CN101676174A - 冷弹射方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种冷弹射方法及装置，遵循“集能骤释+高效传动＝弹射运动”的弹射公式，采用气液融合油缸作弹射主体，配合气瓶和控制阀，在弹射器机械完全关闭的冷态下，用弹射器内气瓶集存的高能气体，经控制阀进入气液融合油缸的气至端骤释能量，同步推动气液融合油缸的液至端各级活塞，恒功率高效冷弹射负荷。冷弹能量回收装置则采用往复车上安装能量回收泵、跃升缸、导向滑轨上安装的限位挡油缸；或者采用导向滑轨前端铰接活动滑轨，活动滑轨上安装的能量回收泵及跃升缸。本发明冷弹射方法及装置，打破了强迫储能瓶颈，集能自由度大，弹射速度快，实现巨大能量的恒功率超高效传动，冷态条件下弹射，以静取胜，而且结构简单，体积小，重量轻，易制造，功耗小，适应性广。

Description

冷弹射方法及装置

技术领域：

本发明涉及工程力学中的弹射方法及装置，具体涉及一种在机械完全关闭的冷态下弹射方法及装置，可广泛应用于航空母舰、鱼雷、导弹、事故救援、被毁机场、洞库、海上钻井平台、岛屿联络等。

背景技术：

各国都把弹射器视为航母的命根子，由美国独占鳌头，其所以会成为世界难题，是因为真正有效的航母弹射途径未被发现，现有弹射器有许多不足之处：

如美国的蒸汽弹射器运用开口汽缸技术，系统庞大、复杂、昂贵、制造维修难度大、仅4-6％的效率，难以满足更大飞机的弹射要求，已发展到了极限。

又如美国正在研制的电磁弹射器(EMALS)，采用飞轮强迫储能和直线电机技术，不足之处是：1)“强迫储能”的效果不佳，EMALS采用飞轮(即转子)强迫储能难度大，飞轮小不起作用，转速高不稳定，做大飞轮，一是舰上条件不允许，二是其储能与负荷的耦合难实现，最终采用多台集飞轮电动机发电机于一体的盘式发电机、成对安装在扭矩框架上、以反向高速转动强迫每个转子储一点有限的动能，每次备战都必先启动这些盘式发电机后，才有弹射的能量，这既暴露了目标，又错失了战机！整个备战期间，其补能平均功率高达6.35MW，而所储能量除用来强迫设备在6400rpm高速下磨损(作有害功)外，仅有20％左右的峰值段在弹射的2-3秒钟内被利用，其弹射过程还有直线电动机的定子损耗、循环变频器的热损耗和盘式发电机的损耗，加在一起，即算EMALS在弹射的瞬间效率可达60％，但整个备战期间的总效率极低；2)中间环节多，由于航母所需的弹射速度单靠直线电动机的磁场移动速度是达不到的，要靠大功率电子设备来升高频率和电压后、EMALS才能用，因而再度增大了投入，美国研制航母电磁弹射器28年，耗资32亿美元，至今EMALS还未用在舰上；3)它有强大的电磁干扰，阻碍其高灵敏度飞行器和制导系统的应用；4)它采用涡流加换相制动方式，不安全；5)重要的是武器性能，电磁弹射器平时应对突发事件、恶劣海况等不利条件，不能做到及时和择机弹射，加之体积大影响舰载机的数量、重量大对舰艇的稳定性和扶正力矩不利。可见，寻找航母的有效弹射途径，势在必行。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：解决上述现有技术特别是现有航母弹射器存在的技术问题，而提供一种冷弹射方法及装置，打破强迫储能瓶颈，集能自由度大，弹射速度快，实现巨大能量的恒功率超高效传动，弹射，以静取胜，而且结构简单，体积小，重量轻，易制造，功耗小，适应性好。

本发明采用的技术方案是：

本发明的冷弹射方法为：遵循“集能骤释+高效传动＝弹射运动”的弹射公式，采用气液融合油缸作弹射主体，配合气瓶和控制阀，在弹射器机械完全关闭的冷态下，用弹射器内气瓶集存的高能气体，经控制阀进入气液融合油缸的气至端骤释能量，同步推动气液融合油缸的液至端各级活塞，恒功率高效冷弹射负荷。

本发明的冷弹射装置，包括高能气源、气瓶、控制阀、气液融合油缸，高能气源连接气瓶，并给气瓶自由集能，气瓶通过控制阀及连接管道连接至气液融合油缸的气至端，气液融合油缸的无杆腔为气至端，气液融合油缸的有杆腔为液至端。

