航空母舰水力弹射器制造技术

本发明专利技术公开一种航空母舰上助推舰载机起飞的航空母舰水力弹射器，它包括：蒸汽给水器、给水控制器、循环水箱、水轮机、水轮机控制器、卷扬机、往复车、逆行车、拉力螺栓、终点传感器、蒸汽源、空气源和淡水源。本发明专利技术利用蒸汽喷水推动水轮机，水轮机带动卷扬机，卷扬机拉动往复车，往复车带动舰载机滑跑，最终将舰载机弹射出去。蒸汽给水器是本发明专利技术的核心部件，它把蒸汽的热能转换为水的压力势能，再通过水轮机对外做功；蒸汽给水器由汽水管、进水管、升压管、稳压罐和一些阀门组成。本发明专利技术的优点是：能量转换机构简单，工作可靠，操作方便；成本低，维修量小；蒸汽能量利用率较高；蒸汽与水循环使用；热损失小，加工难度小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航空母舰上助推舰载机起飞的弹射设备，尤其涉及一种航空母舰水力弹射器。
技术介绍
弹射器的发展是随着航空母舰的问世而发展起来的。据资料表明，现在普遍采用的喷气 式舰载机起飞时，需要达到每小时330公里以上的速度才能拔地而起。以现行飞机的重量和 发动机功率来计算，若无助推，飞机需在跑道上滑跑几千米距离才能达到，即使当今最大的 "尼米兹"级航空母舰，甲板亦不过300余米，所以，依靠弹射器加快起飞速度是必不可少 的环节。世界上最早的弹射器是由美国西奥多，埃利森海军上尉于1911年研制成功的。这种原始 的弹射器由3条绳索和1块砝码组成，几乎没起到什么作用。后来，埃利森又对这种原始的 弹射器进行改进，研制成功压縮空气弹射器，于1912年11月12日进行了人类史上第一次弹 射起飞。1951年英国海军航空兵后备队司令米切尔率先研制出蒸汽弹射器，并装备在海军"莫 仙座"号航空母舰上。后来美国人又于1960年研制成功了内燃式弹射器，并安装到"企业" 号核动力航空母舰上。不过，这种内燃式弹射器至今仍不能令人满意，所以，"企业"号除装 备内燃式弹射器之外，还装备有蒸汽弹射器。蒸汽弹5t器实际就是一台往复式蒸汽机，只不过其动力冲程很长。蒸汽弹射器由发射系 统、蒸汽系统、拖索张紧系统、润滑及控制系统等部分组成。工作时，由锅炉产生高压蒸汽， 并把这种高压蒸汽储存在蒸汽罐里，弹射前，用拖索将舰载机钩在往复车上， 一旦将高压蒸 汽充入有缝汽缸筒，蒸汽的巨大压力推动活塞，活塞上的密封刀穿过汽缸筒的纵向缝隙带动 往复车，往复车带动舰载机加速向前滑跑，最终将飞机弹射出去。这种蒸汽弹射器，从能量转换和传递角度，可分解为三部分能源设备、能量转换设备、 能量输出设备。能源设备包括锅炉、蒸汽罐，能量转换设备包括汽缸筒、活塞，能量输出设 备包括密封刀、往复车。美国的C一13型蒸汽弹射器，可将34吨重的舰载机F14以185节(即339公里/小时) 的高速弹射出去。目前，美国海军的航空母舰弹射一架飞机仅需30秒。蒸汽弹射器现在只有 美国能制造，俄罗斯与法国研发多年，都未成功，这种东西绝对是"尖端且敏感的军用技术"， 不要指望美国向我们出口，怎么办？只有自己研制弹射器。上述有关航空母舰弹射器的
技术介绍
