CN105383694A - 一种航母舰载机的垂直起飞装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航母舰载机的垂直起飞装置，是利用高压海水喷射产生的反冲力作为舰载机的升力及平飞的动力；至少由高压海水储罐、高压给水泵、高压空气储罐、高压空气压缩机、耐高压输水软管、机身喷射装置、机身挂架及控制系统组成；采用多喷嘴布局型式，喷嘴合理分布于机身、机翼及机尾；起飞前先将耐高压输水软管与机身喷射装置连接好，起飞指令下达后，飞机引擎首先启动，然后高压海水储罐的底阀打开，海水立即从垂直向下的喷嘴高速喷出，使舰载机悬浮离开甲板，后水平喷嘴开始喷射，同时飞机引擎加大马力飞离甲板，待达到一定速度后，朝下的喷嘴转为斜向后喷射，舰载机加速升空；耐高压输水软管从喷射装置断开并被回收归位。

Description

一种航母舰载机的垂直起飞装置

技术领域

本发明属航母舰载机起飞技术，具体涉及一种航母舰载机的垂直起飞装置。

背景技术

航空母舰（Aircraftcarrier）是一种以舰载机为主要作战武器的大型水面舰艇。通过不同种类舰载机的配置，航母可完成包括对地攻击、海域封锁、武装威慑、反潜、反舰等几乎所有作战任务,将打击范围扩展到世界各个角落。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必须考虑航母的结构特点。

舰载机的升空作战与返航着舰是航母舰队作战过程中最频繁也是最重要的动作,由于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,舰载机必须使用一些特殊装备与手段，才能确保飞机正常起飞、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。

滑跃式起飞是舰载机沿着12°左右的滑跃式甲板迎风起飞,这种起飞方式是靠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的;目前中国和俄罗斯的航母就是采用滑跃起飞方式。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。近年,美国已开发成功电磁弹射技术并装配在新型“福特”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,说明这一技术的稳定性与可靠性是其它弹射方式尚做不到的.垂直起飞则是不借助航母跑道而直接升空的，这种起飞方式只局限于专门设计的舰载机，具体分三种情形，一种是飞机发动机喷口设计成可90度转向的如英国的鹞式飞机，俄罗斯的雅克飞机，第二种是F-35B采用的升力风扇加上尾喷口转向功能；三是美国的V22鱼鹰飞机，是在翼尖安装两台涡桨发动机，通过倾斜旋翼使在起飞和降落时飞机有类似旋翼机性能，而在正常飞行时有类似普通螺旋桨飞机性能。

以上三种起飞方式各有优劣，滑跃起飞的优点是技术相对简单，维护保养的费用低，舰上人员编制少，节约淡水等。而最大的缺点在于其对舰载机起飞重量的限制，导致舰载机载油量、载弹量偏少，使得舰载机的作战半径，舰载机的对地攻击能力都有不同的减弱，大型的作战飞机如预警机、运输机等无法在滑跃甲板上起飞。由于滑跃起飞无外力辅助，飞机发动机的功率必须开到最大，故起飞过程不仅耗油惊人，对发动机的寿命也有影响。在高海情状况下，滑跃式甲板的颠簸可能导致舰载机在滑行时难以控制甚至发生偏航，故对飞行员的操作技能要求更高。另外，由于滑跃起飞要求的跑道长度要比弹射起飞甲板长，影响甲板的利用率，而且必须迎风起飞，对航母的操控带来了不便，影响作战效能。弹射起飞方式的优点是显而易见的，那就是起飞条件要求低，顺风、逆风均可起飞，不会偏航，跑道长度短。最大的优势在于起飞重量大，可以起飞重型飞机如预警机、运输机等，普通战机的载油量与载弹量也可以较高，作战效能大，但这种方式的缺点也是不言而喻的：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就需要大量的维修人员。还有，该方式起飞时消耗大量的蒸汽（淡水制成），能量利用率很低.另外，弹射起飞比滑跃起飞多出了一个巨型蒸汽储罐（200立方米左右），占用航母上有限的空间。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，这种飞机制造成本高昂，技术复杂，故障率高，维修不便，起飞重量也不大，携油、携弹量均有限，且起飞时耗油惊人，作战半径比常规起飞方式缩短一半还不止。当然这种起飞方式的优势在于，不依赖航母的甲板，所以在战时航母甲板遭到破坏的情况下，舰载机仍然可以起飞作战、护航，这对航母舰队的生存有时是至关重要的，当然，平时该种舰载机也可以采用短距起飞方式，从而也能增加航程，适当增加载弹。

可见，目前舰载机常见的起飞方式虽然各有所长，但均有其明显的缺点。近年来，中国面临的周边形势越来越严峻,美日等国在东海,南海的挑衅活动日趋激烈,为捍卫国家的领土、领海和领空，亟需增加航空母舰的作战及威慑能力。除了加大力度研发制造新的航母以外，首先应着眼于现有航母的升级换代，尤其是增加舰载机的作战能力。通过前面分析，国产航母采用的滑跃起飞方式存在舰载机数量少，航程短，携弹少，不能起飞大型预警机及运输机的缺点。

