹推力不会小于上述估值。

以33吨载重量的歼15型舰机弹射为例：它的势能锤重量为25吨左右。(保守重量为28吨，它的定型重量将以试验场工程基础试验数据为准)。

本发明下坠运行时间、速度、行程：

物理学中物体的重量由高处坠落过程中它的初始速度为：9.8m·秒，第二秒为：19.6m·秒，第三秒为：29.4m·秒………。物体的重量加速度等值之前它的坠落位置越高，重量越大，形成的势能矢量将越大。物体在自由下坠中22m高程下它的匀速用时约为：2.25秒，但势能弹射的实际应用中受到几个结构阻力的影响，特别是它的下坠因垂直改变为弧形坠落后它的下行轨迹延长一倍，因此它的运行用时也将延长一倍，达到约：4.5-4.7秒左右(在实际作业中由于阻力因素稍有延迟是正常现象但延时过长，则说明势能锤自身重量形成的动力不足，需增重处理)，在这个作业过程中如需更高的速度，则可通过活动增程增速杆与固定曲轴比例构成来调节它的实际需要以构成更为合理的弹射作业的配置(它的活动增程增速杆在行程的设计构成中比例越长，调节作用越大)。

蒸汽弹射是美国航母上使用历史悠久且目前仍在广泛使用的一种，以它的C-13-1 型为例：它的蒸汽弹射行程为76.3m，由起飞，定位、归位、液压、预力、润滑、控制等七个仔系统组合而成。由高压锅炉提供高温高压蒸汽动力，储汽缸储备蒸汽，它的结构不但庞大而且十分复杂，它的单台重量达538吨，占用航母内部空间1100立方米，每弹射一架次就消耗蒸发量的20％由于采用锅炉提供动力它的储汽，生产辅机数多量重、其中用于耐火保温的材料就重达几十吨。因为过于复杂的各工序中难题一直伴随美军近七十年来的使用过程，据资料显示：它的一个开口U型槽及活塞金属垫密封问题就困绕了几十年才勉强解决，至今在使用中仍需频繁更换。

为在实战中提供饱和的弹射量，它在多艘航母上都配置有3-4台弹射器以组成一个密集的弹射系统。而每台弹射器需40-50人从事各工种之间的配合以维持它的正常作业，由于锅炉不能熄火，长年累月由船携带的燃油储备不但挤占大量空间，大量消耗后成为巨额成本。用于弹射系统各岗位庞大而雍肿的非战斗人员占到它全舰编制人员的五分之一至六分之一，这令财大气粗的美国军方也设法考虑它的技术替换问题。2013年美国军方向国会提出新的拨款预算，计划用专项资金用于现有蒸汽弹射的技术改造上，并计划通过技改后将蒸汽弹射使用到2050年。届时蒸汽弹射方式将告别它百年的历史。

与这种使用近七十年历史悠久的蒸汽弹射“大、老、粗”形象相比较2013年10月23日花费了28年研究时间，32亿美金巨资研制装备在十万吨级超大型核动力“福特”号上的大功率电磁弹射器当属世界军事科技领域中的“高、大、上”时髦项目。

电磁弹射根据电磁感应原理，采用超大型强迫储能系统(超大功率电容器)直线电机驱动技术，弹射微机控制技术等高科技复杂系统构成。它的总重量为280吨，体积425立方米，约为蒸汽弹射重量及体积的二分之一。它每弹射一架次时间为3秒左右，但峰值电能功率确高达百兆瓦。而为准备下个架次弹射作业中一次性需补充储能就达6350千瓦。由此可见它对电能的耗用量多么巨大。电磁弹射对巨额电能的需求在现有常规动力航母中难有用武之地。除此外电磁弹射作业中产生的超强电磁场对舰机和舰母所有的电磁设备都非常敏感，极易受到干绕，为加强对电磁的屏蔽工作，虽然采用更为复杂的磁条片块处理，但由于开口结构，它的电磁泄露仍为一个十分棘手的难题，而超大容量强迫充电装置在如此短瞬的频繁过载充电，放电后引发的线路高温和材料疲劳同样将形成重大的安全隐患。

