蒸汽彈射器

彈射器主要有三種：液壓彈射器、蒸汽彈射器和內燃彈射器。世界上最早的彈射器是由美國西奧多·埃利森海軍上尉於1911年研製成功的。這種原始的彈射器由三條繩索和一塊法碼組成，但這種彈射器太原始，幾乎沒起到什麼作用。後來，埃利森又對這種原始的彈射器進行改進，研製成功壓縮空氣式彈射器，於1912年11月12日進行了人類史上第一次彈射起飛。

不過，埃利森的發明並沒有引起人們的注意。因為當時的艦載飛機重量輕、速度低，不需要彈射也可從航空母艦的飛行甲板上起飛。直至噴氣式飛機誕生後，彈射器才變得日漸重要起來。而第二次世界大戰結束時，航空母艦上所裝備的彈射器都是液壓的，彈射能量極小，根本無法滿足噴氣式飛機的需要。1951年，英國海軍航空兵後備隊司令米切爾率先提出研製蒸汽彈射器的設想。他當年就將其研製成功，並裝備在海軍“莫仙座”號航空母艦上。後來，美國人又於1960年研製成功了內燃彈射器，並將這種彈射器安裝在“企業”號核動力航空母艦上。不過，這種內燃式彈射器至今仍不能令人滿意，所以“企業”號上除了裝備內燃彈射器之外，還裝備有蒸汽彈射器。

重型飛機要想從航空母艦上起飛，必須有蒸汽彈射器。在飛機起飛前，由位持器鋼圈把尾部扣在一個堅固點上，飛機前輪附近的牽引杆垂落到一個“滑梭”內，滑梭以掛鈎鈎住飛機。滑梭是蒸汽彈射器唯一露在飛行甲板上的零件。飛機前面的甲板下，有兩個平行圓筒，每個至少長45米，筒中的活塞與所有滑梭相連。蒸汽由母艦上的鍋爐輸出，增壓後輸入滑梭。

飛機起飛時開足馬力，但被位持器扣住。蒸汽彈射器一啓動，飛機引擎的動力加上蒸汽壓力，使鋼圈斷開，飛機前衝，在45米距離內達到時速250公里/小時。飛機彈射起飛脱離滑梭後，活塞前端的注管就落入水池，在幾米的距離內停頓，滑梭移回原位，推動另一架飛機起飛。母艦上每個蒸汽彈射器每分鐘可推動兩架飛機起飛。

通常航空母艦最多裝設4個蒸汽彈射器。據已公開資料顯示，在役蒸汽彈射器總重量接近500噸，每次彈射最大輸出能量可達到95兆焦耳，最短工作週期為45秒，平均每次耗用近700公斤蒸汽。

蒸汽彈射器是一項複雜的系統工程，除了彈射器本身的設備，還有海水淡化設備、貯水池、高壓水泵、鍋爐、加熱裝置等諸多附屬設施。

蒸汽彈射有兩種彈射方式，一種是前輪彈射，由美國海軍於1964年試驗成功，彈射時由滑塊直接拉着飛機前輪起飛。這樣不用8~10人來為飛機掛拖索和減拖索了，彈射時間減短，飛機安全性好。美國現役航母都採用這種方式。只有美國具備生產這種蒸氣彈射器的成熟技術。

另一種是拖索式彈射，顧名思義，就是用鋼質拖索牽引飛機加速起飛，這種彈射方式比較老，各方面都不如前者好，只有巴西的“聖保羅”號航空母艦（原法國“福煦”號航母）使用。

概念上蒸汽彈射器只是一個大型蒸汽汽缸和一個蒸汽控制系統。將高壓蒸汽能量轉化為動能進行彈射。然而由於飛機結構強度上的限制，彈射器不但要有足夠的輸出功率，而且要把輸出功率準確控制在飛機可以接受的程度以內。

彈射的時候，蓄壓罐內的蒸汽由彈射閥門釋放到彈射汽缸內，缸內壓力上升推動活塞前進。彈射閥門的另外一個更重要的作用是精確控制蒸汽進入彈射汽缸的流量變化，以此控制推力和彈射的加速度，以保證飛機結構不會超負荷。飛機升空後，蒸汽排放閥打開，讓汽缸內蒸汽排出。同時，活塞和飛機牽引器被水剎器減速後停下，然後由歸位系統拉回起跑點

從內部結構上看，一台蒸汽動力彈射器按功能可以分成7個主要系統。

1、起飛系統

2、蒸汽系統

3、歸位系統

4、液壓系統

5、預力系統

6、潤滑系統

7、控制系統

（注：蒸汽鍋爐和回收蒸汽裝置在結構上屬於船的動力系統，不屬於彈射器的內部結構。）

起飛系統的功能是產生動力和驅動飛機，這個系統由7個部分組成。

·彈射槽蓋/甲板軌道·動力彈射汽缸·汽缸縫蓋和密封條·飛機牽引器·推進活塞·速度感應器·水剎器

蒸汽系統的功能是儲存蒸汽，而且控制蒸汽在各管道和汽缸內的排入，流動和排放。這個系統主要有6個部分組成

·蒸汽蓄壓器/儲氣罐·蒸汽注入閥門·彈射閥門·排放閥門·減壓曲管·蒸汽管道

歸位系統的作用，是為彈射活塞和牽引器歸位提供動力和驅動。主要的部分有

·液壓發動機·滑輪鋼纜系統·歸位牽引器

蒸汽彈射器的液壓系統的功能主要是提供控制動力。主要的部件有

·液壓泵 ·排放泵 ·液壓泵·液壓管道和閥門 ·蓄壓器

蒸汽彈射器(5張)