为此,发明了一种利用高压海水喷射技术垂直起飞各型号舰载机的技术，其原理是利用高压海水通过喷嘴向下高速喷射产生的反冲力作为舰载机的升力而垂直升空，同时部分喷嘴水平向后喷射产生的反冲力作为水平推力，与舰载机本身发动机的水平推力共同作用下使舰载机达到一定的速度，最后顺利升空。本技术原理简单，所用到的设备包括耐高压海水储罐，耐压输水软管及耐压喷嘴都有成熟的技术，不需要从基础理论研究做起，经过短期的试验即能付诸实施，形成战斗力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高效、快捷、不依赖于甲板的航母舰载机的起飞装置。

一种航母舰载机的垂直起飞装置，至少包括如下部分：高压海水储罐、高压给水泵、高压空气储罐、高压空气压缩机、耐高压输水软管、机身喷射装置、机身挂架及控制系统组成；本装置采用多喷嘴布局型式，喷嘴合理分布于机身、机翼及机尾；起飞前，先将耐高压输水软管与机身喷射装置连接好，起飞指令下达后，飞机引擎首先启动，然后高压海水储罐的底阀开启，海水立即从输水软管进入喷射装置后从垂直向下的喷嘴高速喷出，待飞机离开甲板一定高度后，水平喷嘴开始喷射，同时飞机引擎加大马力，舰载机飞离甲板并平飞，待达到一定速度后，朝下的喷嘴转为斜向后喷射，舰载机加速升空；耐高压输水软管从喷射装置断开并被回收归位，准备下一架舰载机的起飞。

所述的高压海水储罐由高强度金属材料或合金钢制成；耐压强度不低于10MPa,高压海水储罐的表面均做防腐处理或内衬抗腐蚀材料。

所述的高压空气储罐由高强度金属材料或合金钢制成，耐压强度不低于10MPa。

进一步的，所述的高压海水储罐的压力可由与之相通的高压空气储罐提供，也可由高压给水泵直接提供或由两者共同提供。

进一步的，所述的高压空气储罐的压力由高压空气压缩机提供。

所述的耐高压输水软管为钢丝加强的复合材料制成的软管，耐压强度不低于10MPa；其一端与高压海水储罐底阀引出的软管相接，另一端设有快接口，与机身喷射装置连接。

所述的机身喷射装置由喷嘴、连接管及框架构成；均由高强度耐腐蚀材料制成，连接管及喷嘴的耐压强度不低于10MPa。

进一步的，所述的框架包含传动机构，可根据飞行状态调整喷嘴的喷射方向，由垂直向下转为斜向后直至水平向后。

所述的机身挂架用于将机身喷射装置的框架悬挂并固定于机身上，空中格斗或其它紧急情况时，机身挂架可与机身喷射装置的框架脱离。

所述的一种航母舰载机的垂直起飞装置，可根据射舰载机的质量随时调节海水压力与压缩空气压力；压缩空气压力不低于海水压力。

本发明的有益效果在于：首先，它克服了滑跃起飞固有的迎风起飞，滑跑距离长等缺点，能够实现无跑道起飞各型号飞机尤其是预警机这类重型飞机；第二，克服了弹射起飞大量消耗淡水，弹射装置技术复杂、维修繁重、人员编制过多的缺点，省掉了体积庞大的蒸汽储罐，仅使用体积不大的海水储罐，显著扩大了航母的有效作战空间；第三，与传统垂直起飞舰载机相比，该技术不需要价格昂贵的垂直起降飞机，而只需要在普通舰载机的机身上挂装海水喷射装置即可，而且该起飞方式的主要动力源于高压海水的压力能，不需过多消耗飞机的燃料，所以成本低廉，操作简单；第四，在甲板面积小的轻型航母上也可以起飞各种作战飞机；第五，不受甲板的束缚，甚至只要将航母的机库略作改动，即可从机库各个出口直接升空，从而大大增加舰载机的升空频率，在战时甲板被破坏，升降机失灵的情况下，只要高压海水系统正常就可以正常起飞战机，这对于保证航母的作战能力是至关重要的。总之，海水喷射垂直起飞技术，完全克服了舰载机传统起飞方式的不足，是一种颠覆性的舰载机起飞技术，将极大增加航母的作战能力。

附图说明

图1为舰载机垂直起飞侧视图。

图2为舰载机垂直起飞后视图。

具体实施方式

下面结合实施例进一步详细描述本专利。

本发明航母舰载机的垂直起飞装置，至少包括如下部分：高压海水储罐1、高压给水泵2、高压空气储罐3、高压空气压缩机4、耐高压输水软管5、机身喷射装置6、机身挂架7及控制系统8。

