蒸汽弹射器基本工作过程

1、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/

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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。推荐删除主题引用回复编辑举报返回列表页刘晓科发消息送礼物普通会员 手机认证 来自：北京爱车：MINI MINI注册：2010-06-01 1楼： 刘晓科查禁言查禁IP发表于： 2011-02-19 10:01 只看该作者弹射器的制造难点在那里？许多文章关于弹射器制造难点的说法不尽相同，有的说开口汽缸密封是关键，有的说是开口汽缸制造难度很大，还有的说是弹射器的加工精度很高，也有的认为必须要有第一流的焊接技术。实际上，弹射器的真正难点在储汽罐的制造上。以上说法只

10、有焊接技术才算是说到了点子上。说开口汽缸密封是关键的看法可能是把密封条件理想化了，其实要达到“滴汽不漏”比登天还难，而在“适当漏掉一些汽”的情况下，做到满足弹射需要却不是太难的事。弹射器开口汽缸有两种密封方法，老式弹射器采用的是设置在汽缸开口两侧的橡胶带形成“拉链”式密封，现在的弹射器则利用一根柔性金属条填入汽缸的开口中，用“填条”式方法达到密封目的。不管是哪种方法，要达到像蒸汽机汽缸一样的密封程度是不可能的，但要满足飞机起飞的需要是没有问题的，无非是多浪费一些能量。弹射器开口汽缸是制造难点的观点可能是根据“开口汽缸要承受高达80千克/平方厘米的蒸汽压力”而得出的，由于缸壁上有开口，开口汽缸的

11、受力特性很差，要做到不变形是相当困难的。实际上，弹射器的工作压力为80千克/平方厘米，是指储汽罐中的初始压力，开口汽缸承受的压力则要小得多，因为要使弹射推力保持均衡，就必须在储汽罐中的压力从80降低到一定值的过程中使开口汽缸中的压力保持不变，两个压力值相差不大是不可能做到这一点的。开口汽缸中的最大压力是多少，可以通过弹射器的额定推力和457毫米直径的双汽缸结合热力学计算出来，可能也就是20千克/平方厘米左右。气缸有些变形也不要紧，无非是要漏掉一点汽。由于习惯和成本的原因，弹射器汽缸的直径从开始研制到现在都是457毫米，这么小的尺寸，再加上采取一些加强措施，要承受每平方厘米20多千克的压力可以说

12、是易如反掌。要知道我们日常生活中使用的煤气罐也能承受40多千克的压力！对于体积庞大、“只有”一个弹射活塞是活动部件的弹射器来说，精度是难点一说使人感到意外。弹射器由大部件组成，而且体积大，几乎全部是钢结构件，光是受热变形就能产生不小的尺寸变化，因此即使有精度也是相对的，是属于测量学中的相对误差范畴，要说绝对误差精度就不是很高了。相对精度问题只是在制造和安装中麻烦一些，难度远远谈不上。有文章称“法国戴高乐号在调试弹射器时，火花铁宵四处飞浅，使施工人员胆战心惊，原来是粗心的美国卖主忘了告诉法国人，这是磨合期的正常现象”，也许这一点可以用来说明精度问题。弹射器的储汽罐是一种大尺寸的高压容器。在制造工

13、业中，高压容器是机械工业产品中一个重要的品种，被广泛用于化工、核工业、能源和航天技术中，是一个国家重工业水平的重要体现。虽然这种产品没有活动部件，结构也相当简单，但由于要承受高压，尺寸又大，因此对制罐材料、制造设备和焊接工艺等方面提出了特殊的高要求，制造企业要有相关的生产许可证。对于航母弹射器来说，又有使用次数、重量限制和耐高温方面的要求，故制造难度就更大了。制罐材料要用耐热的特种合金钢，必须要有很好的蠕变性能和抗拉强度，而且还要承受几十万次的弹射加压/卸压疲劳循环，目前只有几个国家才能制造。制罐工艺有好几种，常用的是用钢杵穿过钢锭，反复锻压制成环节状，经车削加工后，再将几个环节焊成筒体，两边

