CN106114895A - 一种液压磁悬浮航空母舰舷侧式飞机升降机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液压磁悬浮航空母舰舷侧式飞机升降机技术方案，采用无杆活塞液压缸原理，利用液压系统灵活而强大的驱动力作为起吊飞机的动力源，利用现代铷铁硼永久磁铁异极相吸原理提供的强大吸引力代替绞盘机的吊索功能，而设计成的一种升降平台技术，它从根本上改变了传统航母飞机升降机钢索起吊的“柔性结构”原理，使航母飞机升降机进入“准刚性结构”时代，可以将飞机更安全、可靠、平稳、快速的从升降机升降平台输送到飞行甲板，用以大幅提高航母的作战性能，平时方便维护，战时为战斗赢得时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种航空母舰飞机升降机。
背景技术
航空母舰是大国实力的象征，航母的性能和先进程度是一个国家科技实力的体现，航母的飞机从机库到甲板之间的输送速度与稳定性是航母的重要战术性能，有时可能影响到一场海上航母搏斗的胜负。
现代航空母舰飞机升降机有舷内式升降机和舷侧式升降机两种。
舷内式升降机是在航母甲板中间开个口，在这个开口部分设置升降平台，在开口旁边甲板的下方布置升降机的附件，用液压装置带动钢丝绳提升升降平台。
舷侧式升降机为悬臂式结构，在航母机库外侧的舷边设有腰形开口，升降平台设置在开口外侧，其靠近航母一侧固定在装有垂直导向滑槽的导轨内，然后借助液压机构带动钢丝绳来提升升降平台。
这两种类型的升降机虽有很大区别，但其工作原理是相同的，都是采用液压顶套带动动滑轮，通过钢丝绳拉动升降平台上的栓固点，驱动升降平台上下运行。
由于飞机升降机载荷很大，其升降平台需要数组钢丝绳和滑轮组件来拉动，
为了保证升降机上升与下降时运动的一致性，必须使用一套液压系统直接拉动所有钢丝绳，从而保证动作的协调性。如果动作不一致，升降平台肯定会发生倾斜并卡住，后果可想而知，因此，航母上设置了各种装置，甚至在升降平台上作好了飞机停放的准确位置，使钢丝绳受力均匀。
但是，无论怎样设计，由于受飞机升降机原理的限制，升降平台脱离不了“柔性结构”的缺陷：无法真正做到受力均匀，比如，如果说飞机固定于规定位置的时候，升降平台是处于受力均匀状态的话，那么，飞机在机轮刚踏上升降平台到规定位置之间，以及离开规定位置到离开升降平台的运动过程中，升降平台将是处于受力不均匀状态。由于“柔性结构”的特点，钢丝绳只能起“吊着”升降平台的作用，无法对升降平台进行相对“固定”，因此，升降平台实际上是处于相对不平稳状态。
前文已经述及，无论舷内式升降机还是舷侧式升降机，都是液压装置带动钢丝绳提升升降平台，这个原理看起来很简单，实施起来谈何容易！液压系统液压缸巨大的提升力，同一套液压装置驱动数套绞盘和滑轮，再带动数套不再同一条线上的钢丝绳，各条钢丝绳的受力要求一致、运行速度要求一致，一整套复杂的设备和保障装置(据报道，美国尼米兹级的航母升降机采用的是舷侧式升降机，有3台功率超过150KW海军专用电动机带动油泵从回油箱抽油并压入柱塞型液压缸内，推动柱塞并带动动滑轮组移动，动滑轮组拉动钢丝绳，从而让升降平台垂直上升)，不能有分毫差错。
同样由于“柔性结构”的特点，升降平台的运行速度受到局限，目前各航母升降平台上升时的速度约为0.5M/s，下降时的速度约为0.55M/s(据报道，美国尼米兹级的航母从机库到航母平台有11米的高度，因此需要近20秒左右的时间，上下运行一个来回，加上预备时间，需要55秒)。飞机升降机升降平台上升和下降时的速度是航空母舰的重要战术技术参数，在战时可能影响到战斗的结果。
发明内容
