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大家都见过普通机床的车刀行走装置吧,用手轻轻的转动小小的螺杆转柄,就能让车刀产生很大的前进动力。现在的数控机床,车头行走用的是滚珠丝杠,据称可传动的力量更大,反应更迅速,效率更是高达到99.5%以上。

那么把这根丝杠做大,装在我们的航母上用来弹射飞机,有没有这种可能?答案,是肯定的。

丝杠上的丝套,移动的速度=丝杠的转数*螺距。转数越高,螺距越大,丝套的移动速度越快。可是大家想到没有:用作弹射器的丝杠有几十米长,自身已经软的像面条,怎么能够将上百吨的力量传递给飞机;最关键的是:丝杠怎样才能产生从0~80米/秒的速度变化。所以我设计了一个大丝杠,从现在开始大家叫它:螺纹转桶。

美国蒸汽弹射器,两个并列的汽缸所占用的宽度大约是1.5米。那么我们的转桶直径也就1.5米吧,长度70米,壁厚0.1米,质量大约240吨。表面铣有几十圈螺旋槽,槽宽5厘米,槽深6厘米左右。与普通丝杠不同的是:它的螺距是线性变化的,所谓螺距线性变化就是相邻两条螺纹的螺距差是相同的。眼睛能看到的是:螺纹间的距离越来越大或者越来越小。从转桶的初始端到65米处螺距从0增加到2米,从65米处到转桶末端螺距从2米减小到0。

这个大转桶安装在飞行甲板下面,它太长了,所以中间必须有若干支承单元。它以40转/秒的速度转动,这个大家伙一个作用就是储存能量。要维持着个大家伙匀速转动的功率必须有200千瓦以上,启动和补偿转桶转数时的功率更高。

在转桶上面靠近甲板的位置装有滑道。滑道上面的滑车有一个特殊的装置:滚柱,滚柱直径略小于5厘米,工作的时候,滚柱必须插在转桶螺旋槽里面。不工作的时候要收回。下面就是弹射器的工作过程:

将滑车的滚柱快速准确的插入转动的转桶螺旋槽初始位置,在滑道克服掉它的侧向受力后,滑车开始向前移动。由于转桶螺距变化的特殊性,滑车的速度是匀加速的。在转桶65米处达到最大速度,此时滑车的速度是2*40转/秒=80米/秒。65米处到转桶末端,滑车的速度从80米/秒快速减小到0,最后退出转桶螺旋槽,滑车停止移动。整个过程中滑车的滚柱始终沿转桶螺旋槽沿滚动。

显而易见,这个弹射器的优点很多:结构简单,驱动功率小,传动部件少,效率高,滑车不需要刹车器,滑车的动能回收,而且容易加工。

据测算,这个弹射器弹射一架30吨飞机,转桶的动能大约减少2.3%,在不影响转桶工作强度的前提下,转桶的重量还有进一步瘦身的可能。

网友也有疑问:这个大转桶加工起来难度太大了吧。这个可以分段加工,就像蒸汽弹射器的汽缸一样。它的螺纹方程很容易计算,有兴趣和能力的网友可以自己算一下。我们国家能做出直径十几米,高度近十米,重量近300吨的水轮机,这个难度算什么。

有网友疑惑,滑车的滚柱怎么能快速准确的插入转桶的螺旋槽,转桶的转数可是40转/秒呀,其实这个不难。几十转/秒的工件,数控机床的车头能够快速准确的对一条螺纹进行多次的车削,这个精度有多高。两者相比是小巫见大巫。

还有网友说,滚柱要承受多大力,它还要高速转动。这个才是最关键的,滚柱在滑车加速和减速的时候,承受的力大约都是100多吨,转数是1000多转/秒,对于材料和润滑这确实是一个难题。

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