，在以下专著中有详细描述1.雪巴，美国海军航母弹射飞行发展史，舰载武器第92期，郑州机电工程研究所，2007。2.曲立树，航空母舰及其克星，北京兵器工业出版社，2003。纵观世界各国，没有那个国家和民族不是首先从海岸线上发展起来的。当今世界强国没 有不是海洋大国的。中华民族要复兴就必须走向海洋，走向世界。但是，海洋并不太平，作 为唯一超级大国的美国，不能容忍敢于为真每而呐喊的中国崛起于世界的东方。中华民族要 复兴首先要发展国防，只有强大的国防才是我国建设事业可靠的保障。航母是流动的国土， 是当代一个国家国防强大的标志，也是现代海军中最具战斗力的大型水面舰只，其作用和意 义都不言而喻。我国发展航母，弹射器是绕不开的难题。现在普遍认为没有弹射器就不要造航母，蒸汽 弹射器技术难度大过航母本身。我国有造大船的经验，然而，弹射器却是中国航母的瓶颈。目前世界上约有10个国家有能力建造航空母舰，但是只有美国能造蒸汽弹射器，蒸汽弹射器的制造难度极大。可以通过一些简单计算，得知美国蒸汽弹射器的主要性能参数。34吨重的舰载机F14以 185节(即339km/h，或94m/ )弹射起飞，跑道长为95m。假设舰载机滑跑是匀加速运 动，由力学公式Vt2-Vo2=2as ，因为V(^0 ，所以a二VtV2s 加速度a为a=942/ (2*95) =46.5(m/s2) 跑道长s为95m，滑跑时间计算，由力学公式s=at2/2 ; t2=2s/a 得 t=2. 02 (s) 牵引力f计算，由力学公式f=ma其中，质量m为34000kg，则牵弓j力f为f=34000*46.5=1581000(N)=1581(kN) 又得知舰载机F14有两台推力均为120kN的发动机，考虑到还有加力燃烧，总推力按300kN 计算，忽略空气阻力和飞行甲板摩擦力，则弹射器的牵引力f'应为f' =1581-300=1281(kN) 舰载机F14起飞瞬间，速度Vt最快，为94m/s，同时牵引功率P最大，其值按力学公式P=Vt*f'计算得到P=94*1281=120414 (kW)美国蒸汽弹射器的牵引力厂和牵引功率P的最大值，的确是通常舰载动力设备很难达到 的，因此成为美国借以称霸海洋的独有的军事垄断技术，但是，它也有如下严重的缺陷(1) 维护成本高，密封件更换频繁而又十分麻烦，被称为"海军的噩梦"；(2) 蒸汽弹射器成本高，配套设施多，系统烦琐，体积1000立方米，重量500吨；(3) 因为蒸汽不能回收，消耗大量淡水，每弹射一架舰载机起飞，消耗一吨淡水；(4) 蒸汽弹射器效率低，蒸汽能量利用率只有百分之六。
技术实现思路
本专利技术的目的是要给出一种航空母舰水力弹射器，它利用蒸汽喷水推动水轮机，水轮机 带动巻扬机，巻扬机拉动往复车，往复车带动舰载机滑跑，最终将舰载机弹射出去。蒸汽与 水均为循环使用，能量转换及弹射机构简单，工作可靠，成本低，蒸汽能量利用率高。为达到上述目的，本专利技术给出的航空母舰水力弹射器由蒸汽给水器、给水控制器、循环 水箱、水轮机、水轮机控制器、巻扬机离合器、巻扬机、制动器、往复车、逆行车、逆行电 机、车道、拉力螺栓、终点传感器、蒸汽源、空气源、淡水源等共十七部分组成。其中，蒸汽给水器、给水控制器、循环水箱共三部分称作给水器装置；巻扬机离合器、 巻扬机、制动器共三部分称作巻扬机装置；往复车、逆行车、逆行电机、车道、拉力螺栓、 终点传感器共六部分称作行车装置。蒸汽源、空气源、淡水源等三部分为能源设备，蒸汽给水器、给水控制器、水轮机、水 轮机控制器、循环水箱等五部分为能量转换设备，巻扬机离合器、巻扬机、制动器、往复车、 逆行车、逆行电机、车道、拉力螺栓、终点传感器等九部分为能量输出设备。