知 识 园 地Ordnance Knowledge兵器知识 2015年5期Ordnance Knowledge兵器知识 2015年5期蒸汽弹射器的重要部件作为弹射器系统的主体， 2个近100米长的C型开缝汽缸 平行排列着， 弹射器的活塞正是通过汽缸上方的开缝推动甲板 上的弹射滑块 （亦称 “弹射梭” 、“往复车” ， Catapult Shuttle） ， 进 而带动舰载机加速起飞所以对于弹射器系统的这组汽缸而 言， 尤为关键的技术就是如何解决汽缸开缝带来的缸体强度、 刚度的不足与高温高压蒸汽的密封问题 为克服汽缸上面开口后严重削弱缸体结构的强度与刚度 的问题， 汽缸的内孔与外圆设计成偏心布局， 形成开口一侧较 厚的结构， 以增加开口处的强度和刚度但工作时汽缸里面充 满高压蒸汽， 平均压力可达到15个大气压， 在蒸汽压力的作用 下， 汽缸开口会略微张开为了限制张开的幅度， 确保汽缸安 全， 在其外面还需要加一道约束， 也就是汽缸盖板同时， 汽缸 盖板与金属制密封条配合， 又解决了汽缸开缝处的密封性问题这种结构设计， 最早见于现代蒸汽弹射器基本构型的奠基 人科林 · 米切尔 （Colin Mitche） 的No.640， 622专利中。
汽缸盖板是， 长条状、 截面呈J字型的弯钩状盖板， 一端铰接在汽缸开槽—侧的边条上， 并嵌住该侧汽缸开槽的凸缘， 挂钩状的另一端则钩住汽缸开槽另一侧的凸缘， 同时也压住密封 条密封条是一根细长、 扁平的矩形金属带， 两端分别固定在 汽缸的前后两端， 通过张紧机构拉直， 正好堵在汽缸开槽两端的凸缘之间汽缸盖板与汽缸开槽将密封条夹持住， 使密封条不致在蒸汽压力下被挤出汽缸开槽缝隙在高压蒸汽压力作 用下， 汽缸开槽会略微向外张开， 而钩在汽缸开槽两侧凸缘上 的汽缸盖板， 在 “钳住” 汽缸开槽限制其张开幅度的同时， 又能 从两侧夹紧密封条， 阻止蒸汽从汽缸开槽泄漏在汽缸内的活 塞运动过程中， 密封条会被支起顶开， 在活塞离开之后， 密封条 又回到原本的位置这样活塞柄连接的弹射滑块在沿着汽缸 开槽移动的同时， 不会造成太多的蒸汽泄漏， 保证了汽缸的密 封性 作为弹射器的 “动力源” ， 蒸汽系统由湿式蓄压罐、 弹射器 沟槽预热系统、 蒸汽灭火系统， 以及相关的各类阀门与蒸汽管 路组成蒸汽弹射器的能量 （也就是 “蒸汽” ） 既可来自航母的 蒸汽轮机动力系统， 也能由专用的锅炉来提供， 但不论是哪种 情况， 这些蒸汽都需要先存储在蓄压罐中。
这是因为， 燃气轮 机或专用锅炉的功率并不能一直处于最大状态， 而且即便是最 大功率也满足不了弹射器瞬间所需的能量要求所以， 蒸汽弹 射器系统通过蓄压罐， 将稳定持续输出的高温高压蒸汽在弹射作业时快速释放， 从而变成瞬间功率强劲的弹射能量这种 “湿式蓄压罐” ， 顾名思义除了贮存着高温高压饱和蒸 汽外， 还有液态水液态水通常占罐体总容积的18%， 在弹射 作业中随着蓄压罐内蒸汽压强的降低而迅速蒸发， 以减缓高压蒸汽压强的下降速率为维持必要的压力梯度， 蓄压罐内的蒸汽不可能全部用完为了在较长时间内保持罐内蒸汽应有的 温度和压强， 蓄压罐本身还 要有电加热保温装置美国航母上的 C-13-2型弹射器， 每次弹射作业要 消耗 600 多千克的高压蒸 汽， 湿式蓄压罐内储备的蒸汽可满足2次全功率弹射或4 次 80%功率弹射的需要 调度蒸汽容量、 保持蓄压罐的最佳状态也就成了航母◎ 汽缸盖板与密封条的工作示意简图， 左为密封状态， 右为开启状态 1.汽缸盖板、 2.密封条、 3.汽缸、 4.活塞柄微观航母之弹射器杂谈微观航母之弹射器杂谈文文/ /希希弦弦战备的一个重要而繁重的工作贮存着数吨高温高压饱和蒸 汽的蓄压罐自然也是大吨位的大型压力容器。
