蒸汽弹射器与电磁弹射器

【摘 要】弹射器是航空母舰上推动舰载机增大起飞速度、缩短滑跑距离的装置，全称舰载机起飞弹射器。弹射器最早由英国人发明，最早的助飞弹射器在飞机被发明的时候就已经出现，和莱特兄弟同期的兰利，首先利用弹簧和滑道进行助飞，而莱特兄弟也在同样概念下，造出了落重弹射器。借助这种弹射器。莱特飞行器成功进行了动力飞行。在飞机发明后的不久就出现了水上飞机，各国海军在使用水上飞机时候，为了让舰只在不用停下来的情况下，舰艇能让飞机在短时间内升空。根据动力元件的不同，弹射机构主要分为机械式、燃气式、压缩空气式、蒸汽式、电磁式以及液压式。

【关键词】飞机；弹射器；液压弹射器；电磁弹射器

随着各国军事科技的不断发展，无人机已经开始被越来越多的国家作为重点研发点，而这其中，无人机的发射也是一个重要环节。无人机的发射方式很多，曾经和现在受到应用的主要是蒸汽弹射和电磁弹射。

1 弹射器的发展

二次大战爆发后，由于护航的需要，开发了护航航母，由于这类航母

甲板距离短，飞机必需依靠弹射才能起飞，弹射器成为必不可少的设备。最初装备在护航航母上的是飞轮弹射器。蒸汽弹射器的开发 经过二次大战的实战考验，航母的运作技术发展的更加成熟。二战到了末期，喷气机开始出现，喷气机起飞距离的增大和飞机重量的增加，导致对弹射器的功率要求更大，可是，液压弹射器已经达到技术极限，当时已经证明这种技术的最大输出功率只能达到20兆焦耳。推进活塞速度达到90英里/小时之后的工作效率急剧下降。而且，弹射器的液压油在高速流动推进时有沸燃现象，在安全性和工作可靠性上存在极大问题，而且顶杆钢缆系统重量很大。当时弹射器的问题成为延误航母使用喷气机的主要原因，此时，英美意识到高能弹射器技术的重要性，就着手开发新技术 在技术方面，为提高弹射器的效率，20世纪30年代已有人提出了“直接驱动”的结构概念，着重于降低驱动装置的动态总重。从而改善弹射器的加速效率。开缝式汽缸设计就是在这种概念下产生的。作为动态结构的活塞和牵引器用最短的距离直接连接，以减低推进活塞和牵引器这两个动态结构的重量。1950年，英国海军开始在“英仙座”航母上正式对蒸汽弹射器进行一系列的试验。试验中，研究人员成功地解决了影响开缝式气缸工作的两个最大问题，第一是气缸缝受缸内压力扩张的问题，第二是弹射气缸本身受热后变形的问题。1952年对蒸汽弹射器的试验证明成功，这种被称为米切尔式弹射器的装置正式开始装备而且被沿用至今。

电磁弹射器是航空母舰上的一种舰载机起飞装置，已由美国最新下水的福特号航母首先装备。与传统的蒸汽式弹射器相比，电磁弹射具有容积小、对舰上辅助系统要求低、效率高、重量轻、运行和维护费用低廉的好处。是未来航空母舰的核心技术之一。美军研发的电磁弹射器由三大主要部件构成，分别是线性同步电动机、盘式交流发电机和大功率数字循环变频器，线性同步电动机是电磁弹射器的主体，它是20世纪80年代末期研究的电磁线圈炮的放大版。电磁线圈炮也叫电磁线圈抛射器，1831年英国物理学家法拉弟发现电磁现象以后就有人开始设想电磁线圈炮。1845年，有科学家在理论试验中将一个金属柱抛出20米；1895年，美国有项专利设计了理论上能够将炮弹抛射230千米的线圈炮；1900年，挪威物理学教授克里斯坦·勃兰登获得三项关于电磁炮的专利；1901年，勃兰登在实验室制造了一座长10米、口径65毫米的模型，可以把10千克的金属块加速到100米/秒，这引起了挪威政府、德国政府的注意。1970年，德国科隆大学的哈布和齐尔曼用单机磁线圈将一个1.3克的金属圆环加速到490米/秒，这一成果迅速引起世界范围内的高度重视。1976年，苏联科学家本达列托夫和伊凡诺夫宣布已将1.5克的圆环加速到4900米/秒。到目前为止，美国在海军航母电磁弹射器上花费了28年的时间和32亿美金的经费，预计将在2014年服役的CVN-78航母上正式使用这一设备。从设计和工程实现的关键性部件的性能来看，成功地按时间表投入使用的可能性非常大。