如图1-2所示，本装置采用多喷嘴布局型式，喷嘴合理分布于机身、机翼及机尾。

起飞前阶段：首先检查高压海水储罐1中的海水液位处于规定范围，罐内压力处于规定范围；同时检查高压海水储罐1的底阀与耐高压输水软管5连接正常，底阀处于关闭状态并锁死。

起飞准备阶段：将机身喷射装置6的总管与高压海水储罐1引出的高压输水软管5接通。

起飞阶段：接到起飞指令后，飞机引擎首先启动，然后高压海水储罐1的底阀解锁并自动打开，高压海水立刻充满高压输水软管5并通过机身喷射装置6的喷嘴开始喷水，等到向下喷水产生的反冲力大于舰载机的总重时（包括舰载机自重、机身喷射装置6、高压输水软管5及其中的海水）时，飞机垂直上升，至规定高度后，水平喷嘴开始喷水，同时飞机引擎加大马力，飞机向前平飞，高压输水软管5随飞机一起移动，至一定飞行距离后，朝下的喷嘴转为斜向后喷射，舰载机加速平飞；最后高压海水罐1的底阀首先关闭并泄压，然后舰载机断开与高压输水软管5的连接，舰载机独立升空。

起飞后阶段：迅速将高压输水软管5回收归位，确认无损后备下次使用；当高压海水储罐1的液位低于规定值时,立即用高压给水泵2进行补水.当罐内压力低于规定值时,立即用高压空气压缩机4进行增压。

以上实施例只是优选的实施方式之一，是为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，不可理解为对本发明权力保护范围的限定，相反，对于本领域的普通科研人员而言，凡利用本发明进行的任何非实质性的改动或调整，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种航母舰载机的垂直起飞装置，其特征在于，至少包括如下部分：高压海水储罐、高压给水泵、高压空气储罐、高压空气压缩机、耐高压输水软管、机身喷射装置、机身挂架及控制系统组成；本装置采用多喷嘴布局型式，喷嘴合理分布于机身、机翼及机尾；起飞前，先将耐高压输水软管与机身喷射装置连接好，起飞指令下达后，飞机引擎首先启动，然后高压海水储罐的底阀开启，海水立即从高压输水软管进入机身喷射装置后从垂直向下的喷嘴中高速喷出，待飞机离开甲板一定高度后，水平喷嘴开始喷射，同时飞机引擎加大马力，舰载机飞离甲板并平飞，待达到一定速度后，朝下的喷嘴转为斜向后喷射，舰载机加速升空；耐高压输水软管从喷射装置断开并被回收归位，准备下一架舰载机的起飞。

2.根据权利要求1所述的一种航母舰载机的垂直起飞装置，其特征在于，所述的高压海水储罐由高强度金属材料或合金钢制成；耐压强度不低于10MPa,高压海水储罐的表面均做防腐处理或内衬抗腐蚀材料。

3.根据权利要求1所述的一种航母舰载机的垂直起飞装置，其特征在于，所述的高压空气储罐由高强度金属材料或合金钢制成，耐压强度不低于10MPa。

4.根据权利要求2-3所述的一种航母舰载机的垂直起飞装置，其特征在于，所述的高压海水储罐的压力可由与之相通的高压空气储罐提供，也可由高压给水泵直接提供或由两者共同提供。

5.根据权利要求4所述的一种航母舰载机的垂直起飞装置，其特征在于，所述的高压空气储罐的压力由高压空气压缩机提供。

6.根据权利要求1所述的一种航母舰载机的垂直起飞装置，其特征在于，所述的耐高压输水软管为钢丝加强的复合材料制成的软管，耐压强度不低于10MPa；其一端与高压海水储罐底阀引出的软管相接，另一端设有快接口，与机身喷射装置连接。

7.根据权利要求1所述的一种航母舰载机的垂直起飞装置，其特征在于，所述的机身喷射装置由喷嘴、连接管及框架构成；均由高强度耐腐蚀材料制成，连接管及喷嘴的耐压强度不低于10MPa。

8.根据权利要求7所述的一种航母舰载机的垂直起飞装置，其特征在于，所述的框架包含传动机构，可根据飞行状态调整喷嘴的喷射方向，由垂直向下转为斜向后直至水平向后。

9.根据权利要求1所述的一种航母舰载机的垂直起飞装置，其特征在于，所述的机身挂架用于将机身喷射装置的框架悬挂并固定于机身上，空中格斗或其它紧急情况下机身挂架可与机身喷射装置的框架脱离。

10.根据权利要求1-9所述的一种航母舰载机的垂直起飞装置，其特征在于，高压海水储罐内的压力与高压空气储罐内的压力可以根据射舰载机的质量随时调节；压缩空气压力不低于海水压力。