航母艦載機起飛裝置及起飛方法

2023-06-12 19:03:41 1

專利名稱：航母艦載機起飛裝置及起飛方法
技術領域：
本發明涉及航空母艦的構造，具體涉及一種航母艦載機起飛裝置 及起飛方法。
背景技術：
航空母艦(簡稱航母)作為一種"超級"主戰武器，威力主要在於 其搭載的數十甚至上百架艦載戰鬥機所具有的控制極廣大海域的能 力。進可以攻擊處於方圓數萬平方公里海域內的目標，守可以防禦來 自同樣廣大海域內的各種武器的攻擊。衡量航母的戰鬥力主要是衡 量，在該航母上起飛的能發揮最大水平的艦載機的戰鬥力。
當今，世界各國海軍航母艦載機的起飛方式主要有彈射起飛、滑 躍起飛(滑翹起飛)和垂直/短距滑跑起飛等。彈射起飛是利用飛行 甲板上布置的彈射裝置，在一定行程內對艦載機施加推力，使其達到 離艦起飛速度。滑躍起飛是利用航母艏部的上翹甲板，在機載發動機 的大推力下實現起飛。垂直/短距滑跑起飛則是利用機載發動機的推
力矢量控制來實現起飛，鑑於前蘇聯"雅克-38"垂直/短距離攻擊機已 隨著"基輔"級航母一起退役，以及英國垂直/短距起降式"海鷗"戰鬥機 的卸載量和航程難以滿足需要，因此這種起飛方式目前用得較少。 蒸汽彈射起飛
二戰後，噴氣式艦載機相繼搭載上艦。以當時艦載機的重量和發 動機功率計算，需要滑跑1000多米的距離。即使當今噸位最大的"尼 米茲"級航母，甲板跑道也不過300餘米。如果沒有大功率彈射器的 助飛，全掛載的艦載機將難以升空。因此世界軍工界都在觀注研製功 率更大的新型彈射器。
蒸汽彈射器問世於1950年8月，原型是英國海軍航空兵預備隊司令米切爾研製的，美國海軍購買了專利並將其發展成熟。在工作原 理上，蒸汽彈射器是以高壓蒸汽推動活塞帶動彈射軌道上的滑塊，把 與之相連的艦載機彈射出去。時至今曰，只有美國全面掌握了蒸汽彈 射器技術，連法國的中型"戴高樂"號核動力航母釆用的也是美國蒸汽
彈射技術。美國大型航母上的C-13-l型蒸汽彈射器衝程達到94.6米， 可將36.3噸重的艦載機以185節(即339千米/小時)的高速彈射出 去，能夠滿足F-14戰鬥機和E-2預警機的起飛要求。 滑躍起飛
滑躍起飛原理是把甲板斜坡上翹角視為拋射角。艦載機沿著上翹 的斜坡衝向斜上方，形成斜拋運動。俄羅斯、英國、義大利、西班牙 和印度等國由於技術限制，無法研製在技術上和工藝上過關的蒸汽彈 射器，所以只能在本國航母艦艏安裝一個躍臺(斜坡甲板上翹角 10°~15°)幫助起飛。艦載機在起飛的時候以自己的動力經由躍臺的 協助衝上空中。滑躍起飛的起飛重量及起飛效率不如彈射起飛。其作 戰效率遠不如蒸汽彈射器。如蘇-33戰機戰鬥力強於F-14戰機，是指 當兩者均能充分發揮各自的戰鬥力時。但當它們從各自的航母起飛 後，情況就不是這樣了。在美軍航母上，F-14利用蒸汽彈射器起飛， 即使全掛載也能順利升空；而在俄羅斯"庫茲湟佐夫"航母上，蘇-33 滑躍起飛時只能攜帶相當於實際掛載能力50%的有效掛載，這就重挫 了這款重型制空戰鬥機的空戰能力和作戰半徑。所以普遍認為"庫茲 湟佐夫"不是美國航母的對手。
研發中的電磁彈射
當然蒸汽彈射器也有不少缺點
1、 彈射器不僅佔據較大甲板空間，還要在甲板下方設彈射器蒸 汽儲氣罐，彈射器管路倉等設施。
2、 需要自制淡水。蒸汽彈射器除了在艙內留出自身設備位置外， 還需留出位置給大型水箱，以存放淡水。彈射l架中型戰鬥機，大約
