蒸汽弹射器

说到美国航母舰载机的舰上起飞活动，人们最直观的印象应该是飞机在白雾中呼啸地冲出甲板升空的景象。而之所以会产生这种梦幻般的情境，主要原因在于，常规起降型舰载机要在航母甲板上有限的距离内达到起飞速度，必须借助于外力，即弹射装置的推动，由于现役大中型航空母舰普遍装备的是蒸汽弹射装置，借助蒸汽压力推动弹射机系统工作，实施弹射作业时会有蒸汽释放，于是也就有了甲板上雾气升腾的情形。

当然，并非所有航母上都装备有弹射装置，这主要取决于舰载机的起飞方式。目前，国外海军航母舰载机主要有三种起飞方式，即以美国和法国现役航母等为代表的大中型航母普遍采用的弹射起飞方式，以俄罗斯“库兹涅佐夫”号为代表的中型航母采用的滑跃起飞方式，以及英国“无敌”级航母代表的轻型航母采用的短距滑跑起飞方式。较之于另外两种起飞方式，采用弹射起飞方式，有利于提高航母甲板使用效率、舰载机的出动架次率，同时能够起飞重量更大的飞机，使舰载机能够携带更多的武器和燃油，使航母的综合作战能力大大提高。因此，航母飞机弹射装置一直

为航母国家所重视。相关技术不断发展。

舰载机弹射装置的起源与发展

1903年，随着美国人莱特兄弟首次驾驶着有动力装置的飞行器在空中飞行，世界上第一架飞机诞生，人类飞天的梦想从此得以实现。此后，人类又将目光转向从海上起飞，发明了水上飞机，并实现了飞机从海上的军舰上起飞与降落，导致航母的应运而生。

为确保舰载机从舰上飞行甲板有限的距离内实现安全起飞，催生了各种助飞装置。最早的舰载机弹射装置是美国海军1911年研制的，一种利用重锤和滑轮索具构成的结构简单的加速器。由于加速能力较弱，美国海军对其进行了改进，并以压缩空气为动力研制了压缩空气式弹射装置。这种装置是利用压缩空气推动活塞运动，连接于活塞上的钢索遂沿着轨道拖动载有飞机的小车实现弹射起飞。1912年7月31日，美国海军上尉西奥多-埃利森驾驶着水上飞机首次从这种试验用弹射装置上起飞，但由于弹射装置加速过猛，飞机失速，致使埃利森上尉险些丧命。首次试验失败后，美国海军对这一弹射装置进行了进一步改进，同年11月12日由埃利森再次架机进行了弹射起飞试验，取得成功。1915年11月5日，美国海军上校穆斯廷驾机成功地从一艘航行中的战列舰上弹射起飞，标志着这种弹射装置技术发展成熟。此后，人们又相继研发出用于舰载机弹射的火药式弹射装置、飞轮式弹射装置、液压式弹射装置、火箭式弹射装置等。

上世纪20年代和30年代，在一些战列舰和重型巡洋舰上多装备有弹射装置，大多为飞轮式弹射装置。但是，由于当时的航母舰载机大多重量轻，起飞距离短，而且弹射装置发展不尽完善，因此弹射装置在航母上的配备并不普遍。如美国海军的“列克星敦”号和“萨拉托加”号航母曾装备过飞轮式弹射装置，但由于操作复杂且利用率不高，很快就被拆除。

1934年，美国研制成功首型液压式弹射装置。不仅重量较轻，维修方便，而且推力足够大，能在短时间内将飞机加速到起飞速度，弹射能力较强。第二次大战期间，液压弹射装置曾装备于“埃塞克斯”级等航母上，通常飞行甲板上布置2部。有些舰在机库甲板内还布置有1部，但是由于使用频率较低，在二战后期全部拆除。