上述技术方案中，气液融合油缸结构为：缸体内腔一端为无杆腔，无杆腔的缸壁上开有气口；缸体内腔还安装有多级活塞，这些多级活塞依次连接，安装在有杆腔内，有杆腔内充有液压油，并且每级活塞缸壁上开有油口。工作时，气瓶中集存的高能气体由气液融合油缸的气口进入无杆腔，推动一级活塞前进，一级活塞前进时，一级活塞缸内的液压油进入二级活塞腔，推动二级活塞前进，二级活塞前进时，二级活塞缸内的液压油进入三级活塞腔，推动三级活塞前进，如此类推，一直到推动n级活塞前进，实现恒功率长距离高效传动弹射。

本发明的一种冷弹射能量回收装置，包括能量回收泵、跃升缸、往复车、传感器、限位挡油缸、导向滑轨，能量回收泵与跃升缸均安装在作为飞行器载体的往复车上，往复车置于导向滑轨上，传感器与限位挡油缸安装在导向滑轨前端的适当位置。

上述技术方案中，能量回收泵的泵头正对限位挡油缸，以吸收弹射系统的惯性能转换成液压能，能量回收泵的输出端通过管道连接跃升缸，跃升缸前端与飞行器相连，跃升缸又将液压能转换成机械能，促成飞行器作半自主起飞。

上述技术方案中，能量回收泵、跃升缸和限位挡油缸均内置有缓冲弹簧，限位挡油缸活塞上带有阻尼孔。

本发明的另一种冷弹射能量回收装置，包括能量回收泵，跃升缸、导向滑轨、活动滑轨、往复车、传感器，导向滑轨前端铰接活动滑轨，作为飞行器载体的往复车置于导向滑轨上，传感器与能量回收泵安装在活动滑轨前端，能量回收泵的输出端通过管道连接跃升缸，跃升缸顶端与活动滑轨相连。

上述技术方案中，能量回收泵与跃升缸均内置有缓冲弹簧。

上述技术方案中，高能气源既可以取用当地的压气或蒸汽，也可以自备小型压气机，进行自由集能，一旦气瓶中集存的高能气体能满足弹射条件，即可停机待命，弹射器进入机械完全关闭的冷态。

技术原理：

本发明从50年代研制的“气动快速顶柱”，到后来多个快速机具发明专利的多年积累中，发现航母真正有效的弹射途径是气液融合弹射器结构，能充分发挥气体的弹性和液压能容量大的优势，很适合做航母弹射器，并推导出“集能骤释+高效传动＝弹射运动”的弹射公式，直接用小功率聚少成多的自由集能，很容易就能获得航母弹射器所需的巨大能量，直接用弹性体骤释集能，就能达到各种弹射器对弹射速度的要求，直接用液压传动就能解决巨大能量的长距离恒功率超高效传动的难题，直接用其内集能量弹射，无需准备时间，就能实现出其不意、攻其不备的冷弹射，以静取胜。

工作原理：

遵循“集能骤释+高效传动＝弹射运动”的弹射公式，采用一个无杆腔承载高能气体释能称气至端、其有杆腔充满液压油称液至端的气液融合油缸，作弹射的主体，配合一个气瓶，中间加控制阀作开关，用管道连接，构成主弹射系统，平时由高能气源按弹射条件向气瓶中集存足够的高能气体后，停机待命，在其机械完全关闭的冷态下，弹射器始终保持待用待命即发状态。战时在其机械完全关闭的冷态下，无需准备时间，即可用控制阀开启气瓶中的部分高能气体，进入气液融合油缸的气至端，其高能气体释能，在推动其活塞前进的同时，压缩缸筒与活塞之间环形体积中的液压油，经其油口进入下一级活塞腔、推动下一级活塞连同往复车牵引飞机沿导向滑轨作恒功率高速冷弹射负荷(含舰载机)，达到超高效冷弹射的目的。

冷弹射能量回收有多种，其中一种是：在作为飞机载体的往复车上、安装带有缓冲弹簧并用管道连通的能量回收泵和跃升缸，其泵头正对限位挡油缸，其跃升缸前端与飞机相连，又在导向滑轨前端适当位置安装传感器和带阻尼孔缓冲弹簧的限位挡油缸，每当牵引飞机的弹射系统即将进入缓冲制动阶段，传感器立即发出信号，自动控制控制阀换向，打开气液融合油缸卸荷，之后，泵头对准限位挡油缸的能量回收泵受弹射系统巨大惯性能的驱动，与限位挡油缸相碰撞，泵出压力油，将惯性能转换成液压能，经连通管道进入跃升缸，又将液压能转换成机械能，推动飞机作最后冲刺和跃升适当仰角的半自主起飞，紧接着，在相互撞击中受到压缩的挡、泵、缸中的缓冲弹簧同时释能，在推动其挡、泵、缸自身复位的同时反推往复车复位，为再次弹射作准备。

