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自動點油漆機發現簡單的方案
 

  在飛機被發明的時候就已經出現,和萊特兄弟同期的蘭利,首先利用彈簧和滑道進行助飛,而萊特兄弟也在同樣概念下,造出了落重彈射器。借助這種彈射器。萊特飛行器成功進行了動力飛行。

  在飛機發明后的不久就出現了水上飛機,各國海軍在使用水上飛機時候,為了讓艦只在不用停下來的情況下,艦艇能讓飛機在短時間內升空。各國開始開發助飛裝置,這種裝置早是裝在大型水面艦只上的水上飛機彈射器.結構上有落重式,飛輪式,火箭助推式,液壓式和氣壓式多種。

  早期戰列艦,重巡洋艦上大部分是飛輪式的彈射器。這種彈射器由飛輪儲存機械能量,自動點油漆機通過離合器拉動鋼纜進行彈射?;鸺茝椛淦鞫嘤糜谛⌒偷呐灤?,二戰中,英國為了對付德國潛艇,使商船隊擁有一定空中力量,曾為商船裝了能讓颶風式戰機起飛的彈射器,這種簡單的彈射器是火箭助推式的。這類彈射器性能上來講,彈射周期都相當的長。

  雖然航速只有15海里,這艘航母卻是美國海軍航空兵非常成功的試驗平臺,航母技術里關鍵設如彈射器,攔機網和升降機技術都在“蘭利”上得到了試驗。從這艘航母得到的經驗和數據,對后來航母設計和運作有極大的影響。

  30年代,大部分飛機還能憑本身的動力全負荷在航母甲板上起飛,裝彈射器的本來是為了讓航母在更短時間內讓更多飛機升空。英國當時的“凱旋”和“勇氣”號航母就裝了壓縮空氣氣壓彈射器。這個時期的氣壓液壓彈射器多采用活塞頂桿結構,有滑輪鋼纜系統,功率達到5兆焦耳。

  這個時期下水的美國航母“薩拉托加”和“列克星頓”號上,使用了當時技術上較可靠的飛輪式彈射器。當時的彈射器,已經可以用比較短的彈射周期進行彈射??墒?,彈射器的使用在運作上卻增加了升空甲板人員運作的復雜性,令本來已經復雜的升空運作變得更難執行,反而導致升空延誤。這個難題曾困擾航母多年,并導致彈射器被列為受淘汰設。

  二次大戰爆發后,由于護航的需要,開發了護航航母,由于這類航母的甲板距離短,飛機必需依靠彈射才能起飛,彈射器成為必不可少的設。初裝在護航航母上的是飛輪彈射器。后來開發的大功率的液壓彈射器在1943年正式投入使用,“企業”號首批改裝使用這種型號為H2-1的液壓彈射器的航母之一。在這之后護航航母大部分裝了這種液壓彈射器。自動點油漆機性能上H2-1彈射器可以將11000磅的負荷在73英尺內加速到70英里/小時的速度?;緷M足當時的作戰需要。

  經過二次大戰的實戰考驗,航母的運作技術發展的更加成熟。二戰到了末期,噴氣機開始出現,噴氣機起飛距離的增大和飛機重量的增加,導致對彈射器的功率要求更大,可是,液壓彈射器已經達到技術極限,當時已經證明這種技術的輸出功率只能達到20兆焦耳。推進活塞速度達到90英里/小時之后的工作效率急劇下降。而且,彈射器的液壓油在高速流動推進時有沸燃現象,在安全性和工作可靠性上存在極大問題,而且頂桿鋼纜系統重量很大。當時彈射器的問題成為延誤航母使用噴氣機的主要原因,此時,英美意識到高能彈射器技術的重要性,就著手開發新技術

  在技術方面,為提高彈射器的效率,30年代已有人提出了“直接驅動”(DirectDrive)的結構概念,著重于降低驅動裝置的動態總重。從而改善彈射器的加速效率。開縫式汽缸設計就是在這種概念下產生的。作為動態結構的活塞和牽引器用短的距離直接連接,以減低推進活塞和牽引器這兩個動態結構的重量。

