CN106742027A - 飞行器蒸汽弹射装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种飞行器蒸汽弹射装置及其工作方法，其特征在于：其中飞行器蒸汽弹射装置包括布设在飞行器飞行跑道底下的弹射汽缸和弹射活塞，所述弹射汽缸的起始端设有高压汽通入口，以在通入高压汽后推动弹射活塞往弹射汽缸的末尾端移动，所述弹射活塞上部设有伸出轨道面用于牵拉飞行器的牵引器，所述弹射活塞的后方设有持续在弹射活塞后部喷射冷却水的喷嘴。该飞行器蒸汽弹射装置结构简单、设计合理，有利于提高能量的利用效率。
Description
技术领域：
本发明涉及一种飞行器蒸汽弹射装置及其工作方法。
背景技术：
目前很多飞机的起飞均需要较长的助跑跑道，从而增加了机场建设的面积和成本，而有些场合或位置受到长度的影响，无法铺设较长跑道，如航空母舰等，人们创造了蒸汽弹射装置，但目前的蒸汽弹射装置仅能利用到其中4.5%左右的能量，从而造成巨大能量的浪费。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种飞行器蒸汽弹射装置及其工作方法，该飞行器蒸汽弹射装置能源利用效率高出传统蒸汽弹射装置数倍，可以大量减少舰船用于飞行器起飞的动力储备，节约能源，并节省出舰船宝贵动力空间做为它用。
本发明飞行器蒸汽弹射装置，其特征在于：包括布设在飞行器飞行跑道底下的弹射汽缸和弹射活塞，所述弹射汽缸的起始端设有高压汽通入口，以在通入高压汽后推动弹射活塞往弹射汽缸的末尾端移动，所述弹射活塞上部设有伸出轨道面用于牵拉飞行器的牵引器，所述弹射汽缸的内壁周围布置有喷射冷却水的喷嘴，即弹射汽缸沿活塞运动方向持续布置了喷射冷却水的喷嘴。
进一步的，随着弹射活塞的运动，上述喷嘴通过程序控制，不断的开启新的喷嘴，关闭前面的喷嘴，以保持对弹射活塞后部持续喷射冷却水，构建一个随活塞运动的冷源。
进一步的，上述喷嘴具有多个，其均匀分布在弹射汽缸的轴向与径向。
本发明飞行器蒸汽弹射装置的工作原理，起先，弹射活塞位于弹射汽缸的起始端，飞行器位于飞行跑道的起始端，在弹射汽缸的高压蒸汽送入后，弹射活塞被推动往弹射汽缸末尾端移动，飞行器也通过牵引器跟随弹射活塞移动，同时位于汽缸上的喷嘴开始向弹射活塞后方喷水，高压蒸汽遇水后凝结，从气相变成液相，释放出大量的汽化潜热做功推动活塞快速向前移动，带动飞行器达到起飞速度，实现飞行器的起飞。
根据热力学第二原理，热机做功时，不但要有高温热源，还要有供释放低温热的冷源。传统蒸汽弹射器由于没有设置冷源，只利用了高压蒸汽的势能部分（压力能），高压蒸汽以乏汽形式排放大气，能源利用效率只有约4.5%。高效蒸汽弹射器通过在蒸汽弹射装置人为建立一套冷源，不但利用高压蒸汽的压力能，还通过冷源的建立，使部分高压蒸汽凝结成水，将大量的汽化潜热释放出来，汽化潜热在蒸汽焓值占比80%以上，因此大大提高了蒸汽弹射装置的能源利用效率。
热能转变为机械能做功包括的条件为：工质的性能（蒸汽的膨胀做功）、热机设备（弹射器）、高温热源Q1（高压蒸汽）、低温热源Q2（做功后乏汽及冷凝水）。其热力学表达式是：
，其中Q1为高温热源；Q2为低温热源；W为做功量；为热机效率。
当人为建立冷源后，就可以大幅降低Q2值，从而提高装置的做功能力，或者在做同样功的条件下，大幅降低高温热源的输入量。
利用此原理，可使蒸汽弹射装置的能源利用率提高到20%以上，相应的同样起飞一架次飞行器，可以减少80%以上的高压蒸汽耗量。
附图说明：
