真空儲能式固定翼飛機起飛彈射器的制造方法
【專利說明】真空儲能式固定翼飛機起飛彈射器
[0001]
所屬技術領域
[0002]本發(fā)明涉及一種固定翼飛機起飛彈射器，尤其是利用真空儲能式固定翼飛機起飛彈射器。適用于在航空母艦、大型兩棲攻擊艦和島礁機場上固定翼飛機的彈射起飛。
【背景技術】
[0003]自從百年前航空母艦的誕生，在其狹小的甲板空間上起飛固定翼飛機一直是世界性的難題。各航母大國為解決這一難題，都不同程度地投入了大量的人力物力。通過持續(xù)不懈的研究探索，先后開發(fā)出各種各樣的艦載機起飛彈射器或輔助起飛裝置，如落重式、飛輪式、彈簧滑道式、火箭助推式、液壓式、氣壓式、火藥式、電動式等。但隨著艦載固定翼飛機的大型化或重型化，特別是艦載固定翼預警機和空中加油機的使用，多數(shù)彈射器或助飛裝置已在艦載機發(fā)展的不同階段遭到淘汰。目前，固定翼艦載機的起飛方式主要有三種:滑躍起飛、垂直起飛、彈射起飛。前者如我國首艘航母遼寧艦和印度航母維克拉瑪?shù)賮喬柕取：笳呷缑绹崦灼澕壓藙恿侥负头▏鞲邩诽柡藙恿侥傅?。其中垂直起飛方式的助飛裝置不在艦上而是整合在飛機上，在此不作討論。眾所周知，傾斜甲板滑躍起飛是在沒有彈射器可用的情況下被迫采用的一種比較簡陋的起飛方式。其主要缺點是:艦載機須強逆風起飛，容易受天氣干擾，且航母為制造強逆風耗能極大；艦載機起飛間隔時間長，導致組成機群困難；艦載機不能滿油、滿彈全重起飛，造成航程短、戰(zhàn)斗效率低下；而最致命的是在現(xiàn)代戰(zhàn)爭越來越依靠體系對抗的背景下，艦載固定翼預警機和空中加油機不能以這種方式起飛，將極大地影響航空母艦戰(zhàn)斗力的發(fā)揮。蒸汽彈射器能克服前述傾斜甲板滑躍起飛的缺點，極大提高航空母艦戰(zhàn)斗群的體系對抗能力。但蒸汽彈射器卻有其它諸多缺點:1.消耗淡水和能量極大。每彈射一架飛機需要消耗600?700公斤淡水，而把這些水變成高溫高壓的蒸汽，加上貯存和輸送過程散熱所消耗的能量是巨大的。淡水和燃料對航母的重要性是不言而喻的，尤其對遼寧艦這樣的常規(guī)動力航母而言就更寶貴了。2.儲存和輸送高溫高壓蒸汽的隔熱及安全問題突出。隔熱材料的使用會占據較大的空間，且絕對隔熱是不存在的，散出的熱量會惡化艦員的生活環(huán)境；而高溫高壓蒸汽儲存罐和輸送管道在戰(zhàn)時猶如不定時炸彈。3.系統(tǒng)復雜、維修周期短、維護保養(yǎng)難度大，如開口氣缸縫密封橡膠條及密封潤滑油在高溫高壓下極易變質等。4.彈射過程推力極度不均，啟動段峰值過載可達6g，會對飛機結構帶來突發(fā)沖擊，極大縮短其使用壽命，對飛行員健康也有不利影響。5.彈射前系統(tǒng)需要長時間“預熱”。隨著隱形時代的到來，這一缺點在“遭遇”戰(zhàn)中可能是致命的。除上述缺點外，蒸汽彈射器還有種種不足，有鑒于此，美國早于上世紀八十年代開始投入巨資研發(fā)電磁彈射器作為其替代品。目前，電磁彈射器正在裝配在不久前下水的新一代福特級核動力航母首艦上。由于外界對其所知甚少，實際應用效果也有待觀察，我們假定美國已在電磁彈射器的開發(fā)中克服了蒸汽彈射器的大多數(shù)缺點和不足，但其研發(fā)過程中的一些表象和本身的技術難度還是值得我們參考:1.美國在電磁彈射器上已花費近三十年時間、超過30億美元。2.冷卻問題。電磁彈射器的永磁體對溫度比較敏感，退磁臨界溫度在攝氏100?200度座之間，彈射過程只有2?3秒，在這么短時間內把電磁感應所產生的熱量帶走并非易事，否則將極大縮短彈射器的壽命。3.電磁彈射器主要部件受潮極易損壞，美國到目前為止都只在陸地上進行試驗，能否適用長時間海上的高鹽高濕環(huán)境還是未知數(shù)，至少維護工作也不輕松。4由于電磁彈射器的磁體是開槽形的，會產生很強的電磁輻射，為防止飛機和航母本身的電磁設備受到干擾，屏蔽電磁輻射也是一項艱巨的任務?？傊?，電磁彈射器系統(tǒng)也是極其復雜的，應用還存在著許多不確定性，貿然投入巨資研發(fā)有較大的風險，而且研制周期也難于保證。另一方面，南海主權紛爭近來愈演愈烈，尤其南沙群島大部分島礁被越南和菲律賓非法侵占，除臺灣當局擁有的太平島外，我國只控制幾個礁盤。為取得南海南部制空權，填礁建機場是不錯的辦法，但要填成一個標準機場，工作量將是難于想象的，投資也是巨大的。而要填出一個適于彈射起飛、攔阻降落規(guī)模的機場卻是可行的，也與我國目前正在南海某些礁盤進行的填海工程相吻合。