5要消耗1頓淡水。
3、 能耗高，為了將淡水燒成蒸汽，必須耗費大量能源，因此要 為貯存燃料再留出額外空間。
4、 彈射器建造技術難度大，密封要求高，部件加工精度高，造 價高。
5、 戰時易受損且難以修復。
6、 維護使用要求很高，每彈射3000-3200次需海上停飛檢修或 返港檢修。
為此美國海軍從1982年開始進行電磁彈射系統的技術研究。直 到2004年秋天電磁彈射器進入成品測試階段。電磁彈射器是一個復 雜的繼承系統，其核心是直線彈射電動機。彈射電動機帶有滾輪，帶 著一個往復車沿彈射器軌道滑行。工作時，電動機得到供電，往復車 在電磁力的作用下，拉著艦載機沿彈射衝程加速到起飛速度。目前美 國已接近竣工的"布希"號航母，造價達到80億美元，是以往同樣航 母造價的一倍以上，將釆用新型的電磁彈射器，屆時在美國航母上使 用多年的蒸汽彈射器將退出歷史舞臺。
電磁彈射器的效率約60%，而蒸汽彈射器的效率僅4%-6%,其 效率大大提高。但一次電磁彈射起飛電能的消耗雖然低於120兆焦， 仍是一筆相當大的能耗。電磁彈射系統沒有了蒸汽彈射系統那些密如 蛛網的高溫高壓蒸汽管道，但卻需IOO多米長的直線感應電動機，大 功率電力控制設備，強迫儲能裝置，結構仍然頗為複雜。電磁彈射系 統的維修人員比蒸汽彈射系統減少了 30%,但僅操作人員仍需90人。 總之，雖然電磁彈射器比蒸汽彈射器有了很大的改進，但它仍然是一 種結構複雜，研發建造昂貴，能耗大，平時維護操作要求髙，戰時易 受損而難於修復的系統。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中的上述缺陷，設計一種簡捷的航母艦載機起飛助力裝置，該裝置顯著降低了艦載機起飛系統建造和 使用成本，可使艦載機快速起飛，切適用於各種航母艦載機。
為實現上述目的，本發明的技術方案是釆用 一種航母艦載機起飛 裝置，該裝置包括承載艦載機的滑車，在所述滑車內裝有至少一臺驅 動滑車運行的發動機，所述滑車用於拖載著艦載機在航母甲板的軌道
上滑跑，並將艦載機拋射升空；所述艦載機與所述滑車活動連接，所
述滑車下的車輪與設置在航母甲板上的軌道相配合，所述軌道在位於
航母艦艏設有向上平滑翹起段，所述軌道在艦艏附近還設有攔截繩索 或滑車制動裝置，所述攔截繩索或滑車制動裝置用於攔截與艦載機脫 離後的滑車。
其中，
所述滑車縱向剖面的形狀為流線型，所述滑車橫向剖面的形狀為 翼剖面。
所述艦載機的前輪部位與所述滑車卡扣連接，或所述艦載機俯臥 連接在所述滑車上，所述連接均為活動式連接。
所述卡扣或俯臥連接是在所述滑車上設有拖掛和脫離拖掛艦載 機的機構，在所述滑車或控制系統中還設有控制滑車拖掛或脫離拖掛 艦載機的控制機構。
在所述滑車的後端準備起飛位置的軌道上設有壁板，所述壁板用 於屏蔽艦載機和滑車內發動機的噴氣流。
所述軌道有若干條，所述軌道間的距離大於所述滑車的寬度。
在所述軌道的起始端設有用於所述滑車穿梭、變軌的道岔和/或 交叉軌道。
一種航母艦載機起飛方法，包括如下起飛步驟
Sl:將停泊在航母甲板上的艦載機移送至滑車上，將艦載機與滑
車上的拖掛機構連接；
S2:艦載機接到起飛預備指令後，艦載機上與滑車內的發動機點火啟動，此時控制系統控制滑車的制動裝置與拖掛機構正常工作，防 止滑車和艦載機的運動；
