[原创]读江雨《中国电磁弹射器发展探析》之所做的批注

读江雨:《中国电磁弹射器发展探析》之所作批注

江雨文章:《中国电磁弹射器发展探析》在《舰船武器》杂志2014年第二期上刊载。这篇文章写的非常好,好就好在文章展示了蒸汽、电磁弹射器在中国发展的实际情况以及中国的专家们在这个问题上的冷静的思考;文章好就好在指出了电磁弹射理论上的优越性和目前的几大“瓶颈”;文章好就好在文章的最终结论:“电磁弹射器现在相比蒸汽弹射器的综合优势还不明显”。文章有分析、有深度,实在是难得一见的好文章。

本人以为文章中的个别之处尚有误、还有几处写的非常保守,现提出来仅供参考,也可以争论。

[001]自然段:“现在只有美国具备设计、制造蒸汽弹射器的能力,英国已经失去制造弹射器的技术条件,苏联在冷战末期曾经进行过试验性开发,但在技术方面最终没有达到可使用标准”。

上述所说不能说错!只能是说对于以前来说是正确的,从现在起就应该是这样说:“现在只有中国和美国具备设计、制造蒸汽弹射器的能力”。本人可以负责任地告诉江雨:我们中国已经具备了自己独自设计、研发新型蒸汽弹射器的能力,如果把美国航母上现役的蒸汽弹射器比作“第一代蒸汽弹射器”的话,我们国家已经拥有了具有自己独具知识产权的“第二代蒸汽弹射器”技术。而第二代蒸汽弹射器的名称是:《旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器》和《滑跃式弹射升空蒸汽弹射器》两种蒸汽弹射器。在这个问题上美国人已经是望其项背啦!在蒸汽弹射器领域美国人将很快的就只有羡慕中国人的份啦!

[015]自然段:“但是,经过几十年的发展完善,弹射器的技术更成熟可靠性和稳定性都已经达到了很高的标准,现在应用技术的发展也已经接近极限。”

对于美国人的现役航母蒸汽弹射器来说的确是如此,他们的蒸汽弹射器技术确实是发展到了极限!再想提高改进已经是难上加难想都别想了。但是对于中国来说就远远不是这回事情,我们的新型第二代蒸汽弹射器方兴未艾,必将开拓出一片崭新的天地。新型弹射器与美国的弹射器有着“天壤之别”,在实用性、可靠性、安全性、密封性能等方面有着极大的提高。打个比方说:如果把美国的蒸汽弹射器比作黑白电视机那我们的蒸汽弹射器就是彩色电视机;如果把美国的蒸汽弹射器比作彩色电视机那我们的蒸汽弹射器就是数字、高清、智能彩色电视机;如果把美国航母的蒸汽弹射器比作夏利、捷达汽车那我们的弹射器就是宝马X5、奔驰S600汽车。

[016]自然段:“提供弹射器的蒸汽能量在现有技术条件下的利用率只能达到6%,电磁弹射器的能量利用比例可以达到60%,超过蒸汽的10倍”。

在计算能量的利用率的时候不应该把蒸汽的能量与电能量放在一起去比较。这里边还差一次由蒸汽能量转化为电能量的转化过程,即:普通燃煤汽轮机机组的热效率只有33.5%,超临界机组的热效率可达42%,超超临界机组的热效率更高些也只有45%。考虑这个转化效率在进去,电能最高也才只有45%×60%=27%,所以,电磁弹射器的能量利用率只是27%÷6%=4.5,超过蒸汽的4.5倍。若航母上的汽轮机不是超超临界机组的话,这个倍数还要低一些,只有4倍左右。从这点看电磁弹射器的能量利用率也不算高啊!没什么大优势。

[017]自然段:“蒸汽弹射器必须随时保持系统的热状态,才能用尽可能短的时间保证飞机的弹射,而保持热状态随时都在消耗动力系统的蒸汽,这种消耗对核动力航母来说尚可接受,但对常规蒸汽动力航母的影响就很大”。

航空母舰在没有战事或者是没有起降舰载机训练的时候,舰上的蒸汽弹射器是完全可以处于“冷缸”的状态的。如果若是想进入战时或者是舰载机起降训练的时候,只需提前一个小时的时间对蒸汽弹射器的汽缸进行预热即可。在正常的情况下有几次的空载弹射(预热)就可使弹射器进入热状态。在蒸汽弹射器处于弹射舰载机模式的情况下,汽缸体每隔一段距离都在缸体上设有在线温度监测点,所有监测点显示的一系列温度数据就可以显示弹射汽缸体是处于“热状态或者是冷状态”状况。汽缸体温度低于60C0可视为冷状态,汽缸体高于120C0可视为热状态。在汽缸体处于热状态的情况下,蒸汽弹射器可以连续不断地弹射舰载机都不会出现弹射飞机动力不足的情况。