C-13-2弹射器 排除附属蒸汽管道后净重486吨， 这其中的51.5吨就来自蓄压罐同时， 在每部C-13-2的蓄压罐与汽缸之间还有总重约28.6吨的蒸汽管道、 功率选择阀门， 以及变速率蒸汽注入阀相 连接 功率选择阀门可根据舰载机类型与起飞重量， 在—定限度内调节蓄压罐与汽缸之间的最大蒸汽流量而变速率蒸汽注入阀的作用则更是非同小可试想， 若弹射作业时只是简单地将蓄压罐内蓄积的高压蒸汽开闸放出直通弹射汽缸， 蒸汽势必会如脱缰野马般不受控制， 不仅会因蓄压罐 和弹射汽缸内蒸汽的同时膨胀、 做功效率低， 且在弹 射行程的最初阶段还会因汽缸活塞受力载荷过大， 使 舰载机结构和飞行员身体所能承受的过载超过极限， 从而发生危险变速率蒸汽注入阀的作用正是给高 压蒸汽套上了 “缰绳” 基于蒸汽膨胀规律、 蓄压罐内温度和压强， 以及 弹射器的负荷重量， 变速率蒸汽注入阀在液压系统驱 动下， 可快速精准地调节阀芯通流面积， 控制蒸汽流 量从小到大注入， 有效地降低峰值过载， 提高弹射功 率仍以C-13-2型蒸汽弹射器来看， 得益于对蒸汽 注入的高效控制， 其弹射时的加速度峰值控制在了平 均加速度的125%， 极限过载不超过5g。
也正是由于 没有响应速度更快、 流量率变化范围更大的变速率蒸 汽注入阀的出现， 所以C-13-2型蒸汽弹射器的功率 已接近目前蒸汽弹射器的性能极限变速率蒸汽注 入阀性能的长期停滞不前， 成为大功率蒸汽弹射器发 展的真正技术瓶颈， 直接导致C-13-2的最大弹射能 量只能在100兆焦级别徘徊蒸汽弹射器的高可靠性蒸汽弹射器是包含大量运动部件、 结构极其复杂、 工作环境恶劣的机械装置， 周期性地出现各类故障毫不令人意外C-13-2虽为蒸汽弹射器家族中最 为成熟完善的型号， 但平均故障率仍接近2%因此， 每100次弹射需进行一次视情检查维护； 每300次弹射应实施一次针对开缝汽缸、 金属密封条等易损部件的专项检查维修；每500~600次弹射需展开一次中期保养， 检查弹射器汽缸的闭 气水平、 运动部件的磨损程度， 更换金属密封条等； 每1 200次 弹射后要进行一次大修， 进行重要部件的检修、 磨损部件的更换， 汽缸内部的重新膛光、 活塞环的更换美海军航母具备海上大修弹射器的能力， 比如中期对弹射器保养时弹性密封条的 维修更换也能由舰上人员自行完成， 但通常是在后勤保障设施完善的海军基地进行◎ 蒸汽弹射器的维护检修， 箭头所指处即为汽缸盖板和密封条◎ 弹射器蒸汽系统的结构示意图◎ 蒸汽弹射系统示意简图。
1.飞行甲板、 2.前起落架弹射拖曳杆、 3.限 位杆、 4.弹射滑块组件、 5.活塞总成、 6.汽缸、 7.弹射阀组件、 8.湿式蓄 压器、 9.复位装置、 10.水刹、 11.偏流板◎ 弹射器的两个汽缸活塞特写红色箭头所指处为活塞柄， 包括密封条导轨、 啮合齿条以及引导轨等功能部件其作 用一方面是， 啮合齿条上的一排矩形齿与弹射滑块上的齿 条互相啮合， 实现弹射过程力的传递另一方面是引导密 封条的离位和复位在活塞进入处， 密封条被支起、 活塞柄 顺利通过； 活塞离开后， 密封条又回到密封位置这样既能 使活塞顺畅通过， 又能保证汽缸的密封7273知 识 园 地Ordnance Knowledge兵器知识 2015年5期Ordnance Knowledge兵器知识 2015年5期蒸汽弹射器的重要部件作为弹射器系统的主体， 2个近100米长的C型开缝汽缸 平行排列着， 弹射器的活塞正是通过汽缸上方的开缝推动甲板 上的弹射滑块 （亦称 “弹射梭” 、“往复车” ， Catapult Shuttle） ， 进 而带动舰载机加速起飞所以对于弹射器系统的这组汽缸而 言， 尤为关键的技术就是如何解决汽缸开缝带来的缸体强度、 刚度的不足与高温高压蒸汽的密封问题。