S3:艦載機接到起飛指令後，控制系統控制滑車的制動裝置打開,
同時控制系統控制滑車與艦載機的發動機輸出最大功率；
S4:滑車拖馳艦載機沿著航母甲板上的軌道加速向前； S5:滑車接近航母艦艏後，將沿著平滑翹起段的軌道繼續向前、 向上加速運行；
S6:滑車運行到接近航母艦艏前緣時，控制系統控制滑車內的拖 掛機構與艦載機脫離拖掛，將艦載機沿上翹弧線的切線拋射出去，同 時控制系統控制滑車內的發動機熄火，控制制動裝置使滑車制動，同 時設置在航母艦艏的攔截繩索將滑車勾住；
S7:滑車停穩後與攔截繩索脫鉤，控制系統控制滑車沿軌道返回 到軌道的起始端準備下一架次艦載機的裝載。
本發明的理論依據
釆用滑車拋射起飛，與滑躍起飛對比，主要改變有兩點 一是
附加車載發動機助推，加大了推力；二是增加了滑車和車載發動機的 重量。如果將風力、艦速、摩擦係數等等次要細節暫時擱置，在所謂 理想物理狀態下，分析上述兩點主要改變對航母艦載機離艦時瞬時速 度的影響，初步計算如下
設滑躍起飛
艦載機起飛重量為M,， M屍30噸 機載發動機推力為Fi
滑跑中的加速度為a！ ， a產l
滑跑跑道長120米 滑跑全程用時為^離艦時的瞬時速度為Vi
設滑車拋射起飛
車一機滑跑重量為M2 滑車重量2呻，
車載發動機兩臺，每臺重量1.5噸
艦載機重量30噸
M2=2+1.5 x 2+30=35 (口屯)
Mi _ 30 — ! 7
車一機載發動機推力合力為F2
機載發動機推力為Fj
車載發動機兩臺，每臺推力與機載發動機F,相同
滑跑中的加速度為a2
F2 18 v《 18
似2 7 M！ 7
6
滑跑軌道長為120米
滑跑全長用時為t2
|a2t22=12。
2一120x2— 240 —240x7 2 a， T^T 18a,
+ — !240x7 離艦時的瞬時速度為V2
9釆用上述滑車拋射法起飛，航母艦載機離艦時的瞬時速度有所 加快，或可達到釆用滑跳起飛離艦時的瞬時速度的1.6倍。 在此種近似計算中，
實際上還有一些參數影響起飛過程。其中較重要的是摩擦力。 火車輪與鐵軌之間滾動摩擦係數為0.09-0.03，這與滑車拋 射起飛中滑車鐵輪在軌道上滾動類似。而輪胎與路面的摩擦係數為 0.8.這與艦載機滑躍起飛時機輪胎與甲板跑道的摩擦類似。摩擦力對 速度的影響，可能在滑躍起飛中表現更甚。或許也有可能從而加大上 述離艦時瞬時速度的比值。
以蘇-33戰鬥機為例作一分析
蘇-33在航母艦上滑躍起飛，起飛重量限於26噸(只能50%戰 鬥掛載)。而在陸地，蘇-33起飛重量是33噸，整整多了7噸。
現將蘇-33在航母上以26噸滑躍起飛，與其也在航母上以33 噸滑車拋射起飛作一比較。 滑躍起飛
起飛重量為Mp M產26噸 推力為F,
蘇-33機載發動機AL-31F推力 約125.4KN, F屍125.4(KN) 離艦時瞬時速度為W 滑車拋射起飛滑跑重量為M2
蘇-33全掛載33噸
滑車重5噸
車載發動機用F120兩臺，每臺重約1.5噸 M2=33+5+1.5 x2=41 (咱) 推力為F2
蘇-33機載發動機推力125.4KN F120推力155.7KN (兩臺，車載) F2=125.4+155.7 x 2=436.8 (KN)
離艦時瞬時速度為V2
7，K fl^"/436.8 f^"， j。
F, V屍i VM2 "V 125.4 )Ul '