2 用途原理

重型飞机要想从航空母舰上起飞，必须有蒸汽弹射器。在飞机起飞前，飞机

由位持器钢圈把尾部扣在一个坚固点上，飞机前轮附近的牵引杆垂落到一个“滑梭”内，滑梭以挂钩钩住飞机。滑梭是蒸汽弹射器唯一露在飞行甲板上的零件。飞机前面的甲板下，有两个平行圆筒，每个至少长45米，筒中的活塞与所有滑梭相连。蒸汽由母舰上的锅炉输出，增压后输入滑梭。飞机起飞时开足马力，但被位持器扣住。蒸汽弹射器一启动，飞机引擎的动力加上蒸汽压力，使钢圈断开，飞机前冲，在45米距离内达到时速250千米/小时。飞机弹射起飞脱离滑梭后，活塞前端的注管就落入水池，在几米的距离内停顿，滑梭移回原位，推动另一架飞机起飞。母舰上每个蒸汽弹射器每分钟可推动两架飞机起飞。通常航空母舰最多装设4个蒸汽弹射器。

电磁弹射器是通电导体在磁场中受到力的作用，这个力叫洛伦磁力。基本型简单，就是一个滑块，两个导轨，外加一个与其垂直的磁场，只需通直流电，滑块就会受到洛伦磁力向前加速，同时带动飞机助跑。由于，这个力可通过改变电流的大小而改变，使得它不仅能发射常规的舰载机，还能发射轻盈的无人机，蒸汽弹射器不行，它不易操作，且所需人员多，而且无人机被它一弹就碎了，另外电磁弹射器原理简单，技术要求也相对低，这些优点都让它成了未来的发展方向。它和电磁炮是一个原理，都适用同一个公式，F=BIL，BI分别是磁场、电流的大小。

3 发展前景

蒸汽弹射器这种技术已经在航母上使用了50年，也是唯一经过实战证明的技术。然而，美海军在舰艇设备全面电气化的大趋势下，航母将采用电作为推进的主动力。所有动力设备也将电气化。所以在80年代末，就开始了对电磁弹射器技术的开发，并在费城东部的试验基地装备了电磁弹射器进行试验。电磁弹射器具有很大的能量输出调节范围。蒸汽弹射器的功率输出依靠一个叫速率阀的东西，利用控制蒸汽流量的方式控制弹射器的功率输出，机械的可调节性能输出达到1：6差不多就是极限了；而电磁弹射的功率输出是由电路系统控制的，从大功率民用变电的经验可知1：100以内的变化是相当容易的。美国海军未来将会大量使用轻重不一的无人机，蒸汽弹射器很难适应这个要求。对航母的设计是和海军操作人员来说，电磁弹射器是一个大福音，它不仅将机库甲板的占用面积缩减到原来的1/3，而且重量还轻了一半。大幅减轻高过重心位置的重量对航母的稳性设计是个很有益的举措，同时既不用再为复杂的蒸汽管道迷宫所困扰，也不用再为灼热的蒸汽泄漏和四处污溅、难以清洁的润滑油所发愁。

还有一个好处是电磁弹射器能与滑跃式甲板巧妙融合，而蒸汽弹射器却没有电磁弹射器的灵活，它不能弯曲，就无法与滑跃起飞结合，而电磁弹射器与滑跃式起飞结合后能增加飞机的载重量。如果将来中国研制出了电磁弹射器，并实用于辽宁号，便可使辽宁号搭载更多机种，像空警200或空警2000，还可以向美国一样搭载无人机，这样就大大提升了辽宁号的作战能力。

在2003年向国会提交的报告中说到，电磁弹射器（EMAL）证实有以下的优点：

（1）电气结构，技术上容易与其他甲板上作战系统兼容。

（2）操作和维修人员编制简化，而且与其它作战系统人员兼容。

（3）弹射功率提高，有利于装备大型作战飞机。

（4）可控性和可靠性高，简化测试。

（5）结构简化，操作复杂度减低。

【参考文献】

[1]蒸汽弹射器工作原理和结构[OL].搜狐，2012（11）.

[2]赵宏涛，吴峻.舰载无人机电磁弹射器应用能力分析[J].舰船科学技术，2010（03）.

[3]舰群.蒸汽弹射器揭秘[J].舰载武器，2008（12）.

[4]远峰.弹射器的“秘密”[J].舰载武器，2005（03）.

[责任编辑：邓丽丽]

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