  機械上,這種結構的難度是既要讓驅動活塞/前引器結構在汽缸縫里自由移動,又要保持必要的工作壓力。的技術問題是如何防止泄漏導致壓力下降。不少設計者曾為此提出過多種不同的解決辦法,早的方案是在汽缸縫上設置彈性結構,既能讓活塞結構通過,又可以在活塞通過后不讓外漏。這種設計在40年代末曾用在XH-8液壓彈射器上,性能上,XH-8彈射器可以將15000磅的負荷加速達到120英里/小時的速度??墒?,試驗中也發現,彈性密封裝置在高壓狀態下密封效果很不理想。

  經過一系列的研究和試驗后,發現簡單的方案,是在汽缸內放置密封條,然后通過前進的活塞,將汽缸里的金屬密封條直接頂入汽缸縫,并利用缸內的壓力將密封條壓緊,從而壓力的不泄漏。

  在開縫氣缸開發的同時,英國的后役人員科林。米切爾向海軍建議嘗試使用艦上主鍋爐產生的蒸汽直接驅動彈射器的可能性。英國海軍就此開展了初步試驗,試驗中證實了蒸汽彈射器的功率遠高于液壓彈射器,而且發現彈射造成的蒸汽消耗對整體推進功率影響不大。而且可靠性和安全性更高較液壓彈射器更高。

  1950年,英國海軍開始在“英仙座”航母上正式對蒸汽彈射器進行一系列的試驗。試驗中,研究人員成功地解決了影響開縫式氣缸工作的兩個問題,是氣缸縫受缸內壓力擴張的問題,第二是彈射氣缸本身受熱后變形的問題。1952年對蒸汽彈射器的試驗證明成功,這種被稱為米切爾式彈射器的裝置正式開始裝而且被沿用至今。

  通過技術合作,美國直接參與了“英仙座”航母的彈射器試驗而獲得的這項技術,此后將研制成功的型號為C-11的蒸汽彈射器裝在“漢考克”號航母上,并在1954年6月1日成功完成彈射操作。航母也從此進入全面噴氣時代。

  值得一提的是,在40年代開發蒸汽彈射器的同時,美國曾進行了超大型的飛輪儲能彈射器和電動彈射器的開發和試驗。理論上飛輪儲能彈射器可以達到很高的功率,但是因高速離合器的技術難題得不到解決而很快被放棄。值得注意的是,當時在電動彈射器上研究上,西屋電氣成功研制了稱為“電彈器”(Electropult)的彈射器,結構上跟目前熱門的電磁彈射器結構幾乎一樣,采用直線電機設計,而且在彈射功率與蒸汽彈射器相似的輸出。只是因為運作昂貴而被放棄。不過,飛輪和直線年被重新開發,現在熱門的電磁彈射器上運用的就是飛輪儲能器和直線電機技術。

  目前美國的大型航母一般裝置多達4臺彈射器。在各種型號的彈射器當中,只有C-13-1和C-13-2型號的彈射器有足夠的功率能讓飛機在不迎風的情況下起飛。

  據已公開資料顯示,目前在役蒸汽彈射器總重量接近500噸,每次彈射輸出能量可達到95兆焦耳,短工作周期為45秒,平均每次耗用近700公斤蒸汽。

  概念上蒸汽彈射器只是一個大型蒸汽汽缸和一個蒸汽控制系統。將高壓蒸汽能量轉化為動能進行彈射。然而由于飛機結構強度上的限制,彈射器不但要有足夠的輸出功率,而且要把輸出功率準確控制在飛機可以接受的程度以內。

  彈射的動力來自高壓蒸汽。由艦船的推進鍋爐產生,儲存在彈射蓄壓罐內。蓄壓罐的蒸汽的輸入和調壓是由蒸汽輸入閥門控制。

  彈射的時候,蓄壓罐內的蒸汽由彈射閥門釋放到彈射汽缸內,缸內壓力上升推動活塞前進。彈射閥門的另外一個更重要的作用是控制蒸汽進入彈射汽缸的流量變化,以此控制推力和彈射的加速度,以保證飛機結構不會超負荷。