[023]自然段:“蒸汽弹射器由动力系统的蒸汽提供驱动滑块的动力,但用机械方式控制蒸汽的压力精度存在限制,输入蒸汽压力波动使弹射功率变动较明显。”

在火力发电厂的发电生产过程中,汽轮机的输出功率与主调速汽门的阀门开度是精确匹配的,由汽轮机的调速系统精确的控制着的,也就是说:在高压蒸汽管道提供的高压蒸汽参数不变的条件下,主调速汽门的开度与汽轮机的输出功率是一一对应的。对于蒸汽弹射器来说理论上也应该是一样,弹射器主汽门的开度与弹射器的输出功率也应该是一一对应的。也就是说阀门的开度是可以精确控制弹射器的输出功率的。

那么问题到底是出在了哪儿呢?为什么美国航母上的蒸汽弹射器“用机械方式控制蒸汽的压力精度存在限制,输入蒸汽压力波动使弹射功率变动较明显”呢?

原来呀对于美国的航母蒸汽弹射器来说,由高压蒸汽储罐、管道及阀门冲入弹射器汽缸的高压蒸汽进入汽缸以后就会分成两股,其一股高压蒸汽(输入蒸汽的绝大部分)去推动活塞前进用以弹射飞机,其另外一股蒸汽将从汽缸纵向开口外侧壁与密封钢带之间的间隙中泄露出去。这部分蒸汽的泄露量的大小与以下三个因素有关:

①、输入蒸汽压力越大,泄露部分蒸汽压力分量也就越大,泄露量就大;

②、纵向开口外侧壁与密封钢带之间的间隙值越大,高压蒸汽的泄露量也就越大。

③、而这个间隙值的大小又与汽缸上盖压力的大小、密封钢带的“疲劳、老化”程度有关,而“疲劳、老化的程度”又与弹射次数的增多有着必然和直接的联系,这个间隙值是弹射器弹射次数的函数。

综上:美国航母蒸汽弹射器的泄露量的大小是一个与很多因素有关的多元函数关系式,是一个不确定的量很难把握,连美国人自己都头疼,没有规律可循。既然是泄露量无规律可循,那么用来推动活塞前进弹射飞机的蒸汽量也就是没有规律可循的变量,是一个多元函数关系式的变化量。这就是“输入蒸汽压力波动使弹射功率变动较明显”的直接原因。正确的说应当是这样来描述:“美国的蒸汽弹射器由动力系统的蒸汽提供驱动滑块的动力,但由于高压蒸汽的泄露分量是一个不确定的量,所以直接导致推动活塞前进的蒸汽压力出现波动致使弹射功率变动较明显”。

[024]自然段:“蒸汽弹射器的滑块结构相当复杂,重量很大。除了滑块主体制造成封闭压力的活塞外,牵引飞机的上部牵引滑块还需要设置滚轮机构,通过多滚轮机构驱动密封带封闭开缝”。

读江雨《中国电磁弹射器发展探析》之所做的批注

读江雨《中国电磁弹射器发展探析》之所做的批注

上图可以看出,弹射器的构造主要是由四个部分组成:①、与汽缸内圆柱面配合的前、后两个活塞圆柱面,后圆柱面上安装有三道密封环,前圆柱面上没有密封环。②、连接前后两个圆柱面的中间连接体。③、连接体上部就是“倒扣着的∩型滑块密封滑板。”④、前圆柱体水刹减速器。美国的蒸汽弹射器活塞滑块结构只是有一搬程度的复杂,并不是什么“相当复杂”。

牵引飞机的上部牵引滑块还要设置滚轮机构,滑块与滚轮机构组成弹射滑块小车,这个滚轮机构在左右对称的上支护盖板的“[]”型滚道中滚动,“[]”型滚道对前后滚轮提供一个反力矩与牵引滑块弹射飞机的力矩抵消。滚轮机构不参与‘驱动密封带封闭开缝’。

下图表示的是美国航母甲板上面刚刚开始检修蒸汽弹射器的情景:图片中恰好暴露出弹射汽缸外侧壁纵向开口与密封钢带的装配关系(红色圈处)

读江雨《中国电磁弹射器发展探析》之所做的批注

活塞图片中的“倒∩型活塞滑板从汽缸的纵向开口与密封钢带之间的间隙中挤过去,”活塞没有到达的地方由钢带紧紧压在外侧壁上来密封,活塞挤过的地方密封钢带暂时脱离密封,活塞经过以后密封钢带立即被压回原位密封开口。汽缸开口的密封是由密封钢带自己完成的,由于它被反复压缩、放开,又在高温高压蒸汽的烘烤下,密封钢带的性能容易疲劳老化,这就是美国航母上特有的舰上维修期、返港维修期和返厂维修期的根本原因。

