[发明专利]一种用于舰载机弹射起飞的大功率蒸汽马达

说明书

技术领域

本发明属于航母装备技术领域，涉及航母上弹射器的动力部分，具体涉及一种用于舰载机弹射起飞的大功率蒸汽马达。

背景技术

弹射器属于航母的关键装备之一，目前比较成熟的弹射技术有蒸汽弹射和电磁弹射等。据权威评论指出，蒸汽弹射技术相对成熟，可靠性更高，有数十年成熟使用经验等优势；但也存在体积大、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，输出功率低，只能弹射一定重量的舰载机等劣势。

电磁弹射器体积小，重量轻，效率高，输出功率大，能量输出调节范围宽，弹射过程不仅加速均匀且力量可控，具有很多优势。有资料指出，电磁弹射器虽然优点很多，但其决策与研制过程远比蒸汽弹射器要复杂和漫长得多。蒸汽弹射器从研发到大量使用，只花了10年时间，而电磁弹射器则用了30多年，一直问题不断，试验频出故障，造成计划延迟，费用超标。甚至有担心认为，电磁弹射技术的风险超过了它的优势。

近日我国高层学者指出电磁弹射虽有诸多优势，但蒸汽弹射技术相对成熟，可靠性更高，从蒸汽弹射过渡到电磁弹射需要一个过程。从公开资料来看我国最新制造的弹射航母采用蒸汽弹射。

统计数字显示，航母的蒸汽弹射器主要问题是蒸汽利用效率低，只有5％左右；使用不便，预热需十几个小时甚至24小时；消耗高，每弹射一架舰载机，就需要消耗约一吨淡水；运转费用高，大型航母的蒸汽弹射器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。

在现有蒸汽弹射技术的基础上，如果能够提高蒸汽的利用效率，减轻机械磨损，减少设备维护量，增大输出功率，能量输出调节范围增宽，弹射过程加速均匀力量可控，可靠性更高。这种新的弹射技术将具有蒸汽弹射和电磁弹射的综合优点，是一项最有潜力的弹射技术。

舰载机弹射起飞，要求弹射器在两三秒内最大弹射功率由零增至十万千瓦以上，弹射速度由零增至约百米/秒，弹射力大小全程平稳可控，从最小不足一吨力，至最大超过一百吨力。这些要求不同于常规设备，输出的动力不仅功率大，爆发力强，全程可控，还要有宽的功率范围和转速范围，因此对动力、储能、控制等系统的要求相对很高。

自航母出现后，尽管研制出多种结构不同的弹射器，其结构和原理各不相同，我们一一对比他们动力部分的工作原理，能够平稳输出动力，具有宽的功率范围和转速范围的设备屈指可数，对于它们的动力输出曲线表，结构简单的气动叶片马达优点最突出。

在技术设计手册中，相对电机，气动叶片马达存在输出功率小，耗气量大，效率低，噪音大，容易产生振动等缺点。但同时具有小体积能产生高功率；高适应性，温升较小，转速可随负载改变；急启动，急停机，特别适合频繁启动的场合；简单的无级调速，控制压缩空气的流量，转速可从零一直到每分钟万转，从零到最大，操作灵活；启动扭矩较大，能带载启动，过载时马达只是转速降低或停止；结构简单，气动马达使用寿命特别长；不受外部环境的影响，甚至在水中、多尘、潮湿、脏污等恶劣环境中能正常工作，不产生火花、过热、爆炸、短路(电)等危险因素。

气动叶片马达主要优点是：高功率密度，容易无级调速，功率范围及转速范围较宽，具有较高的起动力矩，有过载保护作用，使用空气作为介质，结构简单，体积小，重量轻，操纵容易，维修方便等。

气动叶片马达的能量利用效率通常超过40％，对比现有蒸汽弹射效率的5%，同样的弹射任务，从理论上讲采用气动叶片马达的蒸汽消耗量只有蒸汽弹射的八分之一，如此低耗对于远洋作战的航母意义重大，同时也对舰上辅助系统的要求大大降低。

相对气动叶片马达，工况类似的蒸汽轮机技术成熟，使用广泛，单台轮机的输出功率很强大，由于输出转速和功率范围窄，静态驱动和低速状态下输出动力很弱，不适合弹射需要。

飞机弹射过程中，直线加速度达到3G，除飞机消耗动能外，弹射器上随飞机运动的从动件也要消耗一定动能；如果从动件出现曲线运动，消耗的动能会更大。任何一款弹射器的设计与制造，都要求从动件的质量越轻，曲线运动越小，额外消耗的动能越少，弹射效果越好，如果处理不当，直接导致弹射器的失败。因此现有弹射技术的研究都是尽量减轻从动件的自重，采用直线驱动。