  飛機升空后,蒸汽排放閥打開,讓汽缸內蒸汽排出。同時,活塞和飛機牽引器被水剎器減速后停下,然后由歸位系統拉回起跑點

 ?。ㄗⅲ赫羝仩t和回收蒸汽裝置在結構上屬于船的動力系統,不屬于彈射器的內部結構,因此本文就不在這里陳述了。)

  蒸汽系統的功能是儲存蒸汽,而且控制蒸汽在各管道和汽缸內的排入,流動和排放。這個系統主要有6個部分組成

  預力系留系統位于飛行甲板的起跑點。進行起跑之前,將飛機固定在彈射滑動器上,并且對施加預應力,以避免突然加速受力造成結構過載。這個系統的主要部件有

  開縫汽缸和活塞直接驅動裝置是米切爾式蒸汽彈射器的一個比較獨特的結構。通過一些公開的圖片,我們可以看到它們的基本結構。

  彈射氣缸是彈射器的一個部件,從圖片里面可以清楚看到,整個氣缸是分段制造,后連接而成的。每段氣缸長約4米,接口處有密封槽,整個汽缸是通過底座固定在彈射器槽的氣缸軌上而連成一體。這種多截連接氣缸結構有利于降低生產,運輸和維修的成本,而且可以更靈活地應付整體上的熱變形。

  汽缸縫蓋和密封條的重要作用是在氣缸縫外形成密封,另外,密封條和汽缸縫蓋在氣缸縫的外部形成一個完整的鉤型結構,可以夾住汽缸縫以防氣缸內部壓力增大的時汽缸縫擴大。

  彈射活塞整體上可以分成3部分,部分是氣密活塞和活塞環,第二部分是密封條開閉裝置,第三部分是水剎錐。在活塞前進的時候,活塞同時將密封條推入汽缸蓋和氣缸縫的縫隙中完成密封。當活塞到達氣缸末端的時候,水剎錐撞入水剎器后開始減速,后令活塞停下。

  前面提到,飛機彈射時加速度要控制在可承受的負荷范圍內,這是通過控制蒸汽注入彈射氣缸的流量和流量的變化來實現的。彈射控制閥在這里起到關鍵的作用。這個閥門的開關速度和幅度的度會直接影響到彈射加速度的可控性。整個彈射過程對加速度的控制,后是通過改變閥門的開關時間和幅度還完成的。在操作上,自動點油漆機彈射閥門的控制需要通過一條既定的閥門調節曲線來進行。

  不同飛機和不同裝的配搭,都會有不同的彈射重量。要保證足夠的彈射速度和正確的加速度,彈射的時候要根據不同的重量制定相應的閥門調節曲線。測定這些曲線的方法,是用一種被稱為空負荷(Deadload)的滑車模仿飛機的起飛重量,在彈射器上反復彈射測定加速度而獲得彈射閥門的控制數據。

  隨著飛機的裝多樣化,飛機和不同裝的總重量出現更多差異,這就需要進行更多的彈射試驗??墒?,如果在航母上進行試驗,滑車落水后要花不少人力進行回收,所以目前這項試驗大部分都在裝配了彈射器的機場上進行。法國戴高樂航母裝的是美國C-13彈射器,法國要將飛機送到美國的海軍測試基地進行試驗才后獲得了這些控制數據。

  蒸汽彈射器這種技術已經在航母上使用了50年,也使經過實戰證明的技術。然而,美海軍在艦艇設全面電氣化的大趨勢下,航母將采用電作為推進的主動力。所有動力設也將電氣化。所以在80年代末,就開始了對電磁彈射器技術的開發,并在費城東部的試驗基地裝了電磁彈射器進行試驗。在2003年向國會提交的報告中說到,電磁彈射器(EMAL)證實有以下的優點:

  此外,降落攔截索系統同樣也將電氣化。目前這個項目由通用原子(GeneralAtomic)承包。
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