我国在电磁弹射技术的研发中也走在了世界的前列，以海军工程大学马伟民教授为主的课题组奋力拼搏攻克了众多的技术难题，建立了世界第二条试验意义的电磁弹射跑道，为我国尚未定型起步的舰机弹射领域贡献了技术储备。电磁弹射作为一种先进的弹射方式值得探研，但它对电能的巨大需求特征以至于在我国现阶段并不适合刚刚起步特别是使用第一 代常规动力下的深蓝航母现实。而我国对蒸汽弹射的研制工作也有年头，但它的进展“只见楼梯响，不见人下来”据传遭遇技术瓶颈的制约暂未取得重大突破，这也许就是我国舰母弹射领域所面临的现实。

三种弹射方式的能源构成及结构对比

我们小的时候玩弹弓或弓箭时一手执弓，一手将包裸“弹丸”的橡皮筋用力张开，一松手弹丸被抛射出去了，我们对橡皮筋施加的力越大，弹丸的射程就越远，是什么原因产生了这种弹射现象呢？这是因为我们用力张开橡皮筋时，橡皮筋储能变形，一松手后弹丸被抛射正是储能后释放的结果，如果没有这个力的积储过程再好的弹弓或弓箭都不可能自动弹射出“弹丸”或“箭簇”。由此我们可以得出结论：能量的积储和释放是弹射机理形成的基本要素。现代舰机的弹射与小小的玩具弹弓相比其原理和要达到的目的都是一致的，所不同的是这张“弹弓”所弹射的是重量达几十吨的舰载机，而弹射时所积储的能量十分强烈而巨大罢了。(由此我们可联想到常规动力下难于使用电磁弹射的道理)。

以蒸气弹射器为例：它的动力来源于燃料(舰船一般采用燃油)通过锅炉的燃烧加热淡水(舰船一般采用人工淡化水)加工成高温，高压的蒸汽、蒸汽推动活塞运动对舰机实施弹射，这是一种典型的化学能转换为动能积储与释放的方式。

电磁弹射同样是一种能量的积储，转化和释放的过程，由强迫型电能储备系统(超大型电容器)在短暂的40秒内积聚巨大的电能量利用电磁感应原理的直线电机的驱动释放能量完成弹射作业。

本方案的势能弹射方式同样进行这样一个过程：以快速型卷扬机的拉力和配重锤的自身重量下坠过程将势能锤用50秒提升到一定高度后，势能锤用4.5秒左右的下坠做功时间完成50秒能量的积储与释放达到舰机弹射离舰的目的。

无论是蒸汽弹射的化学能转换，电磁弹射中的电能电磁能转换，或是势能弹射中的电能机械能转换，一个落脚点是十分重要的既：航母执行任务中在这个远离陆地封闭的容器中，它的一切，除空气外任何物资、设备、油料都需随船携带，因此它的能量转换率的高低就显得尤为的重要。

再以蒸气弹射为例：蒸气由化学能通过锅炉的燃烧将淡水转变为高温、高压汽体过程中它的一般效率为：75-80％，这是因为在燃烧过程中将产生大量的含热量高温烟气和高温体对接触它的材质的热量幅射和传导及产生散热过程和各类机械设备的运动损耗，锅炉高压运行状态下的注水补充，燃油管道的泵输送，烟气含硫的处理，大量再生淡化水的制取(一般采用漠法再生)等无一不是以大量能源消耗为基础实现的。

