专利名称：旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器的制作方法
技术领域：
本发明旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器涉及到一种蒸汽弹射器，专 门应用在在航空母舰上对飞机进行弹射起飞的场合。
背景技术：
公知的航空母舰是一种攻击威力非常强大的大型水面战斗舰艇，它的强大的攻击 威力仰仗于自身的舰载战斗机、电子战飞机和空中预警机。这些各型的飞机在航空母舰上 起飞的方式有滑跃起飞和用弹射器弹射起飞两种。其中由于空中预警机本身机体硕大沉 重，发动机又是比较省油的涡轮螺旋桨发动机而不能采用滑跃起飞而只能采取弹射起飞的 方式。目前，世界各国能制造并且在航空母舰上采用弹射器弹射起飞飞机的国家只有美国 海军一家。在航空母舰上采用弹射器弹射起飞飞机有很多优越性可以起飞重型飞机，特别 是可以弹射起飞空中预警机，可以增加在甲板停留的舰载机的数量，可以节约舰载机自身 携带的燃油，增加舰载机留空的时间，可以在甲板横风和零风速的情况下起飞战斗机等等。 美国海军的航空母舰在几十万次的弹射起飞的实践中已经证明用蒸汽弹射器弹射飞机的 起飞方式是非常可靠的。但是，美国航空母舰上所采用的蒸汽弹射器却有三点很大的不 足首先、美国在本国航空母舰上的蒸汽弹射器所采用的密封蒸汽的方式是用倒扣着 的“ η ”型橡胶密封胶条对汽缸纵向开口的本身进行密封，“ η ”型密封橡胶条的一部分塞入 汽缸的纵向开口中，由于弹射器活塞的往复运动，弹射器活塞的滑板就周而复始的对塞入 汽缸纵向开口内部的密封橡胶条进行刮划、压缩、再放开的作用，使得这部分密封胶条不断 地受到周期性的交变的应力作用，再加上高压蒸汽对于这部分密封胶条的加热烘烤作用， 使得密封胶条非常容易疲劳、老化，而经过一定数量次数的弹射之后就不得不进行更换。蒸 汽弹射器更换密封胶条的工作量是很大的，这既浪费了大量的密封件材料，又占用了大量 的维护工作量，降低了航母的战斗值勤率。第二、美国航母上的开口汽缸的缸体本身的刚度较差在飞机弹射过程中高压的 蒸汽进入汽缸，在高压蒸汽压力的作用下以及在弹射过程中弹射活塞对汽缸的动反力的双 重作用下，在经过一定次数的起飞弹射后，开口汽缸的开口开度就会逐渐变大，汽缸开口的 开度变大以后就会使得汽缸漏气增大。维修人员在对汽缸进行维修的时候，首先要将汽缸 的每一节拆卸下来，再对每一节汽缸的开口开度、汽缸的直径进行仔细的测量，最后再把开 口开度超差的那些部分用压力加工的方法消除掉。上述的这些个工作都是精密、精细的工 作，维修量也是很大的。第三、美国航母上的弹射器的活塞减速器采用的是双水刹锥插入水刹器的减速机 构，这种减速机构虽然避免了活塞和缸体外壳之间的刚性碰撞，但是活塞和水之间的“水冲 击”却不可避免。它对活塞的减速作用不是很“柔和”。
发明内容
针对并要克服美国航母的蒸汽弹射器的上述三点不足，本发明旁路汽缸汽动闭合 拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器所采用的技术方案是旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器采用双弹射汽缸结构，在纵向方向 上左、右对称，坐落在同一个底座基础之上，弹射汽缸在其长度方向上可以自由伸缩以抵消 热膨胀带来的温度应力，在横截面方向上具有足够的刚度以保证在弹射飞机的时候弹射器 本体不发生变形。将开口汽缸置于开口汽缸套内并且开口对齐，开口的宽度、长度相等，将多个开 口汽缸套用螺栓连接的方式连接起来形成一个具有足够长度行程的弹射汽缸，将弹射活塞 置于开口汽缸内，在弹射活塞连接滑板梭处安装尾板，把尾板的横截面制成“计”的形 状，在尾板的上部和两边的侧部安装蜂窝式汽封，尾板具有足够的长度以及尾板的横截面 要制作成迷宫式的结构，弹射活塞带动滑板梭的尾板能随同弹射活塞在汽缸套的迷宫式的 通道结构中自如滑动，弹射活塞的前端装有永磁体减速锥体，在汽缸体的末端安装用以使 永磁体减速锥体减速的可以闭合也可以不闭合的线圈。