飛行器蒸汽彈射裝置及其工作方法與流程
2023-04-23 11:00:47 2
本發明涉及一種飛行器蒸汽彈射裝置及其工作方法。
背景技術：
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目前很多飛機的起飛均需要較長的助跑跑道，從而增加了機場建設的面積和成本，而有些場合或位置受到長度的影響，無法鋪設較長跑道，如航空母艦等，人們創造了蒸汽彈射裝置，但目前的蒸汽彈射裝置僅能利用到其中4.5%左右的能量，從而造成巨大能量的浪費。
技術實現要素：
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本發明的目的在於提供一種飛行器蒸汽彈射裝置及其工作方法，該飛行器蒸汽彈射裝置能源利用效率高出傳統蒸汽彈射裝置數倍，可以大量減少艦船用於飛行器起飛的動力儲備，節約能源，並節省出艦船寶貴動力空間做為它用。
本發明飛行器蒸汽彈射裝置，其特徵在於：包括布設在飛行器飛行跑道底下的彈射汽缸和彈射活塞，所述彈射汽缸的起始端設有高壓汽通入口，以在通入高壓汽後推動彈射活塞往彈射汽缸的末尾端移動，所述彈射活塞上部設有伸出軌道面用於牽拉飛行器的牽引器，所述彈射汽缸的內壁周圍布置有噴射冷卻水的噴嘴，即彈射汽缸沿活塞運動方向持續布置了噴射冷卻水的噴嘴。
進一步的，隨著彈射活塞的運動，上述噴嘴通過程序控制，不斷的開啟新的噴嘴，關閉前面的噴嘴，以保持對彈射活塞後部持續噴射冷卻水，構建一個隨活塞運動的冷源。
進一步的，上述噴嘴具有多個，其均勻分布在彈射汽缸的軸向與徑向。
本發明飛行器蒸汽彈射裝置的工作原理，起先，彈射活塞位於彈射汽缸的起始端，飛行器位於飛行跑道的起始端，在彈射汽缸的高壓蒸汽送入後，彈射活塞被推動往彈射汽缸末尾端移動，飛行器也通過牽引器跟隨彈射活塞移動，同時位於汽缸上的噴嘴開始向彈射活塞後方噴水，高壓蒸汽遇水後凝結，從氣相變成液相，釋放出大量的汽化潛熱做功推動活塞快速向前移動，帶動飛行器達到起飛速度，實現飛行器的起飛。
根據熱力學第二原理，熱機做功時，不但要有高溫熱源，還要有供釋放低溫熱的冷源。傳統蒸汽彈射器由於沒有設置冷源，只利用了高壓蒸汽的勢能部分（壓力能），高壓蒸汽以乏汽形式排放大氣，能源利用效率只有約4.5%。高效蒸汽彈射器通過在蒸汽彈射裝置人為建立一套冷源，不但利用高壓蒸汽的壓力能，還通過冷源的建立，使部分高壓蒸汽凝結成水，將大量的汽化潛熱釋放出來，汽化潛熱在蒸汽焓值佔比80%以上，因此大大提高了蒸汽彈射裝置的能源利用效率。
熱能轉變為機械能做功包括的條件為：工質的性能（蒸汽的膨脹做功）、熱機設備（彈射器）、高溫熱源Q1（高壓蒸汽）、低溫熱源Q2（做功後乏汽及冷凝水）。其熱力學表達式是：
，其中Q1為高溫熱源；Q2為低溫熱源；W為做功量；為熱機效率。
當人為建立冷源後，就可以大幅降低Q2值，從而提高裝置的做功能力，或者在做同樣功的條件下，大幅降低高溫熱源的輸入量。
利用此原理，可使蒸汽彈射裝置的能源利用率提高到20%以上，相應的同樣起飛一架次飛行器，可以減少80%以上的高壓蒸汽耗量。
附圖說明：
圖1是本發明飛行器蒸汽彈射裝置的原理示意圖；
圖2是圖1的A-A斷面圖；
圖3是彈射活塞的構造示意圖。
具體實施方式：
下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步詳細的說明。