为克服汽缸上面开口后严重削弱缸体结构的强度与刚度 的问题， 汽缸的内孔与外圆设计成偏心布局， 形成开口一侧较 厚的结构， 以增加开口处的强度和刚度但工作时汽缸里面充 满高压蒸汽， 平均压力可达到15个大气压， 在蒸汽压力的作用 下， 汽缸开口会略微张开为了限制张开的幅度， 确保汽缸安 全， 在其外面还需要加一道约束， 也就是汽缸盖板同时， 汽缸 盖板与金属制密封条配合， 又解决了汽缸开缝处的密封性问题这种结构设计， 最早见于现代蒸汽弹射器基本构型的奠基 人科林 · 米切尔 （Colin Mitche） 的No.640， 622专利中 汽缸盖板是， 长条状、 截面呈J字型的弯钩状盖板， 一端铰接在汽缸开槽—侧的边条上， 并嵌住该侧汽缸开槽的凸缘， 挂钩状的另一端则钩住汽缸开槽另一侧的凸缘， 同时也压住密封 条密封条是一根细长、 扁平的矩形金属带， 两端分别固定在 汽缸的前后两端， 通过张紧机构拉直， 正好堵在汽缸开槽两端的凸缘之间汽缸盖板与汽缸开槽将密封条夹持住， 使密封条不致在蒸汽压力下被挤出汽缸开槽缝隙在高压蒸汽压力作 用下， 汽缸开槽会略微向外张开， 而钩在汽缸开槽两侧凸缘上 的汽缸盖板， 在 “钳住” 汽缸开槽限制其张开幅度的同时， 又能 从两侧夹紧密封条， 阻止蒸汽从汽缸开槽泄漏。
在汽缸内的活 塞运动过程中， 密封条会被支起顶开， 在活塞离开之后， 密封条 又回到原本的位置这样活塞柄连接的弹射滑块在沿着汽缸 开槽移动的同时， 不会造成太多的蒸汽泄漏， 保证了汽缸的密 封性 作为弹射器的 “动力源” ， 蒸汽系统由湿式蓄压罐、 弹射器 沟槽预热系统、 蒸汽灭火系统， 以及相关的各类阀门与蒸汽管 路组成蒸汽弹射器的能量 （也就是 “蒸汽” ） 既可来自航母的 蒸汽轮机动力系统， 也能由专用的锅炉来提供， 但不论是哪种 情况， 这些蒸汽都需要先存储在蓄压罐中这是因为， 燃气轮 机或专用锅炉的功率并不能一直处于最大状态， 而且即便是最 大功率也满足不了弹射器瞬间所需的能量要求所以， 蒸汽弹 射器系统通过蓄压罐， 将稳定持续输出的高温高压蒸汽在弹射作业时快速释放， 从而变成瞬间功率强劲的弹射能量这种 “湿式蓄压罐” ， 顾名思义除了贮存着高温高压饱和蒸 汽外， 还有液态水液态水通常占罐体总容积的18%， 在弹射 作业中随着蓄压罐内蒸汽压强的降低而迅速蒸发， 以减缓高压蒸汽压强的下降速率为维持必要的压力梯度， 蓄压罐内的蒸汽不可能全部用完为了在较长时间内保持罐内蒸汽应有的 温度和压强， 蓄压罐本身还 要有电加热保温装置。
美国航母上的 C-13-2型弹射器， 每次弹射作业要 消耗 600 多千克的高压蒸 汽， 湿式蓄压罐内储备的蒸汽可满足2次全功率弹射或4 次 80%功率弹射的需要 调度蒸汽容量、 保持蓄压罐的最佳状态也就成了航母◎ 汽缸盖板与密封条的工作示意简图， 左为密封状态， 右为开启状态 1.汽缸盖板、 2.密封条、 3.汽缸、 4.活塞柄微观航母之弹射器杂谈微观航母之弹射器杂谈文文/ /希希弦弦战备的一个重要而繁重的工作贮存着数吨高温高压饱和蒸 汽的蓄压罐自然也是大吨位的大型压力容器C-13-2弹射器 排除附属蒸汽管道后净重486吨， 这其中的51.5吨就来自蓄压罐同时， 在每部C-13-2的蓄压罐与汽缸之间还有总重约28.6吨的蒸汽管道、 功率选择阀门， 以及变速率蒸汽注入阀相 连接 功率选择阀门可根据舰载机类型与起飞重量， 在—定限度内调节蓄压罐与汽缸之间的最大蒸汽流量而变速率蒸汽注入阀的作用则更是非同小可试想， 若弹射作业时只是简单地将蓄压罐内蓄积的高压蒸汽开闸放出直通弹射汽缸， 蒸汽势必会如脱缰野马般不受控制， 不仅会因蓄压罐 和弹射汽缸内蒸汽的同时膨胀、 做功效率低， 且在弹 射行程的最初阶段还会因汽缸活塞受力载荷过大， 使 舰载机结构和飞行员身体所能承受的过载超过极限， 从而发生危险。
变速率蒸汽注入阀的作用正是给高 压蒸汽套上了 “缰绳” 基于蒸汽膨胀规律、 蓄压罐内温度和压强， 以及 弹射器的负荷重量， 变速率蒸汽注入阀在液压系统驱 动下， 可快速精准地调节阀芯通流面积， 控制蒸汽流 量从小到大注入， 有效地降低峰值过载， 提高弹射。