本发明的另一种冷弹射能量回收是，其包括导向滑轨、活动滑轨、能量回收泵、跃升缸、往复车、传感器，导向滑轨前端铰接活动滑轨，传感器、能量回收泵安装在活动滑轨前端，其跃升缸顶端与活动滑轨相连。作为飞机载体的往复车置于滑轨上，当往复车前进到即将缓冲制动的瞬间，传感器发出信号，控制阀换向，打开气液融合油缸卸荷，之后往复车的巨大惯性与能量回收泵相碰撞，能量回收泵泵出压力油，经连接管道进入跃升缸，跃升缸顶举活动滑轨，跃升适当仰角促成飞机半自主起飞。

突出的实质特点及有益效果

本发明由于采用上述方案，经大小两台原理样机验证，取得如下有益效果：

1、由于是直接用气体自由集能，国防上高度机密的强迫储能瓶颈被打破，集能自由度大。

2、由于是直接用弹性体骤释能量，各种弹射速度都能达到。

3、由于是直接用液压传动，可实现巨大能量的恒功率超高效传动。

4、由于采用上述方案，冷弹射器的结构简单，体积小，重量轻，易制造，投入小，操作维修人员少。

5、由于采用上述方案，冷弹射器能抓住弹射的有利时刻，克服舰载机在恶劣海况、舰首下倾和夜间起飞的难题。

6、由于采用上述方案，回收转换利用惯性能，大幅减少弹射功耗、缩短滑跑距离和增加弹射的连续性，以利于在各类型舰艇上使用。

7、由于采用上述方案，弹射器可以在机械完全关闭的冷态下，出其不意的弹射飞机，攻其不备的夺取制空权，以静取胜。

附图说明

图1为本发明实施例1结构系统图。

图2为气液融合油缸的纵剖视图。

图3为本发明实施例2结构系统图

图中，1-气液融合油缸  1-1-控制阀  1-2-油口  2-往复车

2-1-舰载机  2-2-跃升缸  2-3-连通管道  2-4-能量回收泵

2-5-导向滑轨  2-6-活动滑轨  3-限位挡油缸  3-1-阻尼孔

4-传感器，5-高能气源，6-气瓶，7-气口，8-无杆腔  9-有杆腔

10-一级活塞  11-二级活塞  12-三级活塞  13-液压油  14-缸体。

具体实施方式

下面结合附图介绍本发明的具体实施方式：

参见图1、图2，本实施例1，采用三级气液融合油缸1、二位三通电磁控制阀1-1、高能气源5、气瓶6，能量回收泵2-4、跃升缸2-2与限位挡油缸3内均设置有缓冲弹簧，限位挡油缸3开设阻尼孔3-1。平时弹射器根据上级给定的弹射条件，数控高能气源5向气瓶6集存所需高能气体后，停机待命。在其机械完全关闭的冷态下，弹射器始终保持待用待命即发状态。战时在其机械完全关闭的冷态条件下，无需准备时间，即可给二位三通电磁控制阀1-1通电、控制其气瓶6的部分高能气体经气口7进入三级气液融合油缸1的气至端释能，推动其活塞前进的同时，压缩缸筒与活塞之间环形体积中的液压油，经其油口1-2进入下一活塞腔，依次推动下一级活塞连同往复车2牵引飞机2-1、沿导向滑轨2-5、作恒功率高速运动，实施弹射飞机。一旦牵引飞机2-1的往复车2前进到即将缓冲制动的瞬间，传感器4发出信号，自动切断二位三通电磁控制阀1-1的电源，二位三通电磁控制阀1-1换向，打开气液融合油缸1卸荷，此后，泵头正对限位挡油缸的能量回收泵2-4受弹射系统巨大惯性能的驱动，与限位挡油缸3相碰撞，泵出压力油，将惯性能转换成液压能，经连通管道2-3进入跃升缸2-2，又将液压能转换成机械能，推动飞机2-1作最后冲刺和跃升适当仰角的半自主起飞，紧接着，在相互撞击中受到压缩的挡、泵、缸中的缓冲弹簧同时释能，在推动其挡、泵、缸自身复位的同时，反推往复车2复位，为再次弹射作准备。

