CN105015791A - 利用透平膨胀机弹射舰载机的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用透平膨胀机弹射舰载机的装置，具有一个透平膨胀机、一个与透平膨胀机相连的卷扬机、一个置于航母甲板下面的滑动腔体，滑动腔体顶上开有槽口，滑块置于滑动腔体内并通过槽口与滑索连接，滑索与飞机前轮牵引杆相连,滑动腔体未端置有减阻水包，滑块前端设有锥体，滑块与钢丝绳一端连接，钢丝绳另一端经过前、后端的定滑轮a、b后与卷扬机连接，卷扬机通过连轴器连接透平膨胀机。本发明利用透平膨胀机做功时输出的巨大动能驱动卷扬机高速旋转，从而牵引舰载机向前加速，在短时间内使飞机达到约100m/s的起飞速度而顺利起飞。将透平膨胀机的制动器由卷扬机代替，利用透平膨胀机的高转速及高功率输出特性从而实现弹射航母舰载机的目的。

Description

利用透平膨胀机弹射舰载机的装置

技术领域

本发明涉及一种航母舰载机弹射装置，尤其是一种利用透平膨胀机弹射舰载机的装置。

背景技术

航空母舰（Aircraft carrier）是一种以舰载机为主要作战武器的大型水面平台。依靠航母，一个国家可以在远离其国土的地方对敌人施加军事压力和进行作战，将打击范围扩展到世界各个角落。目前，航空母舰已是现代海军不可或缺的利器，也成为了一个国家综合国力的象征。

航空母舰的军事与战略价值，只有通过发挥舰载机的作战效能才能充分体现出来。搭配了先进舰载机的航空母舰，通过不同种类舰载机的配置，完成包括对地攻击、海域封锁、武装威慑、反潜、反舰等几乎所有作战任务。航母与舰载机的配合形成了一个不可分割的作战整体.新型航母的设计制造基本上都是围绕舰载机的性能来开展的,而对于已经服役的航母,新型舰载机的研发也需要考虑航母的结构特点.

舰载机的升空作战与返航着陆是航母舰队作战过程中最频繁的操作,然而,航母的甲板相对于陆地机场要小得多，跑道长度很有限,一般在100-300米,必须使用一些特殊装备与手段，才能确保舰载机正常起飞、降落、而且携带尽可能多的燃料和挂载弹药。当前,航母舰载机起飞方式主要有两种,滑跃起飞与弹射起飞,如果加上特殊设计制造的舰载机,则还有垂直起飞方式（曲东才，现代航母舰载机起飞方式浅析，《飞行试验》，1999，9）.

    滑跃式起飞是舰载机沿着12°左右的滑跃式甲板迎风起飞,通过飞机发动机全速推进获得的速度、迎风提供的初速及甲板末端上扬角度提供的额外升力共同完成起飞动作的.目前,英国、中国和俄罗斯的航母采用滑跃起飞方式。蒸汽弹射起飞则是在水平甲板上借助蒸汽在气缸里推动活塞产生的巨大推力外加飞机发动机的推力完成的，美国及法国采用蒸汽弹射起飞技术（雪巴：五花八门的弹射器-美国海军航母弹射飞行发展史，《舰载武器》2007年04期）。近年,美国虽然已开发成功电磁弹射技术（刘伟，电磁弹射器，《兵器知识》，2011年08期）并装配在新型核动力航母上,但美国并未放弃蒸汽弹射技术而是不断升级改良,说明该技术的稳定性与可靠性是其它弹射方式尚不及的.垂直起飞则是不借助航母跑道而直接升空的，只局限于专门设计的舰载机如英国的鹞式飞机、俄罗斯的雅克飞机、美国的F-35B及鱼鹰V22飞机.

    以上几种起飞方式各有特点，滑跃起飞技术简单，维护保养费用低，舰上人员编制少，不消耗淡水等。而最大的缺点是不能起飞大型的作战飞机如预警机、运输机等,即使普通舰载机,一般也要限制起飞重量，故载油量、载弹量少,作战半径小，对地攻击能力不足。弹射起飞方式（王俊彦，舰载机弹射起飞技术的应用与发展，《Science & Technology information》,2009年第23期）则克服了滑跃起飞的弱点，它对起飞的条件要求低，可以全天候起飞，不会偏航，跑道长度短, 最大的优势在于可以起飞重型飞机如预警机、运输机等，作战效能大,但这种起飞方式也有诸多的的不足：技术复杂，维护难度大，维修人员编制多，尤其是弹射装置的核心组件——开口汽缸的检修及密封材料的更换等非常麻烦,对操作人员的要求很高,专门针对蒸汽弹射装置的维护保养人员占了整个航母后勤保障团队很大比例。还有，该方式起飞时消耗大量的蒸汽（淡水制成），且能量利用率很低.另外，弹射起飞装置包含一个巨型蒸汽储罐（200立方米左右），占用航母上宝贵的空间。而且战时一旦蒸汽弹射装置遭到破坏，修复难度比滑跃甲板困难。垂直起飞方式，仅适合特殊的舰载机如英国的鹞式、美国的F-35B、鱼鹰V22等，这里不再赘述.

