[发明专利]弹射用动力源单元体和航母燃气蒸汽弹射器及弹射方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种弹射用动力源单元体和航母燃气蒸汽弹射器及弹射方法，尤其是由火药燃烧产生的高温高压燃气加热冷却水生成蒸汽的弹射用动力源单元体和用弹射用动力源单元体作为动力源的协助航空母舰上的舰载机起飞的燃气蒸汽弹射器及其弹射方法。

背景技术

由于飞机的功能多、且综合作战效能高，所以，自从莱特兄弟发明飞机之后，人们就试图使飞机能在军舰上起降。固定翼飞机从航空母舰上起飞，目前主要有三种方式：垂直/短距起降飞机直接从飞行甲板上起飞；滑跃式起飞；弹射起飞。

应该说，垂直/短距起降飞机有一些优点，但也存在一些无法克服的致命的弱点，如：太费油，在垂直起飞的时候要消耗掉总油料的1/3，作战半径只有100km左右，不具备远航能力；载弹量和载油量太小，若增加载弹量，则不能垂直起降了，必须要一段跑道，这样还不如发展常规舰载机；飞行速度低，时速只有1000km左右，属高亚音速飞机，无法在空中进行高速格斗作战，而一般作战飞机都达1倍音速以上；操作太难，飞行员不好训练，英国在马岛战争时就有5架“海鹞”战机因为操作失误坠毁，既费劲又费钱；发动机在全负荷运转的时候对环境要求高，一旦有因为起飞掀起的沙土被吸进运转中的发动机就有可能发生不可估量的后果。

虽然固定翼舰载机也可以采用滑跃式起飞，但即便是大型航母(以下有时航空母舰也称为航母)，其甲板长度也会明显制约舰载机的起飞重量和起飞频率，舰载机的载弹量与燃油的携带量将会受到很大限制，几乎不可能搭载重量超过30t的预警机、反潜侦察机以及电子对抗机等。另外，滑跃式起飞的航空母舰，由于跑道的限制，舰载机的起飞与降落必须分别进行，准备时间长，起降频率低，严重影响航空母舰的综合作战效能。有专家做过理论计算，表明吨位相同的航空母舰，滑跃起飞的综合作战效能大约是弹射起飞的1/4到1/7，甚至有人说是1/1000。也可以说，滑跃起飞是在没有掌握舰载机弹射技术情况下的一种不得已而为之的方法。

一般认为，航空母舰上的舰载机采用弹射起飞有如下优点：使中小型航母能起飞重型飞机，能够帮助包括预警机、反潜侦察机以及电子对抗机等在内的各种舰载机快速满载起飞，提高航空母舰的快速反应能力，扩大作战与预警范围，对航空母舰综合作战效能起到“倍增器”的作用；弹射起飞距离短，甲板空间可以被最大限度地利用起来；可简化飞行作业程序；不仅可以设置多达4条起飞跑道，而且可以同时设置降落跑道，保证高密度地起飞与降落；能使舰载机在横甲板风和零风速时顺利起飞，为设计高性能舰载机创造了条件；就飞机起飞安全性来说，弹射起飞要比从陆地上起飞还要安全；依靠弹射起飞每架次可节省燃油近200kg，从效费比上评价弹射器，该装置可以说是效率最高的航空支援设备了。

虽然世界上有多个国家拥有航空母舰，但同样是航空母舰，有没有弹射器使其综合作战效能存在天壤之别。有专家认为，没有弹射器就不要造航空母舰。

美国是使用舰载机的先驱者，也是航空母舰的始祖国之一，目前是世界上拥有航空母舰最多、技术最先进的国家。历史上，舰载机经历了双翼机、单翼活塞机、喷气式战斗机、超音速飞机等漫长的演变过程，伴随着舰载机技术的不断进步，弹射器也经历了气动转盘式弹射器、火药转盘式弹射器、惯性飞轮弹射器、液压机械式弹射器、喷气轻型弹射器、燃气蒸汽弹射器、开口汽缸式弹射器等发展过程，也因此美国海军一共装备了7大类共计37型弹射器。但自从1951年英国人米切尔发明了开口汽缸式的蒸汽弹射器之后，美国的航空母舰至今一直使用该技术弹射舰载机，这也是经过实战证明了的技术。2003年美国海军还在公开的财政预算书里提到了一项改良蒸汽弹射器试验设施的项目，要求国会拨款提升蒸汽弹射器试验设施的现代化水平，并且提到提升试验设施水平的目的是为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国海军航空母舰上使用相当长一段时间。

然而，美国海军在舰艇设备全面电气化的大趋势下，航母的动力传输将以电力为基础，所有动力设备也将电气化，因此自1992年起，美国海军委托卡曼电磁系统公司为新一代航母研制全新的、性能非凡的电磁弹射器。但研发电磁弹射器需要解决线性同步电动机、盘式交流发电机、大功率数字循环变频器、磁屏蔽、电磁兼容、系统散热等关键技术，研制难度极大，他们在1945年西屋公司研制的电磁弹射器、1980的电磁炮、卡曼公司的电磁驱动超高速电梯技术基础上，又耗时19年花费了32亿美元的经费，虽然现处于弹射试验阶段，但短期内很难投入美军现役。