本发明的目的在于发明一种比传统现代航空母舰飞机升降机更安全、更可靠、更平稳和“飞机输送”速度更快的航空母舰飞机升降机。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
保持传统舷侧式飞机升降机使用方式，便于使用者无须太多训练直接使用。
采用一种液压磁悬浮航空母舰舷侧式飞机升降机技术，可以达到更安全、可靠、平稳、快速的将飞机从升降机升降平台输送到飞行甲板的目的。
本发明的一种液压磁悬浮航空母舰舷侧式飞机升降机技术方案不是如磁悬浮列车那样的技术，而是采用无杆活塞液压缸原理，利用液压系统灵活而强大的驱动力作为起吊飞机的动力源，而利用现代铷铁硼永久磁铁异极相吸原理提供的强大吸引力代替绞盘机的吊索功能，而设计成的一种升降平台技术，它技术成熟，成本低廉，原料充足，实施容易。
图1、图2和图3是本发明的一种液压磁悬浮航空母舰舷侧式飞机升降机的实施例结构示意图，其中，图1是主视图，图2是图1A-A视图的旋转视图，图3是图2中G的局部放大图。
一种液压磁悬浮航空母舰舷侧式飞机升降机由舷外结构架平台(100)、油缸轨道(200)和液压系统(300)升降平台(400)、组成：
在航母舰舷(002)侧飞机出口的舰舷开口(003)外面设置有舷外结构架平台(100)，舷外结构架平台(100)是飞机舷外升降机升降平台(400)降落的位置，确保舷外升降机升降平台(400)降落的安全且使其降落至与负一层机库(001)平面对齐；
舷侧升降机升降平台(400)安装在舷外结构架平台(100)与飞行甲板(006)之间；
在舷外结构架平台(100)上从伸出侧弦的位置往外的两侧设立若干根立式结构件(101)，立式结构件(101)可靠的安装在舷外结构架平台(100)与飞行甲板(006)之间，油缸导轨(200)可靠的安装在立式结构件(100)上，立式结构件(100)上设置有与油缸导轨(200)相连接的结构；
油缸导轨(200)既起油缸的作用又起轨道的作用，缸体(201)用非磁性材料制作，缸体(201)中的无杆活塞(202)上安装有活塞磁铁(203)和活塞滚轮(205)；油缸导轨(200)上设置有安装时与立式结构件(101)相连接的安装连接件(206)；油缸导轨(200)所需的数量、布置形式、尺寸大小、截面形状、无杆活塞(202)、活塞磁铁(203)以及活塞滚轮(205)的设计，根据需要确定；
升降平台(400)是自机库(001)向飞行甲板(006)或从飞行甲板(006)向机库(001)上下运送飞机的承载体，升降平台(400)的升降平台架(401)上设置有导靴(402)；导靴(402)用非磁性材料制作，导靴(402)上设置有导靴磁铁(403)和导靴滚轮(405)；
导靴磁铁(403)与活塞磁铁(203)对应安装且异极相吸，利用导靴磁铁(403)与活塞磁铁(203)之间的吸引力使升降平台(400)及其升降平台(400)上的飞机随无杆活塞(202)上下运动和停靠；
活塞滚轮(205)的作用是确保活塞磁铁(203)与导靴磁铁(403)之间的吸引力达到最佳效果，同时又确保无杆活塞(202)的金属结构件与油缸导轨200()的缸体(201)内表面之间不会发生直接摩擦而仅靠密封圈起密封作用，从而使无杆活塞(202)在油缸导轨(400)中顺利运行；导靴滚轮(405)的作用是确保导靴磁铁(403)与活塞磁铁(203)之间的吸引力达到最佳效果，同时又确保导靴(402)与油缸导轨(400)的缸体(401)外表面之间不会发生直接摩擦，从而使导靴(402)沿着油缸导轨(400)顺利 运行和停靠；
液压系统(300)采用单独设置的一套液压控制系统，液压系统(300)必须1给所有油缸导轨(200)提供足够强大的、均衡的驱动力并控制轨道中的无杆活塞(A311)上下运行和停靠；