电磁弹射的应用基础是规模电能的供应，在常规动力中它的动力产生主要用于对舰船的推进方面，如强行应用就需增设新的电能产出，其中发、输、供、变各系统的配套庞大而复杂将堪比一座海上工厂，这些大量的设施、设备和赖以生存的燃油储备将挤占宝贵的舰母空间，而复杂的设施、设备的运转又形成众多的工种需求，非战斗人员的大量增加反过来又形成后勤保障相关的各类生活设施、设备物资流的大量供应储备和消耗，最终带来动力更大的无功消耗和整体作战效能的锐减。航母作为一个现代化海上作战总系统，而舰载机的离舰只是它的一个分支任务，它对航母总系统的影响过大，能源的消耗比例过多，非战斗人员的增设过于庞大必然影响到其它真正作战系统的效能构成上——必竟舰机的离舰只是舰母众多的系统中一个环节而已。

势能弹射器没有发明之前美国人的蒸汽弹射一统天下，而它花费28年时间，耗资32亿巨资研发的电磁弹射不见瘦身，反而复杂的程度堪比登月工程，它的高耗能程度更是令世人吃惊，同时它为人们对这个领域带来了更大的神密感，认为：对航母舰机的弹射唯有蒸汽、电磁两种途径。在这种情况下这种巨大的能源消耗就显得很正常，须知：这种“正常”确是以牺牲舰母整体作战效能为前提的。

我们从示图中能一目了然、清晰的了解到这种弹射方式的工作原理，它的作用与特点。它原理的普通，结构的简单程度很可能令人质疑它的作用，但只要通过耐心细致的分析，你会发现它的实质所在：在低成本下，实现高效、自动化的弹射作业上几乎任何一点上也不输于上述两种方式。比如在弹射质量上还将大大优于上述两种弹射方式。

由于结构简单但实用，因此制造容易、成本低廉，操作简单，维修方便，与蒸汽、电磁弹射方式相比较它的总重量为：110吨左右(其中势能锤为25吨，金属构架45吨，卷扬机10吨，各曲轴组合5吨，配重锤15吨，其它部件约10吨)是蒸气弹射的五分之一，电磁弹射的五分之二，各类工作人员编制的十分之一，电磁弹射能量消耗的三十分之一(美国电磁弹射补充电能量计算：6350千瓦÷卷扬机等电机容量170千瓦)据资料介绍电磁弹射利用率还高于蒸汽弹射的8倍。因此与蒸气弹射在对能源的消耗方面更是无法比较。在占用航母空间中对比：蒸汽为1100立方米，电磁为425立方米，势能为：甲板以下约40立方米，甲板以上视实际结构计算。

由于采用普通电量、电压它对电能没有特殊的要求，在结构上除了一台循环卷扬机，不提升时不消耗一度电、一滴淡水，在势能锤弹射作业过程中几乎再无其它能量的损耗，由于耗能少，常规用电，然而不再向上述两种弹射方式那样消耗大量的燃油，因此可节省大量的储油空间和节省以亿计为单位的巨额的运行费用，特别是简单的结构就能达到低成 本下的高效弹射目的。因此它的制造成本可能只有上述两种弹射方式的百分之一，初期基础工程研究费用的万分之一，它与上述两款弹射方式在再次复射的准备间隙时间上尚有微小差距，蒸汽由于是提前准备好储汽缸内的蒸汽它的再次复射间隙理论上为：35秒，电磁快速充电间隙为：45秒，而势能需将势能锤提升归位后才能再次复射，它的22m高程中需用时约为：50秒，既垂直上升速度为0.44m·秒。但这项微小差距并不影响到它的整个品质，这是因为当弹射一架次舰机时，另一架必须待在侧面的安全区域内，只有当这一架次弹射后待弹射的舰机缓缓倒入弹射位置后才能再次进行弹射作业，这个倒机定位的作业时间最快也在一分钟以上，因为是一个不同工序间的相互配合作业，弹射器作业时间间隙再快，对加快舰载机弹射没有实际作用。

