CN113697123B - 一种航母舰载机弹射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种航母舰载机弹射装置,属于电磁弹射技术领域。该弹射装置包括机架单元、弹射车、主电机、过桥电机;机架单元上部设置轨道,机架单元下部固定连接主电机和过桥电机,外转子设置直齿轮的主电机和过桥电机沿机架单元纵向交替水平布置及其齿轮相互啮合形成前后串联的传动链,数个主电机与过桥电机和一机架单元构成一独立的机座,数个机座前后连接形成弹射工作区;弹射车下部的齿条与主电机的外齿轮啮合,电机启动加速时,弹射车沿轨道滑行带动飞行器加速起飞。本发明装置采用齿条多点啮合技术和动力串联叠加满足航母舰载机弹射装置的高功率、大推力和高加速度的工作要求,具有适应能力强、传动效率高、工作可靠、成本低等特点。
Description
技术领域:
本发明属于航母电磁弹射设备技术领域,具体涉及一种航母舰载机弹射装置。
背景技术:
航母舰载机弹射装置是航母上助力起飞大型飞机的关键设备,借助于舰载机弹射装置,可大大缩小飞机的起飞跑道和航母甲板的占用空间,提高飞机起飞的可靠性和起飞效率,对提高航母的战斗力具有重要的意义。现有的蒸汽弹射装置是成功的舰载机弹射装置,具有结构简单、推力大、运动质量小和起飞加速度大等优点,但存在推力不易控制、加速度变化大、气缸加工和安装技术要求高、密封条使用寿命短及维护费用高等不足。采用直线电机的电磁弹射装置可克服蒸汽弹射装置的不足,具有电磁推力易于控制,维护简单,适应环境能力强等特点。定子局部绕组与动磁铁作用产生电磁力,为了产生足够大的电磁推力,定子局部绕组需要产生大电流,同时动磁铁与定子局部绕组具有大的作用面积,因此,采用直线电机的电磁弹射装置需要大功率的供电和高速切换设备,定子绕组交变承受大电流和大推力冲击,不利于提高使用寿命。同时动磁铁的运动质量大,电磁作用力有限,不利于起飞加速度的提高。
发明内容:
本发明针对现有航母舰载机弹射设备存在的技术问题,提供一种航母舰载机弹射装置。该弹射装置可发挥直线电机电磁弹射装置的优点,克服其不足,适用于不同起飞重量的飞行器弹射起飞,具有适应能力强、传动效率高、占用空间小、工作可靠、成本低等特点。
本发明提供的一种航母舰载机弹射装置包括工作机座、弹射车2及齿板3;所述工作机座由若干机座单元前后纵向连接而成,所述机座单元由机架单元1、主电机4及过桥电机5装配而成。
所述机架单元1是由左支架1a和右支架1d装配构成的对称结构,所述机架单元1对称面是纵向铅锤面,所述左支架1a上部设置左上导轨1c和左下导轨1b,所述右支架1d上部设置右上导轨1f和右下导轨1e,所述左上导轨1c、左下导轨1b、右上导轨1f及所述右下导轨1e的纵向轴线相互平行,所述左下导轨1b和所述右下导轨1e的顶面位于同一水平面,所述左上导轨1c和所述右上导轨1f的下表面位于同一水平面,所述左上导轨1c和所述右上导轨1f的内侧面平行。
所述弹射车2为细长的弹体形车体,所述车体的纵向对称面与所述机架单元1的对称面重合,在所述车体纵向对称面的两侧设置两个结构相同左右对称的前轮2c、两个结构相同左右对称的后轮2a和两个结构相同左右对称的导轮2b,所述前轮2c、后轮2a及所述导轮2b为作滚动的从动车轮,所述前轮2c位于所述车体的前部,所述后轮2a位于车体的后部,所述导轮2b位于所述车体的中部,所述前轮2c和所述后轮2a位于所述左上导轨1c和所述左下导轨1b或所述右上导轨1f和所述右下导轨1e之间,所述前轮2c和所述后轮2a的轴线平行并位于同一水平面内,两个结构相同左右对称的所述导轮2b位于所述左上导轨1c和所述右上导轨1f之间,两个结构相同左右对称的所述导轮2b分别压靠在所述左上导轨1c和所述右上导轨1f的内侧面,两个结构相同左右设置的所述导轮2b的轴线平行并位于铅锤平面内,所述车体的上部设置能够快速连接弹射对象的连接器,所述车体下部与所述齿板3固定连接。