通过前面分析，滑跃起飞方式，存在舰载机携油少、携弹少、航程短、不能起飞大型预警机及运输机的缺点,而传统的蒸汽汽缸弹射方式存在技术复杂，维护难度大、占用航母有效作战空间大等缺点。

为此,需要设计一种利用大型透平膨胀机弹射起飞各型号舰载机包括重型舰载机的技术。其原理是利用透平膨胀机做功时输出的巨大动能驱动卷扬机高速旋转，从而牵引舰载机向前加速，在短时间内（三秒左右）使飞机达到约100m/s的起飞速度而顺利起飞。本发明的技术原理简单，所用到的设备包括透平膨胀机，卷扬机，钢缆，滑轮，等均有成熟的技术，毋需从基础理论研究做起，经过短期的试验探索即能投入实战，形成战力。

发明内容

本发明是要提供一种利用透平膨胀机弹射舰载机的装置，利用透平膨胀机做功时输出的巨大动能驱动卷扬机高速旋转，从而牵引舰载机向前加速，在短时间内（三秒左右）使飞机达到约100m/s的起飞速度而顺利起飞。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种利用透平膨胀机弹射舰载机的装置，具有一个由锅炉蒸汽提供动力的透平膨胀机、一个与透平膨胀机相连的卷扬机、一个置于航母的甲板下面的滑动腔体，所述透平膨胀机通过连轴器连接卷扬机，所述滑动腔体顶上开有槽口，所述滑块置于滑动腔体内并通过槽口与滑索连接，滑索与飞机前轮牵引杆相连,滑动腔体未端置有减阻水包，所述滑块前端设有锥体，滑块的牵引头与钢丝绳一端连接，钢丝绳另一端经过固定在滑动腔体前、后端的定滑轮a和定滑轮b,后与卷扬机连接。

所述滑动腔体为圆筒型腔体。所述滑块为圆柱形,滑块上的锥体为四锥体结构，四锥体上、下各两个，并沿滑块的圆截面布置。所述减阻水包为四个，四个减阻水包上下各两个, 沿滑动腔体的圆截面布置。所述定滑轮b处于滑动腔体出口处, 且处于滑动腔体的中心线位置。

本发明的有益效果是：

本发明的有益效果表现在，首先，它克服了滑跃起飞方式不能全天候起飞，起飞重量受限，作战能力不足的缺点，而具有弹射起飞滑跑距离短，可起飞重型舰载机的优点，同时又克服了蒸汽弹射起飞所固有的装置复杂、维修繁重、蒸汽储罐体积庞大等缺点。该起飞方式占地面积少，设备紧凑，节省大量的航母作战空间，是一种对大中型航母均适合的新型起飞方式。尤其对于轻型航母或其它大型水面舰艇起飞战机，更具有特别的优越性。

本发明中使用的关键设备透平膨胀机，是一种通过压缩气体绝热膨胀因而使压缩气体压力降低、温度降低，同时对外做功的机器。膨胀机由通流部分、制动器及机身三部分组成，通流部分包括蜗壳、喷嘴、工作轮及扩压器，制动器常见的有四种方式：增压机制动、风机制动、电机制动及油制动器。通常，人们把向外输出功率且压缩气体为水蒸气的一类透平膨胀机称为蒸气轮机。大型透平膨胀机工作时，叶轮在高压水蒸气的超音速冲击下高速旋转，转速最高可达10万转/分以上，最大输出功率可达10万kw以上。而目前最大的蒸汽弹射器的功率是4.75-6.33万千瓦。由于透平膨胀机具有流量大、体积小、结构简单、通流部分无机械摩擦件、不污染制冷工质、调节性能好、安全可靠等优点，上世纪五十年代就已经广泛应用在火力发电厂、空气液化及天然气液化等领域。本发明则是将透平膨胀机的制动器由卷扬机代替，利用透平膨胀机的高转速及高功率输出特性从而实现在弹射航母舰载机的目的。

附图说明

图1是本发明的弹射起飞原理图；

图2是滑块锥体的侧视图；

图3是滑块锥体的后视图；

图4是减阻水包侧视图；

图5是减阻水包后视图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图5所示，一种利用透平膨胀机弹射舰载机的装置，由透平膨胀机1、卷扬机2、定滑轮a3、滑动腔体4、滑块5（含锥体）、滑索6、钢丝绳7、减阻水包8、定滑轮b9以及辅助系统组成，辅助系统包括预力系统、归位液压驱动系统及自动控制系统等。