在三种不同结构的弹射作业性能对比中，如上所述：蒸汽和电磁的动能都为爆炸式的释放过程，它们初始弹速都达到惊人的6g，随着做功将舰机推进，蒸气力度骤减为2g，电磁降为3g，它们总的趋势是先快后慢。这种先快后慢的作业方式极易产生对舰机的过量冲撞而损坏舰机，特别是对飞行员的突然过载对身体产生的不适感(法国舰机飞行员就有弹射过程中因过载产生身体不适而昏厥坠海的事例报道)而在后期推速锐减后美国F16舰机飞行员又常侃谈这种过山车的感觉：激烈的冲撞过载后，蒸汽的推速还不如舰机自身发动机来得快。细析这种前期动能过量，后期动能不足的运行方式这是因为初始时舰机处于静态，当对它的冲撞后它着地轮快速滚动，阻力随之减小，加上发动机的自身推力，而此时上述两种能量弹射方式当爆炸式释放后，动能瞬间锐减，致使它后期的行程慢于舰机的自身的速度，因此后期的行程再长也无实质上的弹射推进作用。

势能弹射正好与上述运行方式相反，这是由以下原因形成的：当势能锤下坠时它的势能还未形成巨大的动能，当接触到静态的舰机时舰机的重量和摩擦阻力，特别是它的弹射推力在接触舰机前的弹射推车时结合部的缓冲弹簧和气垫吸收一部份能量才传递给舰机，到了中、后期巨大的势能形成，舰机由静态到高速动态后阻力的减少，弹簧缓冲器装置的复形弹力，特别是活动增程，增速伸缩杆的参与，它的固定曲轴杆前每进1m的基础上再重叠前进1m，因此形成由慢到快的运行过程，这种方式十分有利于“人·机”都有一个对弹射的适应过程，因此，在机理上更适宜舰机迅速升空的弹射实际需要，对弹射器本身的运行安全同样是个利好因素，在现有情况下要做到这点已十分难得。

据资料介绍：美国蒸汽弹射器作业中它的重大事故率平均每二次为305周时间，笔者分析很有可能与这种先快后慢的结构运行方式有着密切的关系。

随着现代军事科技日新月异的发展，航母舰机配置的功能多样化成为一种发展趋 势。在我国舰母上空警200，空警2000及无人机的上，离舰将成为未来的一种新“常态”，这为舰机弹射领域的应用与发展提供了更大的契机和空间，同时将增加它完成任务的难度，不同类别的飞机重量，结构千差万别。电磁弹射由于采用微机控制技术对不同重量级别的不同舰机的离舰施力方面能做到精确调节。蒸汽弹射它的可控比为：1∶6既它的调节范围通过蒸汽流量阀得到6个级次的可控调节。如上述：势能弹射器的势能锤由基础部份和若干组不同重量块分片或重叠组成，它的重量配比在试验场中经多次弹射后确定相关数据，不参予作业的重块预留在待射架上随时待命，如得到变更指令后只需迅速与基础部份的活动扣连接，取出固定栓即可进行弹射作业，用时约：10秒，它的可控范围比为：1∶12左右(既：保证它的精准率控制在±100kg级范围内)。第二种方案是在完成三台套弹射系统后，不同重量级的舰机离舰时各行其道，互不干绕。在弹射不同重量级的作业中，电磁弹射无疑具有优势。但综观分析三种不同结构的弹射方式的可控调节方面，除了弹射作业中的施力大小调节外，它们的弹射行程同样起着调节作用，蒸汽、电磁的行程都是固定的，而势能弹射确能调节不同重量级起飞的弹射上作用独到。它可随不同增程的需要快速的进行调节，以适应不同弹射对象的离舰需要。它的势能锤垂直高度最低限度为16m，在弹射推速上如对单级增程伸缩杆产生的推速还需更高的要求，还可在单级增程杆基础上采用该原理增设为双级重叠增程伸缩杆结构，使它最终的弹射推进速度达到24-26m/秒之间，弹射作业时间缩短至3-3.5秒，以便完全满足任何类型舰机升容条件需要它的有关部件如：紧扣舰机的擒纵器，用于着地控制钢索预留盘索器等视情况后再另行研制。