所述齿板3是左右对称结构,所述齿板3的对称面与所述车体的纵向对称面重合,所述齿板3的上部与所述车体底面固定连接,所述齿板3的下部两侧对称设置两排平行的齿条,所述齿条的纵向节线平行于所述前轮2c和所述后轮2a轴线构成的平面,所述齿条的齿形是与渐开线齿轮啮合的直齿廓,所述齿板3的齿条与所述主电机4的外齿轮啮合。
所述主电机4为外转子电机,所述主电机4的轴线水平设置并与所述机架单元1的对称面垂直,所述主电机4位于所述齿板3下方,所述主电机4的定子轴两端分别与所述左支架1a和所述右支架1d固定连接,所述主电机4的外转子沿轴向设置的外齿轮同时与所述齿板3的所述齿条啮合。
所述过桥电机5为外转子电机,所述过桥电机5的轴线水平设置并与所述主电机4的轴线平行,所述过桥电机5的轴线高度低于所述主电机4的轴线高度,所述过桥电机5的定子轴两端分别与所述左支架1a和所述右支架1d固定连接,所述过桥电机5的外转子的外齿轮与所述主电机4的外转子上设置的外齿轮啮合。
所述主电机4和过桥电机5是结构相同的外转子电机,本发明中的外转子电机的具体结构见中国专利CN113148214A。
所述左上导轨1c和所述右上导轨1f的结构相同,所述左下导轨1b和所述右下导轨1e结构相同,所述左上导轨1c、右上导轨1f、左下导轨1b及所述右下导轨1e均采用高强度耐磨材料制造。
所述前轮2c和所述后轮2a的结构相同,所述前轮2c和所述后轮2a通过轴承与所述车体的轴连接。所述导轮2b通过轴承与所述车体的轴连接。
本发明航母舰载机弹射装置的工作原理如下:
沿工作机座纵向分布的主电机和过桥电机通过外齿轮啮合形成串联的动力传动链,所有主电机的外转子转速相同及其外齿轮的相位相同,与弹射车固定连接的齿板的齿条能与多个主电机外转子的外齿轮可靠啮合。所有电机输出的动力跟随弹射车和输出齿轮的位置变化而变化,从而实现高密度能量的高速传递和输出,分组控制工作电机的数量和转矩可以控制弹射车的推力,避免了直线电机电磁弹射装置所需的局部大电流和高速切换控制以及定子铁芯所承受的巨大推力。弹射飞行器时,电机正向转动,所有工作电机的转矩集中作用于齿板的齿条推动弹射车启动加速,达到飞行器起飞速度后电机制动并回收动能,电机反向转动,弹射车快速返回初始位置。
弹射车依靠前轮和后轮与导轨在铅锤方向的滚动接触以及导轮与导轨在水平方向的滚动接触能保证弹射车高速直线行驶。前轮和后轮能承受弹射时飞行器的部分自重、齿条啮合力的分力和作用于弹射车的倾翻力矩,因此弹射车的结构简单,不需要像蒸汽弹射装置那样牵引气缸密封条,也不像直线电机那样需要产生电磁力的大运动质量,弹射车具有较大的承载能力,较小的运动质量和很小的运动阻力。
弹射过程中弹射车一直处于加速运动状态,弹射质量和高加速度需要巨大的推力。齿板上的齿条同时与多个主电机的外齿轮啮合,高强度的齿轮和齿条易于实现大推力的传递且具有较长的使用寿命。
主电机和过桥电机的外转子既是动力元件又是传动元件,也是动力传动链中主要的运动质量,高强度材料制造的外转子可减小传动链整体的转动惯量,提高起动加速度,满足航母舰载机弹射装置的大负载起动加速的工作要求。
本发明具有以下技术优点:
1、本装置的机架单元和主电机、过桥电机装配构成的机座单元是独立的工作单元,易于纵向扩展为长度不同的工作机座,该工作机座占用空间小,维护简单。主电机和过桥电机的定子结构相同并受外转子保护,不易被破坏,有利于降低成本和备件数量,提高工作机座的可靠性。
2、分布安装的主电机和过桥电机的动力能快速聚集并输出给高速移动的弹射车,所有电机聚集的大功率能量传递采用高效率的齿轮传动,能量损失小,传递速度快。分组控制工作电机的数量易于实现弹射力的调节并回收能量。主电机和过桥电机的外转子转动惯量较小,易于启动和制动。
3、弹射车通过滚动的车轮与导轨面接触,运行阻力小,定位精度高,易于保证齿轮与齿条的啮合传动要求,运行性能稳定。弹射车只有从动车轮,结构简单,重量轻,齿板磨损易于快速更换。齿板的齿条能与多个主电机的外齿轮啮合,可大幅降低齿轮的载荷,有利于提高工作机座的使用寿命和弹射能力。