在纵向方向互相对称的汽缸以及和汽缸紧密配合的汽缸套的内侧上开一系列的 等距离的小孔，小孔的数量与拉链块的数量相同。孔与孔之间的距离等于拉链滑块的长度， 用旁路管道将这些在汽缸套的侧面的开孔与旁路汽缸相连接。在汽缸套拉链块导槽内安装一套旁路汽缸汽动闭合拉链，每一个拉链滑块都和旁 路汽缸的小活塞顶杆相连接，当弹射活塞在高压蒸汽的推动下弹射飞机的时候，高压蒸汽 也同时通过旁路管道进入旁路汽缸，推动旁路汽缸里面的小活塞，小活塞推动拉链块，汽动 闭合拉链块就随着弹射活塞滑板梭在汽缸套开口中的向前滑动而逐一跟进闭合，这条同步 跟进的、略微滞后的汽动闭合拉链就将弹射汽缸内从汽缸开口处喷出的高压蒸汽的绝大部 分封闭，从而在弹射汽缸开口的外部平行于汽缸的开口的上方建立了一条有效的封闭地 带，这条封闭地带就将从弹射汽缸纵向开口泄漏出来的蒸汽的绝大部分封闭。而不是对汽 缸开口的本身进行直接的封闭。这条旁路汽缸汽动闭合拉链的闭合跟进速度略微滞后并同步于弹射活塞滑板梭 的滑动速度，从而在汽动闭合拉链和滑板梭之间留下部分间隙，这个间隙值将会随着弹射 活塞弹射速度的增大而增大，就会有极少部分汽体从这个间隙中泄漏出去。为了把从这个 间隙中泄露出去的蒸汽最大限度地封闭，就要在弹射活塞尾板梭“伞”结构和汽缸套之 间、在弹射活塞尾板梭的上部和汽动闭合拉链的底部之间安装迷宫式的蜂窝式汽封，当汽 缸内的汽体从尾板梭、汽缸套开口、汽动闭合拉链底部之间的间隙流过的时候，高压的蒸汽 汽体在蜂窝式汽封中旋转、膨胀、降压、消耗内能，这样，迷宫式的蜂窝式汽封就产生了一种 综合作用的阻尼复壁效应把这部分在尾板梭、汽缸套开口、汽动闭合拉链底部之间流通过 的汽体就被蜂窝式汽封所封闭。这就是蜂窝式汽封在运动状态下对蒸汽的封闭作用，简称 “蜂窝动密封”。在汽动闭合拉链密封和蜂窝动密封的双重密封作用下，从汽缸内排出的绝大部分 蒸汽都将被封闭，只有极少量的蒸汽泄漏出去，而绝大部分蒸汽都用来推动弹射活塞去弹 射飞机升空。当弹射活塞弹射一架飞机的过程行将结束，弹射活塞也将要运动到达弹射汽缸的末端，当弹射活塞运动到弹射汽缸的末端的时候，在弹射活塞前部安装的永磁减速锥体就 要进入弹射汽缸的减速密封段。当弹射活塞前端装有的永磁体减速锥体插入减速密封段的 闭合线圈的时候，闭合线圈就要产生一种阻碍弹射活塞继续前进的阻力使弹射活塞的运动 减速，弹射活塞本身所具有的动能将在电磁减速器中被吸收直至活塞运动停止。在弹射活塞在复位牵引机拉动下开始返程归位的时候，将汽缸内部余下的蒸汽排 入凝汽器冷却成凝结水。汽动闭合拉链的所有拉链块在复位弹簧的拉动下复位，这时把电 磁减速器的闭合线圈断开变为开路，弹射活塞前端的永磁体将不再受到来自闭合线圈对永 磁体返程时的拉力，再用牵引机牵引弹射活塞复位到起始位置准备下一次飞机的弹射。本技术方案的要点是本旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器采用双弹射汽缸结构。将开口 弹射汽缸体压入开口的汽缸套中，多节的汽缸套通过螺栓连接的方式连接成为具有足够行 程长度的弹射器。左右两排汽缸纵向对称。汽缸套的足够的刚度可以保证开口汽缸的纵向 开口的开度永远不会发生变化。本技术方案不是对蒸汽弹射器汽缸纵向开口的本身进行密封，而是采用旁路汽缸 汽动闭合拉链静密封技术和蜂窝式汽封的动密封技术复合的双重密封作用原理在平行于 开口汽缸的纵向开口的外部建立一道封闭地带，这样就可以淘汰掉并省略不用美国现役航 空母舰上蒸汽弹射器所采用的密封胶条。在本蒸汽弹射器的弹射活塞前面安装一个永磁减速锥体，在永磁减速锥体上安装 布置足够数量的永磁体，在永磁减速锥体插入一个闭合的线圈的过程中，根据楞次定律当 外来磁场接近并引起穿过一个闭合线圈内的横截面的磁通量增加的时候，在这个闭合的线 圈内部就要产生感生电流，这种感生电流的磁场就要反抗外来磁场引起的磁通量的增加。 