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航母蒸汽弹射有多难?两条气缸难倒全世界,特种钢没几个国家能造

2019-12-30 16:22| 发布者: 西独欧阳风| 查看: 249| 评论: 0|来自: 夹具侠

摘要: 航母蒸汽弹射有多难?两条气缸难倒全世界,特种钢没几个国家能造

咱们国家的第一艘国产航空母舰山东舰17日下午在海南三亚某军港交付海军,咱们今天就简单的谈一下关于弹射的几种方式。

大家最为关心的莫过于电磁弹射技术了,其实电磁弹射技术是航母舰载机起飞的三种方式之一,另两种是滑跃起飞、蒸汽弹射。

电磁弹射

弹射型舰载机的标志:加强的前起落架

辽宁舰和山东舰使用的都是滑跃起飞方式。美国现役的11艘航母中,10艘“尼米兹”级核动力航母都采用蒸汽弹射技术,只有2017年服役的新型航母“福特”号上采用了电磁弹射技术,不过“福特”号在电磁弹射这一前沿的航母起降方式方面也处于“摸着石头过河”阶段,仍有一些问题无法完全解决。

美国海军“福特”级核动力航母上的电磁弹射系统

“福特”级航母的电磁弹射系统由供电系统、控制系统和电磁弹射轨道组成。供电系统由电动机、飞轮储能装置和大功率发电机组成。电磁弹射器的原理则是载流导线在磁场中受力,利用磁通量巨大瞬变产生的感应电磁斥力,将飞机弹射升空。

“福特”级航母电磁弹射系统

滑跃起飞

辽宁舰上起飞的歼-15重型战斗机

滑跃起飞大部分应用在轻型航空母舰上,比如英国2万吨“无敌”级轻型航母、泰国1.2万吨“扎克里纳吕贝特”号轻型航母,意大利“加里波第”、意大利“加富尔”。可以说世界上现役的轻型航母和战略投送舰的标配就是滑跃起飞。而大中型航母也有,比如印度“维克拉玛蒂亚”、俄罗斯“库兹涅佐夫”、中国“辽宁”、中国山东舰、英国“伊丽莎白女王”。

滑跃起飞方式就是在航母起飞甲板末端安装一个上翘一定角度的滑跃甲板,飞机起飞通过滑跃甲板,飞行轨:退矫嬗幸欢ǖ难鼋,类似于一个抛物线轨迹。由于此时飞机尚未加速到足以平飞的速度,重力大于升力,飞机会下沉,直到和甲板面齐平,这个过程中飞机会持续加速,如果飞机在下降到安全高度之前加速到足以平飞的水平,则滑跃起飞就成功了。

蒸汽弹射

正在弹射的S-3B反潜机

目前只有美国与英国拥有制造技术,并于航舰上使用着,前者为C-13型,后者为BS5型,C-13型除了供给美国海军使用外,法国海军也使用此型。

蒸汽弹射器的内部

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室里,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汽缸筒,蒸汽的巨大压力推动活塞,活塞带动往复车,往复车就带动舰载机飞速向前滑动,从而将飞机弹射出去。

由于它体积庞大,需要消耗大量的蒸汽,所以除了弹射器本身的设备,还有海水淡化设备、贮水池、高压水泵、锅炉、加热装置等诸多附属设施,是一套非常复杂的系统。

美国C-13-2型弹射器的气缸及断面示意图

蒸汽弹射有两种弹射方式,一种是前轮弹射,另一种是拖索式弹射。后者则只有巴西采用。

企业号航空母舰上正在测试的蒸汽弹射器

蒸气弹射器造价昂贵、设计、制造和安装技术均复杂。比如弹射器的核心部件:气缸。整条弹射器的轨道长度约80米,由两排平行的气缸并排组成,每排气缸又由20多个气缸连接而成,每个气缸长4米,顶部有横贯缸体的狭长开口,截面呈“C”型。

这么长的气缸,有能力加工出来是一回事,能精确安装在航母上,又是另外一回事,除了要考验冶金能力,还对制安装工艺有着苛刻的要求。此外,在每一弹射任务中,气缸都要经受加压和减压的过程,开口处难免发生形变,保证形变范围可控,难度非常高。

气缸的密封问题就是另一大难点。在弹射器运转时,缸内压力非常高,一个手指间大小的压力就有20至80千克(弹射不同飞机时功率不同,压力也不一样),因此弹射器在工作时如何保持密封,这个问题可以说难倒了全世界,不是一般国家能玩转的。

气缸的密封方式有两种,一种是“拉链式”密封,气缸开口两侧设有橡胶带,但是这种密封方式缺点也很显而易见,会对橡胶造成磨损,在经过数次使用过后就要更换,增加了使用成本。因此,“拉链式”密封只有早期的航母弹射器上才会出现。后来的蒸汽弹射器,则使用了“填条”式密封方法,活塞在气缸内前进,同时带动一根柔性金属条填充进缝隙中完成密封。

蒸汽弹射器的密封槽

蒸汽弹射的另一个重要部件:储气罐。储气罐的制造难度丝毫不亚于气缸,仅仅是制造储气罐的特种钢材料,就没有几个国家有能力生产。

这种材料要满足良好的蠕变性能和抗拉强度,同时还要有重量限制和耐高温性能,罐体还要能承受几十万次的加压、泄压的疲劳循环,制造难度可想而知。

法国戴高乐号航母上装配的蒸汽弹射器

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