图1是本发明飞行器蒸汽弹射装置的原理示意图；
图2是图1的A-A断面图；
图3是弹射活塞的构造示意图。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
本发明飞行器蒸汽弹射装置包括布设在飞行器1飞行跑道2底下的弹射汽缸3和弹射活塞4，所述弹射汽缸3的起始端301设有高压蒸汽通入口5，以在通入高压汽后推动弹射活塞4往弹射汽缸的末尾端302移动，所述弹射活塞4上部设有伸出轨道面用于牵拉飞行器的牵引器6，所述弹射汽缸的内壁周围布置有喷射冷却水的喷嘴，即所述弹射汽缸3上设有持续在弹射活塞4后部周围喷射冷却水的喷嘴7。
另一种构造可以为在弹射活塞4后部上设有喷嘴，喷嘴属于弹射活塞4的一部分，在弹射活塞4后部持续喷水。
进一步的，为了设计合理，上述喷嘴具有多个，其均匀分布在弹射汽缸的轴向与径向。
进一步的，上述喷嘴喷入8.0MPa以上的高压常温水（20度），以在弹射活塞4后部形成冷源。
进一步的，从弹射汽缸3的起始端301送入的高压蒸汽，推动弹射活塞4往弹射汽缸的末尾端302移动，同时位于汽缸上的喷嘴开始向弹射活塞后方喷水，高压蒸汽遇水后凝结，从气相变成液相，释放出大量的汽化潜热做功推动活塞快速向前移动。
进一步的，为了确保持续的利用高压蒸汽的汽化潜热，降低能耗，上述喷嘴通过程序控制，不断的开启靠近弹射活塞4后方的喷嘴，关闭前面的喷嘴，以保持对弹射活塞后部持续喷射冷却水，构建一个随活塞运动的冷源，哪个位置的喷嘴启闭喷水由电磁阀8控制。
进一步的，通过控制冷却水的压力，可以改变喷水量，进而精准控制作用于活塞上的力，控制活塞向前运动速度，满足不同飞行器对起飞初速度的要求。
在弹射活塞行进过程中，从弹射汽缸起始端位置的喷嘴往弹射汽缸末尾端位置的喷嘴逐步开始喷水，位于弹射活塞行进方向前方的喷嘴不喷水，而恰好位于行进中的弹射活塞的后方才开始喷射水，而弹射活塞远离该喷嘴时即停止喷水；所述高压汽的入射压力为6.0MPa、速度70~80m/s；喷嘴喷水的入射水温为常温下的水。
本发明飞行器蒸汽弹射装置的工作原理，起先，弹射活塞4位于弹射汽缸3的起始端301，飞行器1位于飞行跑道的起始端，从弹射汽缸3的起始端301送入的高压蒸汽送入后，弹射活塞4被推动往弹射汽缸末尾端302移动，飞行器1也通过牵引器2跟随弹射活塞3移动，同时位于汽缸上的喷嘴7开始向弹射活塞后方喷水，高压蒸汽遇水后凝结，从气相变成液相，释放出大量的汽化潜热做功推动活塞快速向前移动，带动飞行器1达到起飞速度，实现飞行器1的起飞。
根据热力学第二原理，热机做功时，不但要有高温热源，还要有供释放低温热的冷源。传统蒸汽弹射器由于没有设置冷源，只利用了高压蒸汽的势能部分（压力能），高压蒸汽以乏汽形式排放大气，能源利用效率只有约4.5%。高效蒸汽弹射器通过在蒸汽弹射装置人为建立一套冷源，不但利用高压蒸汽的压力能，还通过冷源的建立，使部分高压蒸汽凝结成水，将大量的汽化潜热释放出来，汽化潜热在蒸汽焓值占比80%以上，因此大大提高了蒸汽弹射装置的能源利用效率。
热能转变为机械能做功包括的条件为：工质的性能（蒸汽的膨胀做功）、热机设备（弹射器）、高温热源Q1（高压蒸汽）、低温热源Q2（做功后乏汽及冷凝水）。其热力学表达式是：
，其中Q1为高温热源；Q2为低温热源；W为做功量；为热机效率。
当人为建立冷源后，就可以大幅降低Q2值，从而提高装置的做功能力，或者在做同样功的条件下，大幅降低高温热源的输入量。