【發(fā)明內容】

[0004]為了克服蒸汽彈射器的各種缺點，避開研發(fā)電磁彈射器的不確定性和風險，本發(fā)明提供一種固定翼飛機彈射器，該彈射器以真空儲能為彈射動力，不僅能用于航空母艦固定翼飛機包括大型無人機的起飛，而且適用于大型兩棲攻擊艦和島礁微型機場固定翼飛機的起飛。
[0005]本發(fā)明為解決其技術問題所采用的技術方案是:以大口徑直立式圓筒真空缸作為貯存能量的載體，以電動卷揚機作為貯能的手段。其基本構造是:帶有離合器和剎車功能的大型電動卷揚機、連著滑塊的牽引小車、變速裝置和盤索輪、大直徑活塞、大口徑直立式真空缸、油泵、儲油罐等。各部分裝置通過滑輪滑索和管道依次連接。其中大口徑直立式真空缸為上端開口下端封閉的圓柱形，缸底封閉端采用球冠的抗壓設計，球冠最低點有一導管依次與電磁閥、油泵、儲油罐相連，可將油導入真空缸中。大直徑活塞外形上是與真空缸相匹配的圓柱形，而內部仍按抗壓設計為球冠形。圓柱形四周表面分為上中下三個部分，下部裝有活塞環(huán)，上部為穩(wěn)定環(huán)，中部除支撐穩(wěn)定環(huán)的支柱外是空的，這部分空間與真空缸壁組成油槽。油槽底部有油面平衡孔。球冠頂部有一單向閥或電磁閥用于排氣和溢油，溢出的油流入周邊的油槽，起潤滑和密封作用，單向閥直徑的大小取決于油流入缸底的速度。大直徑活塞通過鋼索連接固定于真空缸正上方的小盤索輪的一邊上。小盤索輪、大齒輪、小齒輪和大盤索輪組成變速裝置，可整體被靈活安裝在恰當?shù)奈恢?，只需用一滑輪吊裝于真空缸正上方并用鋼索與小盤索輪連接即可。為保證彈射牽引力保持恒定，大小盤索輪的寬度以鋼索不疊層為準。當小盤索輪被強力轉動，鋼索被盤在小盤索輪上，使活塞從下止點開始上升，直至達到上止點。此時，真空缸內部處于完全真空狀態(tài)，大直徑活塞受到大氣巨大的向下壓力，加上活塞自身的重力，已經積累了巨大能量，可以用來彈射飛機起飛。首次進行彈射操作時，牽引小車處于牽引終點，活塞處于下止點。首先打開電磁閥、開動油泵，潤滑油注入真空缸底部，氣體通過裝于活塞圓頂?shù)膯蜗蜷y或電磁閥排出，繼續(xù)注油，使之溢滿活塞上面的油槽，在油面平衡孔的作用下各油槽注油高度一致，關閉電磁閥和油泵。起動電動卷揚機，待電動機運轉穩(wěn)定，離合器閉合，系統(tǒng)進入儲能運行:卷揚機拉動牽引小車開始回位，驅動大盤索輪放索、轉動，經變速器減速后帶動小盤索輪轉動、盤索，進而拉動活塞緩慢上升，直至達到上止點、牽引小車回到彈射起點由位持器抓牢，離合器脫開，儲能運行結束。將飛機就位，前輪彈射連桿卡入牽引小車上的滑塊卡口，飛機發(fā)動機開足加力，釋放位持器，活塞的下行拉力驅動小盤索輪放索、轉動，經變速器加速后帶動大盤索輪轉動、盤索，拉動牽引小車及飛機快速前行，直至飛機起飛。由于變速器的作用，活塞的下行速度并沒有很快，接近下止點時，活塞周邊率先刺入真空缸底部油層，逼迫油液向中間和球冠頂部涌動，直至油液從單向閥溢入油槽，活塞也受到油液的阻力慢慢停下。而牽引小車由于重量很輕，動能不大，利用卷揚機上的剎車裝置即可使其停下，也可采取其它簡易辦法。因彈射過程極其短暫，卷揚機的電動機在彈射間隔期間保持運行，可在活塞剎車后馬上閉合離合器進入下一個彈射循環(huán)。
[0006]本發(fā)明的有益效果很多，較突出特點有以下幾方面:
1.彈射過程牽引力不變，飛機完全勻加速起飛，對飛機結構的應力將大大減小，可最大限度地提高機體使用壽命。這在作戰(zhàn)飛機價格日益昂貴的今天顯得尤為寶貴。
[0007]2.活塞運行速度慢，無噪音，發(fā)熱、磨損微乎其微，機油可長期使用不變質。沒有熱變形問題，對制造材料要求低。除電動卷揚機會有些發(fā)熱外，可完全避免陷入發(fā)熱一降溫一再發(fā)熱一再降溫的惡性循環(huán)中。根據能量守恒定律，本發(fā)明將是最節(jié)能的彈射系統(tǒng)。
[0008]3.使用電力作為彈射動力來源，使系統(tǒng)各部分的控制變得異常簡單，完全符合艦艇電氣化的總體趨勢。既不用再為復雜的蒸汽管道迷宮所困擾，也不再為灼熱的蒸汽泄漏和四處污濺、難于清潔的潤滑油所煩惱。
[0009]4.電動儲能功率低，能耗少，系統(tǒng)運行無需事先預熱，