当液压系统(300)提供动力驱动无杆活塞(202)向上或向下运行或停靠时，活塞磁铁(203)就吸引导靴磁铁(403)，从而带动升降平台(400)以及升降平台(400)上的舰载机(005)向上或向下运行或停靠。
本发明的有益效果是：
1、传统绞盘式飞机升降机用多根钢索起吊升降平台，虽然升降平台靠近航母一侧被固定在装有垂直导向滑槽的导轨内，可限制其侧向移动，但只可起到一个方向的稳定作用，但钢索起吊毕竟是一种“柔性结构”，工作非常不稳定；液压磁悬浮飞机升降机由液压驱动无杆活塞，液压油是不可压缩的；而根据永久磁铁异极相吸的特性，无论导靴磁铁(403)向哪个方向移动，活塞磁铁(203)都会阻止其移动；因此，改用液压磁悬浮飞机升降机起吊，升降机由“柔性结构”变为“准刚性结构”，升降平台运行更平稳、更可靠。
2、传统飞机升降机的运行速度约0.5-0.6M/s，液压磁悬浮飞机升降机的运行速度可提高到2M/s以上，用来运送物资时甚至可提高到3M/s以上，也就是说，飞机输送速度约可提高3倍(当然，这只是液压磁悬浮飞机升降机可以达到这个运行速度，具体使用多大速度合适，需要经试验确定)。
3、没有升降机地面上一整套液压缸驱动多套滑轮组的结构，没有许多钢丝绳起吊结构，省去了许多严格的安装、调试、检查、更换钢丝绳的麻烦，提高了系统的安全可靠性；液压磁悬浮飞机升降机的液压控制系统(泵站)可以设置在比较远离升降机的地方或方便操作和监控的地方，为航母节约宝贵的空间。
4、利用该原理设计的液压磁悬浮舷内飞机升降机可以实现象住宅电梯一样的高速、平稳、安全运行，根据液压磁悬浮升降机的功能，可轻易实现慢加速起步，中间高速均速运行，到站时慢减速稳步停靠，如果用于航母人员、物资、武器弹药输送小型升降机，既快速、又安全，又节约空间，又简化维修。
由此可知，液压磁悬浮飞机升降机的实施，将使航空母舰飞机升降机由钢索起吊的“柔性结构”上升到“准刚性结构”，使航母飞机升降机进入第三代产品，其战术性能、安全性、可靠性、机库整洁、节约空间在等多项性能都大幅提升，是一次飞机升降机的原理性创新；同时，航母上人员、物资和武器弹药等输送平台如果都采用液压磁悬浮升降机，将可以大大提高输送速度，节约面积，提高安全性，减少不必要的事故和维修工作量；如果从航母底层到飞行甲板建立一台可到达各层的液压磁悬浮升降机，底层的人员和物资可以3M/s以上的速度，快速到达任何一层，不但将为全舰带来极大方便，在战时快速输送人员、物资、武器和飞机，还可以大大提高航母的作战性能，为战斗赢得时间。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1、图2和图3是本发明的一种液压磁悬浮航空母舰舷侧式飞机升降机的实施例结构示意图，其中，图1是主视图，图2是图1A-A视图的旋转视图，图3是图2中G的局部放大图。
图1、图2和图3中，
001、负一层机库；002、舰舷；003、舰舷开口；004、防护门；005、舰载机；006、飞行甲板；
100、舷外结构架平台；101、立式结构件；102、安装连接件；
200、油缸导轨；201、缸体；202、无杆活塞；203、活塞磁铁；204、磁铁屏蔽安装体；205、活塞滚轮；206、安装连接件；
300、液压系统；
400、升降平台；401、升降平台架；402、导靴；403、导靴磁铁；404、磁铁屏蔽安装体；405、导靴滚轮。
图4是本发明的一种活塞磁铁与导靴磁铁安装关系结构和液压系统连接示意图。图中，
202、无杆活塞；203、活塞磁铁；204、磁铁屏蔽安装体；207、连接结构件；
402、导靴；403、导靴磁铁；404、磁铁屏蔽安装体；