总体而言，一直到二战结束，航母弹射装置的装备和使用并不是很普遍。这一时期，英国人通过对商船进行改装，加装弹射器，形成了战斗机弹射船，并将大量这样的舰船用于遂行护航任务。然而，这种舰艇的威力毕竟有限，因此美英两国开始建造真正的护航航母。这种航母大多为商船改装或在商船的基础上建造的，由于甲板上起飞距离较短，通常都装备有弹射装置。

二战结束后，喷气式飞机逐渐成为舰队的主力。由于喷气式飞机重量及失速度的增加，其安全起飞速度也较高，不仅需要借助于弹射装置实现起飞，而且以前研制的液压弹射装置等难以确保喷气式飞机的安全起飞，因此，一种新型的弹射装置，蒸汽弹射装置应运而生。这种装置除装备于美国海军战后新建的“福莱斯特”级航母外，还用于换装战时建造的“埃塞克斯”级上的弹射装置。英国战后初期建成服役的航母，以及法国自行建造的第一级“克莱蒙梭”级航母也装备有蒸汽弹射装置。

现役航母弹射装置——蒸汽弹射装置

1950年，英国人米切尔率先提出蒸汽弹射装置的构想，并研制成功世界上首部蒸汽弹射装置，安装在“英仙座”号航母上进行试验。50年代中期开始，美英两国开始在新建的航母上安装蒸汽弹射装置，并为二战后期服役的，以及战争期间建造战后服役的航母换装蒸汽弹射装置。

蒸汽弹射装置上舰后，不仅能确保喷气式飞机等大型飞机从航母上起飞，而且具有性能稳定、可靠性强的优点，因此问世60年来一直装备于各国的常规起降航母上。尽管期间美国也曾研制和装备过内燃式弹射装置，但性能较差，最后仍为蒸汽弹射装置所取代。

蒸汽弹射装置虽为英国人发明，但真正使蒸汽弹射技术不断发展和广泛利用的是美国人。上世纪后期，随着英国的常规起降航母陆续退役，英国现役航母上已经没有弹射装置。而近60年来，美国人先后研制了C-11、C-7、C-13、C-13-1、C-13-2和C-13-3等多种型号的蒸汽弹射装置。

目前，国外海军现役航母中共有13艘装备有弹射装置，而且装备的均为美国研制的蒸汽弹射装置。这13艘航母分别为美国海军11艘核动力航母，法国“戴高乐”号核动力航母，以及巴西海军“圣·保罗”号常规动力航母。

美国航母配置有4部C-13-1或C-13-2型蒸汽弹射装置，4部弹射器同时使用时，可在1分钟内将8架飞机弹射升空。法国“戴高乐”号装备有2部C13-3型蒸汽弹射装置，分别安装在舰首部和斜角甲板前部。巴西海军“圣·保罗”号同样也配备有2部。

蒸汽弹射装置实际上是一种活塞冲程很长的往复式蒸汽机，利用舰上蒸汽锅炉产生的蒸汽作动力，将其压缩到特定压强后存储到储汽筒中。弹射飞机时，蓄汽筒挤压蒸汽，使其通过弹射阀进入弹射发动机汽缸内，进而驱动汽缸内的活塞运动，活塞再带动往复车，将飞机弹射出去。

蒸汽弹射装置主要由蒸汽系统、弹射发动机系统、润滑系统、拖索张紧系统、液压系统、复位发动机系统与驱动系统、以及弹射控制系统等7个部分组成。

蒸汽系统的主要功能是吸收并存储蒸汽，为弹射发动机系统提供动力。该系统主要由储汽筒、储汽筒充气阀与排气阀、加热槽系统，以及相关的阀和管道组成。加热系统的作用是对储汽筒和弹射槽进行预热，使相关部件及管道等达到稳定的运行温度，确保作业安全。蒸汽灭火系统则是用于快速熄灭弹射槽内或弹射阀舱内的火焰。

弹射发动机系统是蒸汽弹射装置的主要部件，其功能是利用蒸汽系统提供的动力，将飞机加速到起飞速度，完成弹射任务。弹射发动机系统组件较多，但是大部分组件的作用是对蒸汽进行控制，确保弹射操作期间使蒸汽作用到弹射发动