預力系留系統位於飛行甲板的起跑點。進行起跑之前，將飛機固定在彈射滑動器上，並且對施加預應力，以避免突然加速受力造成結構過載。這個系統的主要部件有

·張力瓶和活塞 ·電控氣壓閥

潤滑系統分佈在整個彈射器結構上，主要部分有

·潤滑油缸 ·潤滑油泵 ·電控油閥·流量感應器 ·潤滑器

控制系統是包括所有控制彈射器的運行的部件。主要組成部分為：

·主控制枱·甲板控制枱·飛行控制板·鍋爐狀態顯示板

開縫汽缸和活塞直接驅動裝置是米切爾式蒸汽彈射器的一個比較獨特的結構。通過一些公開的圖片，我們可以看到它們的基本結構

彈射氣缸是彈射器最大的一個部件，整個氣缸是分段製造，最後連接而成的。每段氣缸長約4米，接口處有密封槽，整個汽缸是通過底座固定在彈射器槽的氣缸軌上而連成一體。這種多截連接氣缸結構有利於降低生產，運輸和維修的成本，而且可以更靈活地應付整體上的熱變形。

汽缸縫蓋和密封條的最重要作用是在氣缸縫外形成密封，另外，密封條和汽缸縫蓋在氣缸縫的外部形成一個完整的鈎型結構，可以夾住汽缸縫以防氣缸內部壓力增大的時汽缸縫擴大。

彈射活塞整體上可以分成3部分，第一部分是氣密活塞和活塞環，第二部分是密封條開閉裝置，第三部分是水剎錐。在活塞前進的時候，活塞同時將密封條推入汽缸蓋和氣缸縫的縫隙中完成密封。當活塞到達氣缸末端的時候，水剎錐撞入水剎器後開始減速，最後令活塞停下。

飛機彈射時加速度要控制在可承受的負荷範圍內，這是通過控制蒸汽注入彈射氣缸的流量和流量的變化來實現的。彈射控制閥在這裏起到最關鍵的作用。這個閥門的開關速度和幅度的精確度會直接影響到彈射加速度的可控性。整個彈射過程對加速度的控制，最後是通過改變閥門的開關時間和幅度還完成的。在操作上，彈射閥門的控制需要通過一條既定的閥門調節曲線來進行

不同飛機和不同裝備的配搭，都會有不同的彈射重量。要保證足夠的彈射速度和正確的加速度，彈射的時候要根據不同的重量制定相應的閥門調節曲線。測定這些曲線的方法，是用一種被稱為空負荷（Deadload）的滑車模仿飛機的起飛重量，在彈射器上反覆彈射測定加速度而獲得彈射閥門的控制數據。

隨着飛機的裝備多樣化，飛機和不同裝備的總重量出現更多差異，這就需要進行更多的彈射試驗。可是，如果在航母上進行試驗，滑車落水後要花不少人力進行回收，所以這項試驗大部分都在裝配了彈射器的機場上進行。法國戴高樂航母裝備的是美國C-13彈射器，法國要將飛機送到美國的海軍測試基地進行試驗才最後獲得了這些控制數據。 ^[1] 

蒸汽彈射器這種技術已經在航母上使用了50年，也是唯一經過實戰證明的技術。然而，美海軍在艦艇設備全面電氣化的大趨勢下，航母將採用電作為推進的主動力。所有動力設備也將電氣化。所以在80年代末，就開始了對電磁彈射器技術的開發，並在費城東部的試驗基地裝備了電磁彈射器進行試驗。在2003年向國會提交的報告中説到，電磁彈射器(EMAL)證實有以下的優點：

1、電氣結構，技術上容易與其他甲板上作戰系統兼容

2、操作和維修人員編制簡化，而且與其它作戰系統人員兼容

3、彈射功率提高，有利於裝備大型作戰飛機

4。可控性和可靠性高，簡化測試

5、結構簡化，操作複雜度減低

此外，降落攔截索系統同樣也將電氣化。這個項目由通用原子公司(GeneralAtomic)承包。

不過，蒸汽彈射器在功能上還是能滿足作戰的需要，而且在運作技術上相當成熟。2003年美海軍在公開的財政預算書裏還提到了一項改良蒸汽彈射器設施的項目，報告裏向國會提出要求撥款提升蒸汽彈射器的試驗設施的方案，並且提到提升設備的目的以應付蒸汽彈射器服役到2050年的需要。 ^[2]