当外来磁场离开并引起穿过一个闭合线圈的横截面的磁通量减少的时候，在这个闭合的线 圈内部就要产生感生电流，这种感生电流的磁场就要反抗并弥补外来磁场引起的磁通量的 减少。这样，闭合的线圈所产生的感生电流的磁场就会阻止永磁锥体和弹射活塞的运动，直 到将活塞阻碍停止。当弹射活塞返程复位的时候将闭合的线圈断开，使之变为不闭合的线 圈，所以在弹射活塞返程时候，由于线圈本身已经不是闭合线圈，也不会产生感生电流，也 就不会有感生电流的磁场。弹射活塞在复位机的牵拉下返程时将不再受到线圈的拉力。我国航空母舰的蒸汽弹射器若是采用本旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽 弹射器的技术方案所能得到的益处是本蒸汽弹射器弹射推力大，并且弹射推力可以在0. 7MN至1. 5MN之间无级调节弹 射推力的大小，以适应正常弹射起飞各种型号的轻型、中型、重型舰载机，特别是可以正常 弹射起飞机体硕大沉重的空中预警机的要求。可以在航母甲板上节省下来很多用于飞机滑跑的跑道面积，以便在航空母舰的甲 板上停留比较多的战斗机和其它作战飞机。可以缩短使飞机升空的时间，节省战斗机在升空过程中多消耗的宝贵的燃料，增 大战斗机作战半径和留空的时间。可以多布置几条不同型号的弹射器，以便在较短的时间里同时弹射比较多的飞机 升空作战。可以在横风、零风速、甚至是在较为恶劣的海况下都照样能弹射飞机升空作战。
本蒸汽弹射器结构简单，易于制造安装，使用寿命长，维护量少，后勤保障方便有 力，战斗值勤率高。本蒸汽弹射器整体刚性好，不易变型，使用安全可靠，特别是弹射汽缸和汽缸套的 纵向开口的开度永远不会发生变化，从而节省了大量的维护工作量。由于本蒸汽弹射器淘汰掉了密封橡胶条，也就节省下了大量的更换维护工作量， 也节省下了大量的密封件，节省了大量密封材料所占有的资金。由于本蒸汽弹射器淘汰掉了密封橡胶条，相对于美国航母的蒸汽弹射器的随舰出 行的维修工人数量来说可以节省近450个维修工人。那也就是节省了 450个工人所居住 的生活空间所占有的舱室，同时也就是节省了为450个舰员提供生活保障所必须的后勤供 应。提高了航空母舰在海上的自持力，减少了航母对于后勤供应的依赖。由于本弹射器采用了汽动闭合拉链静密封技术和蜂窝式汽封动密封技术的双重 复合密封作用使本弹射器的密封更加安全可靠，易损件很少。由于对本蒸汽弹射器的弹射活塞采用了电磁阻尼减速的装置，可以使弹射活塞的 减速过程很“柔和”、很平稳、无冲击。
为了能更加清楚地说明本旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器所采用 的技术方案，下面结合附图做进一步的说明。图1是弹射器整体外形与主要部件结构原理示意图。 图2是弹射活塞结构与主要部件原理示意图。图3是蜂窝式动密封的原理示意图，上面的图为主视图，下面的图为俯视图。 图4是汽动闭合拉链块对于开口汽缸纵向开口密封的原理示意图。 图5是图1在B-B处的剖视图。图中表示压力为Po的高压蒸汽已经通过旁路导管进 入旁路汽缸并推动拉链块将汽缸开口封闭。图6是双弹射汽缸的后部活塞圆柱面把汽缸侧壁的开孔暂时封闭，弹射汽缸内部的 高压蒸汽Po还没有进入旁路管道和旁路汽缸情形示意图。图7是左视图表示汽缸套迷宫式“丰”形状的结构，拉链块导槽结构示意图和弹射活 塞尾板在迷宫式结构中封闭蒸汽的原理汽示意图。图8是弹射活塞受到原动蒸汽压力为Po的高压蒸汽的推动准备向前运动还没有开始 运动的那个时刻，即弹射活塞初始状态示意图。图9是当双弹射活塞以不断增加的速度V向前滑动的时候，弹射活塞的后圆柱面将逐 一扫过汽缸壁上的旁路汽缸开孔示意图。图10是表示蜂窝动密封的原理示意图。