14、封头用万吨以上的水压机整体压出或分块压出，然后经过切削加工再焊接。焊接过程要严格按照操作工艺进行，稍有不慎，就会使部件报废。 不过，储汽罐的制造难度也有相对性，它和罐的直径有很大的关系，当直径较小时，承受同样压力的储汽罐制造难度就会大幅度下降。如适当放松对重量的限制，也对降低难度有很大帮助。能生产小尺寸高压容器的国家可能要超过几十个，用来满足中小功率的弹射器是绰绰有余的。英国发明弹射器时，从提出方案到制造出演示装置，时间不超过几个月，弹射功率不大，储汽罐的工作压力只有每平方厘米20多千克显然起了很大作用。近十几年来出现了板缠绕制罐工艺，就是用高强合金板一层一层缠绕成罐体，这种方法解决了原有工艺

15、产品重量大的缺点，制造难度也能下降许多。从某种意义上讲，发展弹射器有“门槛”，但不是很高，而且也不多，设计者可以是“半路出家”，并且试验的大部分部件可以一直用下去，开发费用不会太高，弹射器开口汽缸的直径始终是457毫米，也可证明这一点。开口汽缸是弹射器的核心，就是由它和活塞共同产生的约束力把高压高温蒸汽中的热能转化成飞机离舰时的巨大动能。有许多读者认为，为了能承受高压高温蒸汽的压力涨开作用，开口汽缸必须要用厚钢板在水压机上卷制而成。其实真要这么作，效果并不好，制造起来也非常困难。附图1为一种英国老式弹射器的开口汽缸截面结构示意图，其开口汽缸并不是用厚钢板制成，而是用较薄的钢板卷制而成，外面套有

16、用高刚性铸钢浇铸的月牙形加强板，用来防止开口汽缸被高压蒸汽涨开 加强板之所以用月牙形状，是因为作用在开口汽缸壁上的蒸汽涨开力是相对于开口处不断累加的，越往下越大，月牙形正好适应了这种变化，同时也是为了控制重量和体积。加强板上还有减轻重量的孔，据说是为减少弹射蒸汽中的热量损失，用热空气加热开口汽缸是弹射前的必备步骤，这些孔可用来通过热空气。现代弹射器截面示意图附图2是现在美国航母上使用的弹射器开口汽缸组件截面示意图。由图中可以看出，开口汽缸组件由两个汽缸组成，每个汽缸内有一个活塞，两个活塞都通过伸出汽缸开口的传动板与往复车相连，为防止漏汽，用汽缸盖和密封条把汽缸的开口密封起来。可以说这是一个比较

17、详细的介绍，但还是有一些问题没有说明，例如开口汽缸是如何承受高压蒸汽而不被涨开的。从图上看，汽缸盖扣在开口汽缸上，好象能把开口两侧拉紧，但又存在着向上涨开的情况。就是被悬臂式支撑件压住也还存在着被“涨开”的情况。现代武器的设计讲究的是“一体化”，估计美国的弹射器可能是把汽缸加强件与航母结构上的弹射器安装凹槽设计在一起了，这样既可以节省安装的空间，又可以让加强的结构达到既加强开口汽缸的刚性、又提高航母结构强度的目的。可以想象，如果还是采用上面所说的那种老式弹射器的开口汽缸加强板结构，双缸的弹射器开口汽缸组件的截面积就会很大。由于结构设计限制和材料上的缺陷，开口汽缸在弹射一定次数后，变形的程度就会

18、越来越大，需要拆下来进行校正，以延长使用寿命。但这个变形是有规律的，而且不是一下子就会使弹射器失去弹射力，在海战的关键时刻是可以不考虑这一点的。有人认为，俄舰载机为采用滑跃起飞而提高气动力的设计对改善飞机的飞行能力是有帮助的，而弹射起飞增加的重量是纯死重。其实对于飞机设计师来说，他宁愿增加1千克不产生“体积”问题的死重，也不愿意为0。5千克的死重量而带来体积上的麻烦，从这个角度看，弹射器的作用就更不能忽视了。美国海军一直对弹射器相当重视，就是因为弹射起飞对提高飞机主要战术技术性能有很大帮助。实验室模拟的电磁弹射器世界上最先进的舰载飞机弹射系统日前即将完工，该项目位于美国新泽西州莱克赫斯特（Lakehurst）的海军航空兵工程站，是为美国海军建造的新型电磁舰载飞机弹射