本發明飛行器蒸汽彈射裝置包括布設在飛行器1飛行跑道2底下的彈射汽缸3和彈射活塞4，所述彈射汽缸3的起始端301設有高壓蒸汽通入口5，以在通入高壓汽後推動彈射活塞4往彈射汽缸的末尾端302移動，所述彈射活塞4上部設有伸出軌道面用於牽拉飛行器的牽引器6，所述彈射汽缸的內壁周圍布置有噴射冷卻水的噴嘴，即所述彈射汽缸3上設有持續在彈射活塞4後部周圍噴射冷卻水的噴嘴7。
另一種構造可以為在彈射活塞4後部上設有噴嘴，噴嘴屬於彈射活塞4的一部分，在彈射活塞4後部持續噴水。
進一步的，為了設計合理，上述噴嘴具有多個，其均勻分布在彈射汽缸的軸向與徑向。
進一步的，上述噴嘴噴入8.0MPa以上的高壓常溫水（20度），以在彈射活塞4後部形成冷源。
進一步的，從彈射汽缸3的起始端301送入的高壓蒸汽，推動彈射活塞4往彈射汽缸的末尾端302移動，同時位於汽缸上的噴嘴開始向彈射活塞後方噴水，高壓蒸汽遇水後凝結，從氣相變成液相，釋放出大量的汽化潛熱做功推動活塞快速向前移動。
進一步的，為了確保持續的利用高壓蒸汽的汽化潛熱，降低能耗，上述噴嘴通過程序控制，不斷的開啟靠近彈射活塞4後方的噴嘴，關閉前面的噴嘴，以保持對彈射活塞後部持續噴射冷卻水，構建一個隨活塞運動的冷源，哪個位置的噴嘴啟閉噴水由電磁閥8控制。
進一步的，通過控制冷卻水的壓力，可以改變噴水量，進而精準控制作用於活塞上的力，控制活塞向前運動速度，滿足不同飛行器對起飛初速度的要求。
在彈射活塞行進過程中，從彈射汽缸起始端位置的噴嘴往彈射汽缸末尾端位置的噴嘴逐步開始噴水，位於彈射活塞行進方向前方的噴嘴不噴水，而恰好位於行進中的彈射活塞的後方才開始噴射水，而彈射活塞遠離該噴嘴時即停止噴水；所述高壓汽的入射壓力為6.0MPa、速度70~80m/s；噴嘴噴水的入射水溫為常溫下的水。
本發明飛行器蒸汽彈射裝置的工作原理，起先，彈射活塞4位於彈射汽缸3的起始端301，飛行器1位於飛行跑道的起始端，從彈射汽缸3的起始端301送入的高壓蒸汽送入後，彈射活塞4被推動往彈射汽缸末尾端302移動，飛行器1也通過牽引器2跟隨彈射活塞3移動，同時位於汽缸上的噴嘴7開始向彈射活塞後方噴水，高壓蒸汽遇水後凝結，從氣相變成液相，釋放出大量的汽化潛熱做功推動活塞快速向前移動，帶動飛行器1達到起飛速度，實現飛行器1的起飛。
根據熱力學第二原理，熱機做功時，不但要有高溫熱源，還要有供釋放低溫熱的冷源。傳統蒸汽彈射器由於沒有設置冷源，只利用了高壓蒸汽的勢能部分（壓力能），高壓蒸汽以乏汽形式排放大氣，能源利用效率只有約4.5%。高效蒸汽彈射器通過在蒸汽彈射裝置人為建立一套冷源，不但利用高壓蒸汽的壓力能，還通過冷源的建立，使部分高壓蒸汽凝結成水，將大量的汽化潛熱釋放出來，汽化潛熱在蒸汽焓值佔比80%以上，因此大大提高了蒸汽彈射裝置的能源利用效率。
熱能轉變為機械能做功包括的條件為：工質的性能（蒸汽的膨脹做功）、熱機設備（彈射器）、高溫熱源Q1（高壓蒸汽）、低溫熱源Q2（做功後乏汽及冷凝水）。其熱力學表達式是：
，其中Q1為高溫熱源；Q2為低溫熱源；W為做功量；為熱機效率。
當人為建立冷源後，就可以大幅降低Q2值，從而提高裝置的做功能力，或者在做同樣功的條件下，大幅降低高溫熱源的輸入量。
利用此原理，可使蒸汽彈射裝置的能源利用率提高到20%以上，相應的同樣起飛一架次飛行器，可以減少80%以上的高壓蒸汽耗量。
同時，因為通過控制冷卻水的壓力，可以改變噴水量，進而精準控制作用於活塞上的力，控制活塞向前運動速度，滿足不同飛行器對起飛初速度的要求，有效保證飛行器的安全起飛。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。