4、主电机和过桥电机的外齿轮及齿条是模数相同的直齿廓,易于硬齿面或超硬齿面的加工制造,有利于提高轮齿的承载能力;轮齿啮合传动受环境温度影响小,适应能力强。
附图说明:
图1为本发明航母舰载机弹射装置的主视图;
图2为本发明航母舰载机弹射装置的左视图;
图3为本发明航母舰载机弹射装置的右视图。
图中:1:机架单元;1a:左支架;1b:左下导轨;1c:左上导轨;1d:右支架;1e:右下导轨;1f:右上导轨;2:弹射车;2a:后轮;2b:导轮;2c:前轮;3:齿板;4:主电机;5:过桥电机;6:紧固器;7:纵螺栓组;8:横螺栓组。
具体实施方式:
本发明一种航母舰载机弹射装置包括工作机座、弹射车2及齿板3;所述工作机座由若干机座单元前后纵向连接而成,所述机座单元由机架单元1、主电机4及过桥电机5装配而成。所述工作机座的长度满足航母舰载机的弹射要求。
图1中,机架单元1与主电机4和过桥电机5装配构成机座单元,机座单元前后通过纵螺栓组7连接形成长度不同的工作机座。纵螺栓组7包括螺栓、螺母和垫圈。图示的机座单元设置了5个主电机4和5个过桥电机5,主电机4和过桥电机5都是外转子电机,外转子电机的定子轴两端分别通过紧固器6与机架单元1紧固连接。主电机4和过桥电机5的轴线相互平行,左右相邻两个外转子电机的中心距相等,主电机4的外齿轮和过桥电机5的外齿轮啮合。弹射车2在工作机座的上部空间内运行,弹射车2的连接器伸出机座单元外可与弹射飞行器连接。弹射车2的前轮2c和后轮2a是轴线水平设置的滚动车轮,弹射车2的前轮2c和后轮2a与机架单元1内的导轨面接触保持弹射车2沿导轨直线运动;弹射车2的导轮2b是轴线铅锤设置的滚动车轮,该导轮2b与机架单元1内的导轨侧面接触以防弹射车2水平跑偏。齿板3与弹射车2的车体底部固定连接,齿板3下部设置的齿条与其下方的主电机4的外齿轮啮合,图示中有3个主电机4的外齿轮同时与齿板3的齿条啮合,也可以有更多的啮合外齿轮。
图2中,机架单元1是左右对称结构,左支架1a的上部固定设置左上导轨1c和左下导轨1b,右支架1d的上部设置右上导轨1f和右下导轨1e,2个直径相同的后轮2a设置在弹射车2的车体两侧,两个后轮2a的轴线重合,车体左侧的后轮2a与左上导轨1c面和左下导轨1b面间隙配合,车体右侧的后轮2a与右上导轨1f面和左右下导轨1e面间隙配合,由车体上铅锤方向的负载决定后轮2a与导轨面的接触。两个导轮2b对称设置在弹射车2车体的两侧,分别与左上导轨1c和右上导轨1f的侧面接触,可防弹射车2发生横向移动。
齿板3的宽度与弹射车2的车体宽度相同,齿板3用螺栓和安全销与车体固定连接。弹射车2可待工作机座安装后从工作机座的入口推入轨道,也可从工作机座拉出,更换弹射车易损件方便。
主电机4定子轴的两端轴颈分别装入左支架1a和右支架1d的水平轴孔中,用横螺栓组8紧固连接左支架1a和右支架1d形成刚性的机架单元1,横螺栓组8包括螺栓、螺母和垫圈。采用机械胀套作为紧固器6将定子轴的两端轴颈与左支架1a和右支架1d连接,可保证主电机4轴线的精确定位,同时对机架单元1具有加固作用。主电机4外转子设置的左齿轮和右齿轮同时与齿板3的齿条啮合,主电机4外转子的转动推动齿板3及弹射车2直线移动。主电机4外转子设置的中齿轮与过桥电机5的外齿轮啮合,可聚集所有工作电机的能量。
图3中,2个直径相同的前轮2c对称设置在弹射车2的车体两侧,两个前轮2c的轴线重合,车体左侧的前轮2c与左上导轨1c面和左下导轨1b面间隙配合,车体右侧的前轮2c与右上导轨1f面和左右下导轨1e面间隙配合,由车体上铅锤方向的负载决定前轮2c与导轨面的接触。
过桥电机5定子轴的两端轴颈分别装入左支架1a和右支架1d的水平轴孔中,横螺栓组8紧固连接左支架1a和右支架1d形成刚性的机架单元1之后,采用机械胀套作为紧固器6将过桥电机5定子轴的两端轴颈与左支架1a和右支架1d连接,保证过桥电机5轴线的精确定位,同时也对机架单元1具有加固作用。
Claims (5)