机活塞上。弹射发动机系统的主要组成部分包括弹射阀装置、弹射发动机汽缸、弹射发动机活塞、往复车、水力制动缸、汽缸密封带等。弹射阀装置与储汽筒相连，工作温度下，弹射阀开启时储汽筒内的蒸汽将释放到弹射发动机汽缸内。汽缸内安装有两套活塞装置，左汽缸活塞、右汽缸活塞以及附属部件等，左右活塞由往复车装置连接在一起，往复车与舰载机前起落架上的弹射杆相连。这样弹射时，弹射发动机汽缸内的高压蒸汽驱动活塞运动，活塞带动往复车运动，将飞机弹射出去。飞机弹射升空后，安装在弹射发动机汽缸前端的水力制动缸利用水力制动效应，使活塞和往复车停止作业。汽缸密封带主要是用来密封汽缸边缘和汽缸盖之间的空隙，防止蒸汽从汽缸内泄漏。

润滑系统的功能是在弹射装置启动前润滑弹射发动机和密封带。该系统主要通过汽缸盖采用喷雾方式将润滑油喷八汽缸，可确保汽缸壁在弹射发动机活塞通过前得到均匀的润滑。润滑系统主要由润滑泵电动机装置、润滑油箱、气动润滑控制阀、气动电磁阀和计量泵等组成。

拖索张紧系统的功能是在弹射前将飞机牢固地束缚在往复车上。拖索张紧系统由将前向力量(外部拉力)作用在往复车的各部件以及使复位发动机马达缓慢旋转(内部拉力)的部件组成。

液压系统的功能是为弹射装置液压部件提供液压油。液压系统由1个主液压蓄压器、1个气瓶、3个主液压泵、1个增压泵与过滤器单元、1个重力供油箱、1个辅助油箱以及1个循环泵等组成。

复位发动机系统与驱动系统的功能是在每次弹射结束后使弹射发动机活塞和往复车复位到初始位置。

蒸汽弹射器控制系统由一系列控制板、指示灯和控制开关等组成，主要功能是在不同运行阶段控制弹射装置的运转。

弹射升空——舰载机弹射起飞过程

蒸汽弹射装置的部件基本都装备在甲板下方，只有往复车位于飞行甲板上方。每天在进行首次弹射前，要根据维护要求执行“维修系统计划”，进行运行前检查程序，确保一切正常方可进行作业。随着飞机移动到弹射阵位，所有人员必须离开飞机前方区域。弹射作业开始时，要首先将飞机锁定到往复车上。舰载机的前起落架上安装有弹射杆，该杆与往复车相连。此时，喷气偏流板需要升起。往复车与甲板下的弹射发动机活塞相连，并通过弹射杆将活塞的前进能量传递给飞机。随着弹射起飞的口令下达，蒸汽弹射装置启动，飞机自身的动力加上蒸汽压力的动力，使飞机能够在不到2秒的时间内迅速达到265千米／小时，离舰升空。往复车安装在一个轨道上，该轨道位于两排弹射发动机汽缸之间且高于汽缸，作用是为往复车提供支撑并控制其运动方向。飞机弹射起飞后，往复车和活塞装置会继续前行，此时水力制动缸将发挥作用，利用水制动效应，在不损坏航母舰体结构的情况下，使活塞装置继续运动1.5米左右后停止运动。复位发动机系统与驱动系统带动往复车和活塞复位，进行下一次弹射。

几十年的实践证明，蒸汽弹射装置技术较为成熟，可靠性较强，较好地满足了航母作战的需求。但是其也存在着一些固有的缺陷：蒸汽弹射装置部件众多，构成复杂，维护时需要投入较多人力，特别是密封带需要频繁更换；弹射的机型受限，如无法弹射无人机等：无法进行精确控制，有时候会对飞机产生不必要的应力，缩短舰载机的寿命等等。为此，美国海军已经研制了电磁弹射装置，并决定在“福特”级航母上采用。

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