[026]自然段:“蒸汽弹射器的原理虽然并不复杂,但系统中最关键,难度最大、成本最高的开缝汽缸和滑块密封系统在民用市场上却基本上没有借鉴应用的条件,投资附带的经济和技术效益很低,甚至可以说完全不具备带动其他产业发展的能力。”

对于美国的航母蒸汽弹射器来说的的确确是这样的。它的滑块密封系统、密封钢带在民用市场当中基本上就民用借鉴应用的条件。但是对于中国的航母新型的第二代蒸汽弹射器来说,情况就完全不是这个样子。新型的蒸汽弹射器它的密封技术就是基于民用的汽轮机密封技术,其价格非常地便宜,应用非常地广泛普遍,取之于民用之于兵。

[041]自然段:“如果要在航母上采用弹射器为主起飞方式,以现有技术条件看,多组弹射器的应用必须依靠平甲板安装平台。航母采用全弹射起飞需要采用全平甲板,歼-15现在的起飞条件将无法在新舰上实现,如果弹射器在实际使用中出现问题,那么航母在此阶段将失去舰载机正常起飞的能力。”

我们国家的航空母舰在采用了新型第二代蒸汽弹射器以后,舰载机的起飞状况将大大改观,歼-15、类似美国E-2C的空中预警机都可以在航母甲板上弹射起飞。而且蒸汽弹射器绝对不会出现问题。

[042]自然段:“中国海军完全可以通过蒸汽/电磁弹射系统的研制,在‘辽宁号’改装或补充制造阶段应用蒸汽弹射器,将蒸汽弹射器安装到不影响其他功能的斜角甲板位置。如果系统试验成功,则‘辽宁号’增加了强制起飞设备,如果试验失败或短时间里无法满足使用要求,那么在解决问题和改善系统的同时,仍然可以维持‘辽宁号’的基本做战能力不变。”

上述的构想实实在在是太保守了,就像是小脚女人走路,迈小步又迈不开大步!这不怪作者,因为作者并不了解我们国家的新型第二代蒸汽弹射器。我们国家在发展自己的航空母舰的时候应该走具有自己独自特色的道路。那么什么才是具有自己独自特色的道路?也就是具有自己的独具的知识产权的道路。何为我们的航空母舰的独特特色?也即:1、不同于美国的特色;2、不同于俄罗斯的特色;3、具有中国独特的特色;下面就具体解读一下:

1、不同于美国的特色

所说我们国家的航空母舰不同于美国航母指的是:航母的舰体采用类似于俄罗斯的瓦良格号(即辽宁号)的基本舰型,具有斜甲板和滑跃式起飞的甲板。

2、不同于俄罗斯的特色

所说我们国家的航空母舰不同于俄罗斯航母指的是:滑跃式起飞的甲板的滑跃角度不采用瓦良格号的14度,而为10至12度,最大为12度。其中滑跃部分曲面甲板的长度为20米至24米。曲率半径为:R=114.591米。

航母舰体在恶劣海况下出航的时候会发生纵摇,舰体纵摇的角度大约为正负5度,我们国家航母滑跃甲板滑跃的角度采用10度至12度则大于舰体的纵摇角度,这就可以保证航母舰载机在起飞的时候的安全性,即或是舰体在向下纵摇角度最大的时候也是具有向上的起飞方向。采用10度起飞滑跃角度的时候甲板前端翘起的高度为1.759米,采用12度滑跃起飞角度的时候 甲板翘起的高度为2.541米,(瓦良格号翘起高度约为6.0米。)整个舰艏甲板显得平直,便于在舰艏安排舰载机摆放。可以实现舰艏的一半侧摆放舰载机十余架,而舰艏的另一半侧则用来弹射起飞各种型号的飞机。