参见图2，气液融合油缸1结构为：缸体14内腔一端为无杆腔8，无杆腔8的缸体上开有气口7，缸体内腔还安装有多级活塞，如图所示的一级活塞10、二级活塞11、三级活塞12，并由这些多级活塞依次连接安装在有杆腔9内，有杆腔9内充有液压油13，并且每级活塞缸体上开有油口1-2。

参见图2、图3，本发明的冷弹射能量回收装置的另一实施例，其包括导向滑轨2-5、活动滑轨2-6、能量回收泵2-4、跃升缸2-2、往复车2、传感器4，其特征在于导向滑轨2-5前端铰接活动滑轨2-6，其能量回收泵2-4安装在活动滑轨2-6的前端，其跃升缸2-2顶端与活动滑轨2-6相连。一旦牵引飞机2-1的往复车2前进到即将缓冲制动的瞬间，传感器4发出信号，自动切断二位三通电磁控制阀1-1的电源，二位三通电磁控制阀1-1换向，打开气液融合油缸1卸荷，此后，往复车2由弹射系统的巨大惯性能驱动与能量回收泵2-4相碰撞，能量回收泵2-4泵出压力油，将惯性能转换成液压能，经连通管道2-3进入跃升缸2-2，又将液压能转换成机械能，顶举活动滑轨2-6跃升适当仰角，促成飞机完成半自主起飞。

全程由数控作闭环控制，其自由补能不占用专门时间。

综上所述，本发明的具体应用，就本领域的技术人员而言，将其用于发射鱼雷、导弹，用于事故救援、被毁机场和岛屿联络的弹射工具，显然可行，仍属本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种冷弹射方法，其特征在于：遵循“集能骤释+高效传动＝弹射运动”的弹射公式，采用气液融合油缸作弹射主体，配合气瓶和控制阀，在弹射器机械完全关闭的冷态下，用弹射器内气瓶集存的高能气体，经控制阀进入气液融合油缸的气至端骤释能量，同步推动气液融合油缸的液至端各级活塞，恒功率高效冷弹射负荷。

2、一种冷弹射装置，其特征在于包括高能气源、气瓶、控制阀、气液融合油缸，高能气源连接气瓶，并给气瓶自由集能，气瓶通过控制阀及连接管道连接至气液融合油缸的气至端，气液融合油缸的无杆腔为气至端，气液融合油缸的有杆腔为液至端。

3、根据权利要求1所述的冷弹射方法，其特征在于气液融合油缸结构为：缸体内腔一端为无杆腔，无杆腔的缸壁上开有气口；缸体内腔还安装有多级活塞，这些多级活塞依次连接，安装在有杆腔内，有杆腔内充有液压油，并且每级活塞缸壁上开有油口。

4、根据权利要求2所述的冷弹射装置，其特征在于气液融合油缸结构为：缸体内腔一端为无杆腔，无杆腔的缸壁上开有气口；缸体内腔还安装有多级活塞，这些多级活塞依次连接，安装在有杆腔内，有杆腔内充有液压油，并且每级活塞缸壁上开有油口。

5、一种冷弹射能量回收装置，其特征在于包括能量回收泵、跃升缸、往复车、传感器、限位挡油缸、导向滑轨，能量回收泵与跃升缸均安装在作为飞行器载体的往复车上，往复车置于导向滑轨上，传感器与限位挡油缸安装在导向滑轨前端的适当位置。

6、根据权利要求5所述的冷弹射能量回收装置，其特征在于能量回收泵的泵头正对限位挡油缸，吸收其弹射系统的惯性能，转换成液压能，能量回收泵的输出端通过管道连接跃升缸，跃升缸前端与飞行器相连。

7、根据权利要求5所述的冷弹射能量回收装置，其特征在于能量回收泵、跃升缸和限位挡油缸均内置有缓冲弹簧，限位挡油缸活塞上带有阻尼孔。

8、一种冷弹射能量回收装置，其特征在于包括能量回收泵，跃升缸、导向滑轨、活动滑轨、往复车、传感器，导向滑轨前端铰接活动滑轨，作为飞行器载体的往复车置于导向滑轨上，传感器与能量回收泵安装在活动滑轨前端，能量回收泵的输出端通过管道连接跃升缸，跃升缸顶端与活动滑轨相连。

9、根据权利要求8所述的冷弹射能量回收装置，其特征在于能量回收泵与跃升缸均内置有缓冲弹簧。

10、根据权利要求2所述的冷弹射装置，其特征在于高能气源取用当地的压气或蒸汽，或者自备小型压气机，进行自由集能，一旦气瓶中集存的高能气体满足弹射条件，即停机待命，弹射器进入机械完全关闭的冷态。

Images