300、液压系统；301、油泵；302、溢流阀；303、换向阀；304、节流阀；310、油箱；320、冷却系统。
具体实施方式
本发明的一种液压磁悬浮航空母舰舷侧式飞机升降机技术方案不是如磁悬浮列车那样的技术，而是采用无杆活塞液压缸原理，利用液压系统灵活而强大的驱动力作为起吊飞机的动力源，而利用现代铷铁硼永久磁铁异极相吸原理提供的强大吸引力代替绞盘机的吊索功能，而设计成的一种升降平台技术，它技术成熟，成本低廉，原料充足，实施容易。
图1、图2和图3是本发明的一种液压磁悬浮航空母舰舷侧式飞机升降机的实施例结构示意图，其中，图1是主视图，图2是图1A-A视图的旋转视图，图3是图2中G的局部放大图。
一种液压磁悬浮航空母舰舷侧式飞机升降机由舷外结构架平台(100)、油缸轨道(200)和液压系统(300)升降平台(400)、组成，舷外结构架平台(100)是建在机库(001)平面、舰舷(002)侧的一个基础结构，在舷外结构架平台(100)之上与飞行甲板(006)之间安装油缸轨道(200)，在液压系统(300)驱动下，
油缸导轨(200)中的活塞磁铁(203)吸引住与升降平台(400)相连的导靴磁铁(403)，从而驱动升降平台(400)向上、向下运动或停靠。
在航母舰舷(002)侧机库飞机出口的舰舷开口(003)外面设置有舷外结构架平台(100)，舷外结构架平台(100)是飞机舷外升降机升降平台(400)降落的位置，确保舷外升降机升降平台(400)降落的安全且使其降落至与负一层机库(001)平面对齐。舷外结构架平台(100)的结构要求稳定、结实、可靠，强度和刚度都要求达到要求，除了材料的力学性能外，还必须配合表面处理工艺，确保各结构的防腐蚀功能。此外，舷外结构架平台(100)还必须与舰体建立起可靠的连接。
舷侧升降机升降平台(400)安装在舷外结构架平台(100)与飞行甲板(006)之间；
在舷外结构架平台(100)上从伸出侧弦的位置往外的两侧设立若干根立式结构件(101)，立式结构件(101)可靠的安装在舷外结构架平台(100)与飞行甲板(006)之间，油缸导轨(200)可靠的安装在立式结构件(100)上，立式结构件(100)上设置有与油缸导轨(200)相连接的结构。
立式结构件(101)是安装油缸导轨(200)基础结构，同时又是将飞行甲板(200)和舷外结构架平台(100)连接为一个整体结构的连接结构件，此部件非常重要。立式结构件(101)的材料要求也是强度、刚度和防腐； 立式结构件(101)要求有与飞行甲板(200)和舷外结构架平台(100)相连接的结构，可焊接，也可螺接，可根据具体情况决定，只要保证可靠；立式结构件(101)上要设计好用以方便安装油缸导轨(200)的结构，还要同时考虑到安装和调试工艺问题。
油缸导轨(200)既起油缸的作用又起轨道的作用，缸体(201)用非磁性材料制作，缸体(201)中的无杆活塞(202)上安装有活塞磁铁(203)和活塞滚轮(205)；油缸导轨(200)上设置有安装时与立式结构件(101)
相连接的安装连接件(206)；油缸导轨(200)所需的数量、布置形式、尺寸大小、截面形状、无杆活塞(202)、活塞磁铁(203)以及活塞滚轮(205)的设计，根据需要确定；
油缸导轨(200)是液压磁悬浮航空母舰飞机升降机的最关键部件。需要设置几根油缸导轨，每根油缸导轨的内截面积应该多少，采取甚麽截面形状，壁厚应该多少，等等，在设计时应全面考虑到材料、工艺、升降平台的重量、飞机的最大起飞重量、装载飞机的数量、液压系统的压力和流量、活塞磁铁(203)与导靴磁铁(403)的安装方式以及它们之间吸引力的大小，......等等诸多因素。因为航空母舰飞机升降机是重要产品，据称6～7万吨航母，飞行甲板(200)和舷外结构架平台(100)之间的高度应为7M左右，立式结构件(101)和油缸导轨(200)的缸体均不能焊接延长而应该采用一次拉制成型结构。