3、具有中国独特的特色

我们国家发展自己的航空母舰的最大特点在于要具有自己的特色:我国航空母舰上的舰载机采用水平直线弹射起飞和滑跃式弹射升空的起飞方式。具体说来即是:①、在斜甲板上安装布置两部水平直线蒸汽弹射器,舰载机在斜甲板上可以借助水平直线蒸汽弹射器弹射起飞。②、在滑跃式甲板上安装布置两部滑跃式弹射升空蒸汽弹射器,舰载机在舰艏采用滑跃式弹射升空的起飞方式。滑跃式弹射起飞的方式即是:舰载机在滑跃起飞的同时自始自终都伴随着蒸汽弹射器助推作用的起飞方式,滑跃式弹射升空的起飞方式是当今世界上还不曾有过的独一无二的起飞方式,是最为完美的起飞方式。这种起飞方式具有几个最大的优点:①、可以使歼15舰载机实现加满油挂满弹状态下的弹射起飞,即全载荷状态下弹射起飞。由于有了蒸汽弹射器的强大助推作用,歼15的飞机发动机就用不着开全加力状态,只要满功率状态就可以实现满载荷起飞。增加了飞机发动机的使用寿命。②、可以实现我国的类似于美国的E-2固定翼空中预警机在滑跃式甲板上的起飞。由于有了蒸汽弹射器的强大的助推作用,对于我国固定翼的空中预警机在我国的航母上起飞来说将变得游刃有余,非常方便。③、由于实现了弹射起飞就可以使我国的航空母舰(在现有的条件下,即其他什么条件都不改变的情况下)的战斗力提高至少4至5倍。④、由于使用了具有自己独自知识产权的蒸汽弹射器就相对于美国航母来讲减少蒸汽弹射器的舰上维修人员450人。节省下来的450人的居住(至少是1500立方米)空间可以提高燃油的装载量或者是增加舰载机的数量。

中国特色的航空母舰如何实现?

实现中国航空母舰的独特特色的前提是:要具有自己的独立自主的知识产权的蒸汽弹射器专利技术。

发明专利:《旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器》和发明专利:《滑跃式弹射升空蒸汽弹射器》,就是中国特色航空母舰的蒸汽弹射器的技术基础。

发明专利:《旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器》是一种水平直线蒸汽弹射器。它从全新的角度提出并解决了弹射器汽缸纵向开口的密封难题,采用了机械密封手段彻底地淘汰掉了美国弹射器的密封橡胶条,大大降低了设计、加工与调试的难度。是优于美国蒸汽弹射器密封技术的独一无二的技术方案。发明专利《滑跃式弹射升空蒸汽弹射器》是一种直线弹射汽缸体+曲线弹射汽缸体的蒸汽弹射器,是专门为“辽宁号”航空母舰的改造而量身定做的蒸汽弹射器。实现了本技术方案以后美国的蒸汽弹射器将望其项背,被我国的蒸汽弹射器技术远远地抛在后边。

本专利蒸汽弹射器与美国航空母舰的蒸汽弹射器的相同点是:①、本蒸汽弹射器采用双弹射器开口汽缸结构,每一个汽缸直径:Φ=457.2mm,弹射冲程:S=94至96米。工质亦为高压蒸汽,工质工作压力:P=4PMa(兆帕)左右可调。②、弹射器一个弹射冲程所用的时间大约为:t=2.2∽2.8秒,③、弹射飞机可以产生的加速度约为:a=45米/秒2,④、弹射器活塞返程的时候采用钢丝绳卷筒拉回。⑤、弹射器弹射助推力F=1.2MN(兆牛顿)至1.7MN可调,可以安全有效地把25000kg至35000kg的飞机弹射离舰升空。这几点都是与美国的蒸汽弹射器差不多或是相同。

本专利蒸汽弹射器与美国航空母舰的蒸汽弹射器的不同点是:①、双蒸汽弹射器汽缸结构不同;②、弹射器对于高压蒸汽的密封原理不同;③、弹射器活塞结构不同;④、弹射器活塞及弹射小车的减速原理不同;⑤、弹射器采用的金属材质不同;对于《滑跃式弹射升空蒸汽弹射器》而言还更有独特的特点:⑥、滑跃式蒸汽弹射器活塞的结构在先前弹射器活塞不同于美国的弹射器活塞的基础上又有不同;⑦、滑跃式蒸汽弹射器的活塞完成的每一个弹射冲程的轨迹不同;⑧、滑跃弹射器汽缸的结构在先前弹射器汽缸不同于美国的弹射器汽缸的基础上又有不同。

发明专利《旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器》、《滑跃式弹射升空蒸汽弹射器》是把火力发电厂汽轮机对于高压蒸汽的密封原理创造性地应用于蒸汽弹射器对于蒸汽的密封部分,是另辟蹊径、独出心裁地把汽轮机与弹射器经科学的融合、嫁接而形成的技术方案。将这样的弹射器成功装舰以后世界将为之震惊。

以上是本人在读了《中国电磁弹射器发展探析》之后的感想。提出来与江雨商谈、共享。

说的不一定正确 欢迎指正

西北风 2014年03月16日

本文内容为我个人原创作品,申请原创加分

[ 转自铁血社区 http://bbs.tiexue.net/ ]

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