蘇-33、全掛載33噸釆用上述滑車拋射起飛，比減少7噸後(26 噸)滑躍起飛，離艦時瞬時速度還要高，可能高到1.48倍。 再以E-2C"鷹眼"艦載預警機為例。
因其機載發動機推重比不夠高，在航母上如以滑躍起飛，不能 成功升空。
現將E-2C如果在航母上釆用滑車拋射起飛，與滑躍起飛作一比較。
滑躍起飛
起飛重量為Mp M「23.5噸
推力為F,，機載發動機T56-A-417兩臺，每臺推力51KN
F產51 x 2=102 (KN) 離艦時瞬時速度為V！
(Vi不足以完成起飛) 滑車拋射起飛
滑跑重量為M2
E-2C重23.5 口屯滑車重5咱
車載發動機用F120兩臺，每臺重約1.5噸 M2=23.5+5+l.5x2=31.5 (口屯)
推力為F2
E-2C兩臺機載發動機推力之和為102KN F120推力155.7 (KN)(兩臺，車載) F2=102+155.7x2=413.4 (KN)
離艦時瞬時速度為V2
.KVFi "V 102 ^31.5
E-2C "鷹眼"艦載預警機若釆用滑車拋射法起飛，離艦時瞬時速 度為滑躍起飛離艦時瞬時速度約1.7倍，應能完成起飛。
而與彈射起飛比，無論蒸汽彈射或電磁彈射，都需一個龐大、復 雜、昂貴又難以操作、維護的系統。滑車拋射起飛就簡單易行得多。
本發明人從理論上探討，要點有三(l)在甲板上滑跑的運動體， 當離艦前滑跑距離一定時，若推力增大的比例大於運動體質量增大的 比例，離艦瞬時速度就增大；(2)而推力增大的前提是不能增加艦載 機的自重(否則仍難以升空，即便升空一個笨重"鐵團"，意義不大); (3)製造儘可能輕巧的拖載"滑車"，其上安裝高推重比的發動機，把 為實現增大推力這一主要目的，相伴而來的必不可免的質量增加留在 "車"上("便宜"全讓艦載機佔了,讓它高速摔下"包袱""脫身"；滑車 也不"吃虧"，滑回來還可再用， 一次拋射不過是幾架噴氣機幾秒鐘的 耗能)。
本發明的優點和有益效果在於該航母艦載機起飛裝置及起飛方 法集中了現有艦載機彈射起飛和滑躍起飛的優點，避免了它們的缺 點，其結構簡單，科研建造成本大大減低，效率提高，能耗明顯減少， 操作維護簡便，安全可靠，可適用於各種類型艦載機的起飛。
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圖l是本發明航母艦載機起飛裝置的俯視示意圖2是本發明航母艦載機起飛裝置的側視示意圖3是本發明中艦載機俯臥在滑車上的側視示意圖4是本發明中艦載機俯臥在滑車上的俯視示意圖5是本發明中艦載機前輪卡扣在滑車上的側視示意圖6是本發明中艦載機前輪卡扣在滑車上的俯視示意圖。
圖中1、航母；2、艦載機；3、滑車；4、發動機；5、軌道；6、
車輪；7、平滑翹起段；8、攔截繩索；9、制動裝置；10、前輪；11、
壁板；12、道岔。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步描 述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以 此來限制本發明的保護範圍。
如附圖1所示，本發明具體實施的技術方案是
實施例l