升降平台(400)是自机库(001)向飞行甲板(006)或从飞行甲板(006)向机库(001)上下运送飞机的承载体，升降平台(400)的升降平台架(401)上设置有导靴(402)；导靴(402)用非磁性材料制作，导靴(402)上设置有导靴磁铁(403)和导靴滚轮(405)。升降平台(400)的结构设计基本与传统航母升降平台的结构相同，设计和制造方法、材料、工艺均没有什么区别，只是取消了缆索的栓固结构，代之的是在升降平台的侧面安装导靴，导靴上安装导靴磁铁。
导靴磁铁(403)与活塞磁铁(203)对应安装且异极相吸，利用导靴磁铁(403)与活塞磁铁(203)之间的吸引力使升降平台(400)及其升降平台(400)上的飞机随无杆活塞(202)上下运动和停靠。因此，导靴磁铁(403)与活塞磁铁(203)之间的吸引力和液压系统的驱动力一样，是液压磁悬浮航母飞机升降机能否提升起升降平台和平台上的载荷并可靠、安全的运行的两个最基本条件之一。
为了取得更大的吸引力，有时可能需要一个油缸导轨中的无杆活塞上安装多个活塞磁铁，这是徐采用无杆活塞与活塞磁铁分离安装的结构，即在无杆活塞的上部或下部，或上下两部，安装连接结构，用连接结构连接活塞磁铁安装件，再在活塞磁铁安装件上安装活塞磁铁，这样，活塞磁铁的个数、结构、安装方式都有更灵活的选择。
活塞滚轮(205)的作用是确保活塞磁铁(203)与导靴磁铁(403)之间的吸引力达到最佳效果，同时又确保无杆活塞(202)的金属结构件与油缸导轨200()的缸体(201)内表面之间不会发生直接摩擦而仅靠密封圈起密封作用，从而使无杆活塞(202)在油缸导轨(400)中顺利运行；导靴滚轮(405)的作用是确保导靴磁铁(403)与活塞磁铁(203)之间的吸引力达到最佳效果，同时又确保导靴(402)与油缸导轨(400)的缸体(401)外表面之间不会发生直接摩擦，从而使导靴(402)沿着油缸导轨(400)顺利运行和停靠。
活塞滚轮(205)和导靴滚轮(405)都需要使用非磁性材料制作，并考虑到与缸体(202)的摩擦系数最小，尽量减少摩擦和声响。
一种液压磁悬浮航空母舰舷侧式飞机升降机的实施能否成功的关键是要求能满足两个技术条件：
1、液压系统要能够提供起吊升降平台以及升降平台上的载荷所需要的推力将全部无杆活塞推动，才 能起吊飞机，通常的载荷计算是将升降平台的质量加飞机最大起飞重量的总和。这个在液压系统设计的常规设计方法中已有，本申请不再阐述。
2、活塞磁铁与导靴磁铁之间的垂直方向分吸引力要能够吸引起升降平台以及升降平台上的载荷总和，这里我们需要做一个简要计算：
假设以歼20作为舰载机，最大起飞重量36吨，飞机升降机升降平台重量为54吨，则垂直方向理论分吸引力需要Fz＝36+54＝90吨。
假设设置10根油缸导轨，每根油缸导轨上有一个无杆活塞，每个无杆活塞上设置4个活塞磁铁，每个活塞磁铁的尺寸为50x120x150＝900000mm＝0.9分米3，则其重量为0.9x7.8≈7Kg；4个活塞磁铁总重为4x7＝28公斤。
据资料显示，每公斤现代汝铁硼磁铁可以吸起约640公斤的物体(铁磁体)，那么28公斤磁铁可以吸引起640x28＝17920公斤的物体；考虑到磁铁的安装问题乘以系数0.7，再考虑到磁铁间隙问题乘以系数0.7，那么，28公斤磁铁可以垂直吸引实际重量为：17920x0.7x0.7＝8780公斤。10根油缸导轨理论垂直方向吸引力可达8780x10＝87800公斤，即约88吨，约等于90吨。