所说水轮机为冲击式的水轮机，主要结构包括机壳、主轴、转轮、喷管、给水管等部分。 给水管内的来水，通过穿进机壳的喷管，在机壳内产生高速水射流，冲击水轮机主轴上的转 轮，带动水轮机旋转并对外做功。蒸汽给水器是本专利技术的核心部件，它把蒸汽的热能转换为水的压力势能，再通过水轮机 对外做功。蒸汽给水器的工作过程近似于蒸汽给水泵，但是，蒸汽给水器的结构和工作原理 与蒸汽给水泵不同。蒸汽给水器由汽水管、进水管、升压管共三根弯管和稳压罐组成。汽水管的上段为竖直 段，上端入口端板上有空气阀和蒸汽阀，下段为弯管，出口向上，在出口上有扰流阀；在汽 水管的中部连接进水管，在进水管水平段上设置进水阀，竖直段向下开口为进水口；升压管 竖直段向下开口与汽水管出口的扰流阀相接，其水平段有一个逆止阀，水平出口呈喇叭形。 蒸汽给水器的稳压罐是一个稳定出水压力的压力容器，它的入口接升压管出口，它的出口通 过出水阀接到水轮机的给水管。给水控制器是蒸汽给水器的阀门的控制装置，其内部，有控制空气阀、蒸汽阀、进水阀 和扰流阀四个电动阀门开闭的控制电路，四个电动阀门开闭的顺序是固定的，每个电动阀门 开闭时间的长短，可根据实际情况，通过改变电路中元件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种航空母舰水力弹射器，它包括能源设备、能量转换设备、能量输出设备；它的能源设备包括蒸汽源、淡水源，它的能量输出设备包括往复车、车道；淡水源向蒸汽源提供给水，在蒸汽源中，燃料燃烧加热使给水变成蒸汽，蒸汽进入能量转换设备膨胀做功，最后，通过能量输出设备的往复车拉动舰载机在飞行甲板上滑跑、起飞，其特征在于：（１）所述能源设备还包括空气源，主要由空压机和气压罐组成，当蒸汽进入能量转换设备膨胀做功，推动给水时，空气源向能量转换设备供给空气，在水与蒸汽间形成空气垫；（２）所述能量转换设备由蒸汽给水器、给水控制器、水轮机、水轮机控制器、循环水箱共五部分组成，其中，蒸汽给水器由汽水管、进水管、升压管共三根弯管和稳压罐组成，汽水管的入口端板上有空气阀和蒸汽阀，出口上有扰流阀，在汽水管的中部连接进水管，在进水管上有一个进水阀，一个进水口，升压管与汽水管出口的扰流阀相接，升压管上有一个逆止阀，升压管出口呈喇叭形，蒸汽给水器的稳压罐是一个压力容器，它的入口接升压管出口，它的出口通过出水阀接到水轮机的喷管进口；水轮机是卧轴多转轮的切击式水轮机；（３）所述能量输出设备还包括卷扬机离合器、卷扬机、制动器、逆行车、逆行电机、拉力螺栓、终点传感器；其中，卷扬机离合器、卷扬机、制动器合称卷扬机装置，逆行车、逆行电机、拉力螺栓、终点传感器与往复车、车道合称行车装置；卷扬机离合器位于水轮机轴头和卷扬机轴头的接合处；制动器制动卷扬机，它靠近卷扬机轴另一端轴头；卷扬机的卷筒是圆锥形的，转速恒定，牵引舰载机的钢丝绳沿着圆锥形卷筒表面的导向螺旋槽卷绕，卷筒直径逐圈增大，卷绕钢丝绳的速度逐圈加快；拉力螺栓位于飞行甲板的起点，终点传感器接近车道的终点；当舰载机起飞，逆行电机带动逆行车阻尼往复车，并将往复车拉回到弹射起点。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尚德敏，
申请(专利权)人：尚德敏，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]