一種航母艦載機起飛裝置，該航母艦載機起飛裝置包括承載艦載 機2的滑車3，在所述滑車內裝有至少一臺驅動滑車3運行的發動機4， 所述滑車3用於拖載著艦載機2在航母1甲板的軌道5上滑跑，並將艦載 機2拋射升空；所述艦載機2與所述滑車3活動連接，所述滑車3下的車 輪6與設置在航母1甲板上的軌道5相配合，所述軌道5在位於航母艦1 艏設有向上平滑翹起段7，所述軌道5在艦艏附近還設有攔截繩索8或 滑車制動裝置9，所述攔截繩索8或滑車制動裝置9用於攔截與艦載機2 脫離後的滑車3。
實施例2
在實施例1的基礎上，將所述滑車3縱向剖面的形狀設計成為流 線型，將所述滑車3橫向剖面的形狀設計成為翼剖面。 實施例3在實施例2的基礎上，將所述艦載機2的前輪部位10與所述滑
車3卡扣連接，或將所述艦載機2俯臥連接在所述滑車3上，所述連 接均為活動式連接，即艦載機2與滑車3之間既可以牢固的連為一體，
也可以瞬間脫離開。 實施例4
在實施例3的基礎上，所述卡扣或俯臥連接是在所述滑車3上設 有拖掛和脫離拖掛艦載機的機構，在所述滑車3或控制系統中還設有 控制滑車拖掛或脫離拖掛艦載機2的控制機構。
實施例5
在實施例4的基礎上，在所述滑車3的後端準備起飛位置的軌道 上設有壁板ll,所述壁板11用於屏蔽艦載機2和滑車3內發動機4 的噴氣流。
實施例6
在實施例1的基礎上，鋪設在航母1甲板上的所述軌道5有若干 條，所述軌道5間的距離大於所述滑車的寬度。每輛滑車3至少與兩
條所述軌道相配合，也就是說滑車的下面至少要有兩個車輪。其中， 較佳的結構是4個車輪。 實施例7
在實施例6的基礎上，在所述軌道5的起始端設有用於所述滑車 3穿梭、變軌的道岔12和/或交叉軌道。 實施例8
一種航母艦載機起飛方法，包括如下起飛步驟
第一步將停泊在航母l甲板上的艦載機2移送至滑車3上，將 艦載機2與滑車3上的拖掛機構連接；
第二步艦載機2接到起飛預備指令後，艦載機2上與滑車3內 的發動機4點火啟動，此時控制系統控制滑車3的制動裝置與拖掛機 構正常工作，防止滑車3和艦載機2的運動；
第三步艦載機2接到起飛指令後，控制系統控制滑車3的制動裝置打開，同時控制系統控制滑車3與艦載機2的發動機4輸出最大 功率；
第四步滑車3拖馳艦載機2沿著航母1甲板上的軌道5加速向
前；
第五步滑車3接近航母1艦艏後，將沿著平滑翹起段7的軌道
5繼續向前、向上加速運行；
第六步滑車3運行到接近航母艦艏前緣時，控制系統控制滑車 3內的拖掛機構與艦載機2脫離拖掛，將艦載機2沿上翹弧線的切線 拋射出去，同時控制系統控制滑車3內的發動機4熄火，控制制動裝 置9使滑車3制動，同時設置在航母l艦艏的攔截繩索8將滑車3勾 住；
第七步滑車3停穩後與攔截繩索8脫鉤，控制系統控制滑車3 沿軌道5返回到軌道5的起始端準備下一架次艦載機2的裝載起飛。
該航母艦載機起飛裝置及起飛方法集中了現有艦載機彈射起飛 和滑躍起飛的優點，避免了它們的缺點，其結構簡單，科研建造成本 大大減低，效率提高，能耗明顯減少，操作維護簡便，安全可靠，可 適用於各種類型艦載機的起飛。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領 域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以 做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
1權利要求