这里，我们只是粗略估算磁铁是否可以吸引起90吨重的飞机升降机，同时说明估算方法，实际工作中，需要根据所需输送的最大飞机的实际最大起飞重量和升降平台的实际重量，通过试验得出可靠数据，最后决定油缸导轨所需根数、油缸内径和外径、活塞截面积、磁铁尺寸和数量、安装方式、安全系数等等技术参数，总之，所有参数都可以进行调整设计，吸引力不够，可以有多种方法增加；我们可以不断修正设计，一直设计、计算、试验到合格为止。
图4是本发明的一种活塞磁铁与导靴磁铁安装关系结构和液压系统连接示意图。
活塞磁铁与导靴磁铁安装关系结构有多种安装方式，图4是一个活塞带动多个活塞磁铁的结构示意图这只是安装方法之一，使用者应根据自身情况设计安装方式，以取得最佳效果为原则，而且都要经过试验决定。
液压系统属常规技术，只是节流阀、油箱和冷却系统需要专门设计开发，但这属于常规技术。
自从航空母舰诞生以来，到目前为止，航空母舰飞机升降机同样都是采用钢索起吊升降平台，只是现代航母为了保护飞行甲板的结构强度，都是使用舷侧式飞机升降机。请审查员同志仔细研究一下传统航母舷侧式飞机升降机的结构和原理，再对比一下“一种大幅度提高航空母舰搭载飞机数量的方法”、“一种液压磁悬浮航空母舰舷侧式飞机升降机”和“一种航空母舰机库飞机快速送入飞机升降机的方法”三个专利申请文件，您一定会发现，液压磁悬浮航空母舰飞机升降机技术相对于钢索起吊舷侧式飞机升降机技术绝对是领先一代的、技术性能超前几倍的新技术，我们国家航空母舰飞机升降机技术如果首先跨入液压磁悬浮航空母舰飞机升降机技术的时代，我们国家的航母技术从一开始就将相对于世界其他国家出现一个跨代的超越。
Claims (3)
1.本发明公开了一种液压磁悬浮航空母舰舷侧式飞机升降机，由舷外结构架平台(100)、油缸轨道(200)和液压系统(300)升降平台(400)、组成，其特征是：
在航母舰舷(002)侧飞机出口的舰舷开口(003)外面设置有舷外结构架平台(100)；
舷侧升降机升降平台(400)安装在舷外结构架平台(100)与飞行甲板(006)之间；
在舷外结构架平台(100)上从伸出侧弦的位置往外的两侧设立若干根立式结构件(101)，立式结构件(101)可靠的安装在舷外结构架平台(100)与飞行甲板(006)之间，油缸导轨(200)可靠的安装在立式结构件(100)上，立式结构件(100)上设置有与油缸导轨(200)相连接的结构；
油缸导轨(200)既起油缸的作用又起轨道的作用，缸体(201)用非磁性材料制作，缸体(201)中的无杆活塞(202)上安装有活塞磁铁(203)和活塞滚轮(205)；油缸导轨(200)上设置有安装时与立式结构件(101)相连接的安装连接件(206)；
升降平台(400)是自机库(001)向飞行甲板(006)或从飞行甲板(006)向机库(001)上下运送飞机的承载体，升降平台(400)的升降平台架(401)上设置有导靴(402)；导靴(402)用非磁性材料制作，导靴(402)上设置有导靴磁铁(403)和导靴滚轮(405)；
导靴磁铁(403)与活塞磁铁(203)对应安装且异极相吸，利用导靴磁铁(403)与活塞磁铁(203)之间的吸引力使升降平台(400)及其升降平台(400)上的飞机随无杆活塞(202)上下运动和停靠。
2.如权利要求1所述的一种液压磁悬浮航空母舰舷侧式飞机升降机，其特征是：通过连接结构件，缸体内一个无杆活塞上安装多个活塞磁铁。
3.如权利要求1所述的一种液压磁悬浮航空母舰舷侧式飞机升降机，其特征是：活塞磁铁和导靴磁铁成一定角度安装，用以提高活塞磁铁和导靴磁铁之间垂直方向上的吸引力。
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