1.一种航母舰载机弹射装置,其特征在于该装置包括工作机座、弹射车(2)及齿板(3);所述工作机座由若干机座单元前后纵向连接而成,所述机座单元由机架单元(1)、主电机(4)及过桥电机(5)装配而成;所述机架单元(1)是由左支架(1a)和右支架(1d)装配构成的对称结构,所述机架单元(1)对称面是纵向铅锤面,所述左支架(1a)上部设置左上导轨(1c)和左下导轨(1b),所述右支架(1d)上部设置右上导轨(1f)和右下导轨(1e),所述左上导轨(1c)、左下导轨(1b)、右上导轨(1f)及所述右下导轨(1e)的纵向轴线相互平行,所述左下导轨(1b)和所述右下导轨(1e)的顶面位于同一水平面,所述左上导轨(1c)和所述右上导轨(1f)的下表面位于同一水平面,所述左上导轨(1c)和所述右上导轨(1f)的内侧面平行;所述弹射车(2)为细长弹体形的车体,所述车体的纵向对称面与所述机架单元(1)的对称面重合,在所述车体纵向对称面的两侧设置两个结构相同左右对称的前轮(2c)、两个结构相同左右对称的后轮(2a)和两个结构相同左右对称的导轮(2b),所述前轮(2c)、后轮(2a)及所述导轮(2b)为作滚动的从动车轮,所述前轮(2c)位于所述车体的前部,所述后轮(2a)位于车体的后部,所述导轮(2b)位于所述车体的中部,所述前轮(2c)和所述后轮(2a)位于所述左上导轨(1c)和所述左下导轨(1b)或所述右上导轨(1f)和所述右下导轨(1e)之间,所述前轮(2c)和所述后轮(2a)的轴线平行并位于同一水平面内,两个结构相同左右对称的所述导轮(2b)位于所述左上导轨(1c)和所述右上导轨(1f)之间,两个结构相同左右对称的所述导轮(2b)分别压靠在所述左上导轨(1c)和所述右上导轨(1f)的内侧面,两个结构相同左右设置的所述导轮(2b)的轴线平行并位于铅锤平面内,所述弹射车(2)的所述车体的上部设置能够快速连接弹射对象的连接器,所述车体下部与所述齿板(3)固定连接;所述齿板(3)是左右对称结构,所述齿板(3)的对称面与所述车体的纵向对称面重合,所述齿板(3)的上部与所述车体底面固定连接,所述齿板(3)的下部两侧对称设置两排平行的齿条,所述齿条的纵向节线平行于所述前轮(2c)和所述后轮(2a)轴线构成的平面,所述齿条的齿形是与渐开线齿轮啮合的直齿廓,所述齿板(3)的齿条与所述主电机(4)的外齿轮啮合;所述主电机(4)为外转子电机,所述主电机(4)的轴线水平设置并与所述机架单元(1)的对称面垂直,所述主电机(4)位于所述齿板(3)下方,所述主电机(4)的定子轴两端分别与所述左支架(1a)和所述右支架(1d)固定连接;所述过桥电机(5)为外转子电机,所述过桥电机(5)的轴线水平设置并与所述主电机(4)的轴线平行,所述过桥电机(5)的轴线高度低于所述主电机(4)的轴线高度,所述过桥电机(5)的定子轴两端分别与所述左支架(1a)和所述右支架(1d)固定连接,在所述过桥电机(5)的外转子的外齿轮与所述主电机(4)的外转子的外齿轮啮合。
2.根据权利要求1所述的一种航母舰载机弹射装置,其特征在于所述左上导轨(1c)和所述右上导轨(1f)的结构相同,所述左下导轨(1b)和所述右下导轨(1e)结构相同,所述左上导轨(1c)、右上导轨(1f)、左下导轨(1b)及所述右下导轨(1e)均采用高强度耐磨材料制造。
3.根据权利要求1所述的一种航母舰载机弹射装置,其特征在于所述前轮(2c)和所述后轮(2a)的结构相同,所述前轮(2c)和所述后轮(2a)通过轴承与所述车体的轴连接。
4.根据权利要求1所述的一种航母舰载机弹射装置,其特征在于所述导轮(2b)通过轴承与所述车体的轴连接。
5.根据权利要求1所述的一种航母舰载机弹射装置,其特征在于所述主电机(4)和所述过桥电机(5)的结构相同。
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CN113697123A (zh) | 2021-11-26 |
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