透平膨胀机1)通过连轴器与卷扬机2连接，滑动腔体4顶上开有槽口，滑块5置于滑动腔体4内并通过槽口与滑索6连接，滑索6与飞机前轮牵引杆相连，滑块5前端设有锥体，滑块5上的牵引头与钢丝绳7的一端连接，钢丝绳7的另一端经过固定在滑动腔体4前、后端的定滑轮a3和定滑轮b9，后与卷扬机2的卷筒连接，滑动腔体4未端置有减阻水包8。

本发明的透平膨胀机1由锅炉蒸汽提供动力。透平膨胀机1与卷扬机2之间通过连轴器连接。滑动腔体4是顶上开槽口的圆筒型腔体结构，由高强度、耐磨、形变小的金属材料制成。

如图2，3所示，滑块5由高强度、耐冲击、耐磨材料制成，滑块 5 为圆柱形,滑块5上的锥体10为四锥体结构，四锥体上、下各两个，并沿滑块5的圆截面布置, 滑块表面中心处设有牵引头。

如图4，5所示，减阻水包8为圆筒形,共有四个，四个减阻水包上下各两个, 沿滑动腔体4的圆截面布置，分别固定在滑动腔4的末端，钢丝绳7的一头与滑块5上的牵引头相连, 牵引头在锥体的中间位置,另外一头与卷扬机2的卷筒连在一起。

滑动腔体4出口不远处设置一个定滑轮b9,该定滑轮b9高度恰好使钢丝绳7绷紧时处于滑动腔4的中心线位置; 与滑动腔体4出口处的定滑轮b9同一水平面上靠近卷扬机位置设置另一同样尺寸的定滑轮a3,通过该定滑轮a3,钢丝绳7与卷扬机2的卷轴连接。

本发明实施过程：

    起飞前阶段：首先确认蒸汽锅炉压力处于规定范围，同时检查蒸汽管道阀门等处于正常关闭状态，确认透平膨胀机 、卷扬机处于待启状态,确认其它各个系统正常。

起飞前准备阶段：将飞机固定在位持器上,飞机前轮的牵引杆接在滑索上,滑索与滑块相连.

起飞阶段：接到起飞指令后，飞机引擎启动,同时蒸汽阀门打开，透平膨胀机启动，卷扬机开始转动 ，钢丝绳突然绷紧产生的拉力与飞机引擎的推力使位持器的钢圈断开，飞机前冲，卷扬机继续牵引飞机加速，直到达到起飞速度顺利起飞。

起飞后阶段：飞机离舰时滑索自动脱离，蒸汽阀门关闭，透平膨胀机停机，卷扬机刹车减速。而滑块前端的锥体刺入减阻水包后停止，归位系统将滑块、滑索等归位，准备下一次弹射。

Claims (5)

1.一种利用透平膨胀机弹射舰载机的装置，具有一个由锅炉蒸汽提供动力的透平膨胀机(1)、一个与透平膨胀机相连的卷扬机(2)、一个置于航母甲板下面的滑动腔体(4)，其特征在于：所述透平膨胀机(1) 通过连轴器与卷扬机(2)连接，所述滑动腔体(4)顶上开有槽口，所述滑块(5)置于滑动腔体(4)内并通过槽口与滑索(6)连接，所述滑索(6)与飞机前轮牵引杆相连，所述滑块(5)前端设有锥体，滑块(5)上的牵引头与钢丝绳(7)的一端连接，钢丝绳(7)的另一端经过固定在滑动腔体(4)前、后端的定滑轮a(3)和定滑轮b(9)，后与卷扬机(2)的卷筒连接，所述滑动腔体(4)未端置有减阻水包(8)。

2.根据权利要求1所述的利用透平膨胀机弹射舰载机的装置，其特征在于：所述滑动腔体(4)为圆筒型腔体。

3.根据权利要求1所述的利用透平膨胀机弹射舰载机的装置，其特征在于：所述滑块 (5) 为圆柱形,滑块(5)上的锥体10为四锥体结构，四锥体上、下各两个，并沿滑块(5)的圆截面布置, 滑块表面中心处设有牵引头。

4.根据权利要求1所述的利用透平膨胀机弹射舰载机的装置，其特征在于：所述减阻水包(8)为圆筒形,共有四个，四个减阻水包上下各两个, 沿滑动腔体(4)的圆截面布置。

5.根据权利要求1所述的利用透平膨胀机弹射舰载机的装置，其特征在于：所述定滑轮b(9)处于滑动腔体（4）出口处, 且处于滑动腔体(4)的中心线位置。