1、一種航母艦載機起飛裝置，其特徵在於，該裝置包括承載艦載機的滑車，在所述滑車內裝有至少一臺驅動滑車運行的發動機，所述滑車用於拖載著艦載機在航母甲板的軌道上滑跑，並將艦載機拋射升空；所述艦載機與所述滑車活動連接，所述滑車下的車輪與設置在航母甲板上的軌道相配合，所述軌道在位於航母艦艏設有向上平滑翹起段，所述軌道在艦艏附近還設有攔截繩索或滑車制動裝置，所述攔截繩索或滑車制動裝置用於攔截與艦載機脫離後的滑車。
2、 如權利要求1所述的航母艦載機起飛裝置，其特徵在於，所 述滑車縱向剖面的形狀為流線型，所述滑車橫向剖面的形狀為翼剖面。
3、 如權利要求2所述的航母艦載機起飛裝置，其特徵在於，所 述艦載機的前輪部位與所述滑車卡扣連接，或所述艦載機俯臥連接在 所述滑車上，所述連接均為活動式連接。
4、 如權利要求3所述的航母艦載機起飛裝置，其特徵在於，所 述卡扣或俯臥連接是在所述滑車上設有拖掛和脫離拖掛艦載機的機 構，在所述滑車或控制系統中還設有控制滑車拖掛或脫離拖掛艦載機 的控制機構。
5、 如權利要求4所述的航母艦載機起飛裝置，其特徵在於，在 所述滑車的後端準備起飛位置的軌道上設有壁板，所述壁板用於屏蔽 艦載機和滑車內發動機的噴氣流。
6、 如權利要求1所述的航母艦載機起飛裝置，其特徵在於，所 述軌道有若干條，所述軌道間的距離大於所述滑車的寬度。
7、 如權利要求6所述的航母艦載機起飛裝置，其特徵在於，在 所述軌道的起始端設有用於所述滑車穿梭、變軌的道岔和/或交叉軌 道。
8、 一種航母艦載機起飛方法，其特徵在於，包括如下起飛步驟Sl:將停泊在航母甲板上的艦載機移送至滑車上，將艦載機與滑車上的拖掛機構連接；S2:艦載機接到起飛預備指令後，艦載機上與滑車內的發動機點 火啟動，此時控制系統控制滑車的制動裝置與拖掛機構正常工作，防 止滑車和艦載機的運動；S3:艦載機接到起飛指令後，控制系統控制滑車的制動裝置打開，同時控制系統控制滑車與艦載機的發動機輸出最大功率； S4:滑車拖馳艦載機沿著航母甲板上的軌道加速向前； S5:滑車接近航母艦艏後，將沿著平滑翹起段的軌道繼續向前、向上加速運行；S6:滑車運行到接近航母艦艏前緣時，控制系統控制滑車內的拖 掛機構與艦載機脫離拖掛，將艦載機沿上翹弧線的切線拋射出去，同 時控制系統控制滑車內的發動機熄火，控制制動裝置使滑車制動，同 時設置在航母艦艏的攔截繩索將滑車勾住；S7:滑車停穩後與攔截繩索脫鉤，控制系統控制滑車沿軌道返回 到軌道的起始端準備下一架次艦載機的裝載。
全文摘要
本發明是航母艦載機起飛裝置及起飛方法，涉及航空母艦，該裝置包括承載艦載機的滑車，在滑車內至少裝有一臺驅動滑車運行的發動機，滑車用於拖載著艦載機在航母甲板的軌道上滑跑，並將艦載機拋射升空；艦載機與滑車之間活動連接，滑車下的車輪與設置在航母甲板上的軌道相配合，軌道在位於航母艦艏設有向上平滑翹起段，軌道在艦艏附近還設有攔截繩索或滑車制動裝置，攔截繩索或滑車制動裝置用於攔截與艦載機脫離後的滑車；承載著艦載機的滑車接到起飛令後，沿航母甲板上的軌道滑跑，並在軌道的終點將艦載機拋出。該發明集中了現有艦載機彈射起飛和滑躍起飛的優點，避免了它們的缺點，其結構簡單，科研建造成本大大減低，效率提高，能耗明顯減少。
文檔編號B64F1/10GK101513936SQ200910129190
公開日2009年8月26日 申請日期2009年3月31日 優先權日2009年3月31日
發明者王力豐 申請人:王力豐