利用此原理，可使蒸汽弹射装置的能源利用率提高到20%以上，相应的同样起飞一架次飞行器，可以减少80%以上的高压蒸汽耗量。
同时，因为通过控制冷却水的压力，可以改变喷水量，进而精准控制作用于活塞上的力，控制活塞向前运动速度，满足不同飞行器对起飞初速度的要求，有效保证飞行器的安全起飞。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (8)
1.一种飞行器蒸汽弹射装置，其特征在于：包括布设在飞行器飞行跑道底下的弹射汽缸和弹射活塞，所述弹射汽缸的起始端设有高压汽通入口，以在通入高压汽后推动弹射活塞往弹射汽缸的末尾端移动，所述弹射活塞上部设有伸出轨道面用于牵拉飞行器的牵引器，所述弹射汽缸的内壁周围布置有喷射冷却水的喷嘴。
2.根据权利要求1所述的飞行器蒸汽弹射装置，其特征在于：所述喷嘴的开启随着弹射活塞方向开启，以保持对弹射活塞后部持续喷射冷却水。
3.根据权利要求1所述的飞行器蒸汽弹射装置，其特征在于：所述弹射汽缸的末尾端设有水刹车装置。
4.根据权利要求1所述的飞行器蒸汽弹射装置，其特征在于：所述弹射活塞包括两平行柱形塞和位于两平行柱形塞之间的连接柱，其中朝向弹射汽缸末尾端的柱形塞连接有锥形头。
5.根据权利要求1所述的飞行器蒸汽弹射装置，其特征在于：所述喷嘴具有多个，其均匀分布在弹射活塞的后方。
6.根据权利要求1所述的飞行器蒸汽弹射装置，其特征在于：所述高压汽的入射压力为6.0MPa、速度70~80m/s；喷嘴喷水的入射水温为常温下的水。
7.一种飞行器蒸汽弹射装置的工作方法，其特征在于：所述飞行器蒸汽弹射装置包括布设在飞行器飞行跑道底下的弹射汽缸和弹射活塞，所述弹射汽缸的起始端设有高压汽通入口，以在通入高压汽后推动弹射活塞往弹射汽缸的末尾端移动，所述弹射活塞上部设有伸出轨道面用于牵拉飞行器的牵引器，所述弹射汽缸的内壁周围布置有喷射冷却水的喷嘴；工作时，弹射活塞位于弹射汽缸的起始端，飞行器位于飞行跑道的起始端，在弹射汽缸的高压汽通入口中通入高压汽后，弹射活塞被迅速推动往弹射汽缸末尾端移动，飞行器也通过牵引器跟随弹射活塞迅速移动，从而给飞行器初始的速度，逐步实现飞行器的起飞，同时在弹射活塞行进过程中，从弹射汽缸起始端位置的喷嘴往弹射汽缸末尾端位置的喷嘴逐步开始喷水，位于弹射活塞行进方向前方的喷嘴不喷水，而恰好位于行进中的弹射活塞的后方才开始喷射水，而弹射活塞远离该喷嘴时即停止喷水。
8.根据权利要求1所述的飞行器蒸汽弹射装置的工作方法，其特征在于：所述高压汽的入射压力为6.0MPa、速度70~80m/s；喷嘴喷水的入射水温为常温下的水。
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| CN109436364A (zh) * | 2018-10-22 | 2019-03-08 | 南京航空航天大学 | 一种用于无人机连续发射的装置及方法 |
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| CN110498056A (zh) * | 2018-05-18 | 2019-11-26 | 田春生 | 两列汽缸一条密封带式蒸汽弹射器 |
| CN109436364A (zh) * | 2018-10-22 | 2019-03-08 | 南京航空航天大学 | 一种用于无人机连续发射的装置及方法 |
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