图中表示弹射活塞以不断增加的速度V向前 滑动的时候，弹射活塞的尾板将拉链块与滑板梭之间的间隙封闭原理。图11是表示旁路汽缸、活塞、活塞顶杆、拉链块、复位弹簧之间安装关系原理示意图。 图12是高压蒸汽还没有进入旁路汽缸，拉链块还没有将汽缸开口封闭时拉链块再导 槽中的位置以及缓冲橡胶垫的安装的原理示意图。图13是压力为Po的高压蒸汽进入旁路汽缸并推动拉链块已经将从汽缸开口喷出的高 压蒸汽封闭的原理示意图。图14是蜂窝式汽封密封蒸汽时蒸汽在汽封中旋转膨胀降压原理示意图。 图15是电磁阻尼减速器使弹射活塞减速原理示意图。 图16是弹射器活塞返程复位示意图。图1是弹射器整体外形原理示意图。图中的各部分数字表示弹射器汽缸体1 ；弹 射器滑板梭2 ；弹射器汽缸套连接法兰3 ；弹射器初始密封段4 ；弹射活塞复位牵引孔5 ；外 缸体固定支座6 ；外缸体滑动支座7 ；弹射器排汽孔8 ；弹射器电磁减速密封段9 ；弹射活塞 滑板梭弯板10 ；连接板11 ；旁路汽缸12 ；旁路汽缸接管口 13 ；弹射器纵向开口 14 ；在图1中可以看出本旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器采用双弹射 汽缸结构，两个汽缸通过外缸体固定支座6、数量很多的外缸体滑动支座7共同坐落同一个 基础上。由于弹射汽缸工作时蒸汽的加热作用，弹射汽缸体沿轴向要发生热膨胀而伸长。支 座基础既要保证弹射汽缸的整体刚度又要保证弹射汽缸体沿轴向自由的伸缩。两个汽缸通 过外缸体固定支座6 —端固定，数量很多的外缸体滑动支座7支持弹射汽缸沿轴向自由伸 缩。把很多节的弹射汽缸通过用连接法兰3，再用螺栓连接的方式连接成为具有足够 弹射行程的蒸汽弹射器。每相邻的两节弹射汽缸体其轴线要理论上要求重合，每两节弹射 器缸体的轴线重合度的公差不得大于士0. 02mm。双弹射汽缸体的两根轴线在理论上要求在 空间平行，其平行度公差不得大于士0.02mm。这样才能保证弹射活塞在整个弹射飞机的过 程中顺利向前滑行而不发生卡涩的现象。在弹射器的初始密封段4的内部要布置安装弹射汽缸与外部蒸汽系统的管道接 口，还要布置安装弹射活塞在复位返程的时候排出蒸汽的排汽管道接口。在弹射活塞在高压蒸汽的推动下向前弹射的时候，双弹射活塞在双弹射汽缸内向 前滑动，弹射活塞滑板梭弯板10带动连接板11、弹射器滑板梭2向前滑动，弹射活塞就推动 前部的空气从排气孔8和弹射活塞前部的纵向开口处14排出以减少弹射活塞的阻力。在弹射器电磁减速密封段9的内部布置安装电磁阻尼减速线圈，这个电磁阻尼减 速线圈可以闭合也可以不闭合，线圈的闭合或是不闭合通过一个开关K的闭合或断开来实 现。在双弹射汽缸相对应的内侧的弹射汽缸壁上安装两排，每排安装若干个旁路汽缸 12，每一个旁路汽缸12都有一个旁路汽缸接管口 13。如果弹射器的弹射行程为95. 5米，若 是在每一米长度的弹射汽缸上安装布置8个旁路汽缸的话，那么双弹射汽缸将要总共安装 布置2X764 = 1528个旁路汽缸和旁路汽缸接管口。当弹射汽缸内的高压蒸汽对弹射活塞完成了一次弹射做功以后，复位牵引机的牵 引钢丝绳就牵引弹射活塞复位牵引孔5和弹射活塞回到初始弹射位置，准备下一次弹射。 在复位牵引机牵引弹射活塞复位的过程中，弹射活塞就在复位牵引机的拉动下将弹射活塞 后面的蒸汽将排出到凝汽器中变为凝结水。图2是弹射活塞结构原理示意图。图中各部分的数字表示弹射器活塞1 ；弹射活 塞尾板2 ；活塞密封环3 ；永磁体4 ；弹射活塞滑板梭弯板5 ；弹射活塞滑板梭6 ；蜂窝式汽封 7 ；弹射活塞尾板顶部蜂窝式汽封8 ；永磁减速锥体9。图中弹射活塞1是前后两个等直径的圆柱面，其圆柱公称直径和弹射汽缸的内径 相同。为了保证弹射活塞在汽缸内前后高速自如地滑动，弹射活塞和汽缸内径之间要有合适的间隙公差配合，这个间隙值过大会产生轴向漏汽，间隙值过小又会使弹射活塞弹射运 动的阻力增大，影响弹射活塞不能实现高速弹射，这个间隙值在0. 5 0. 7mm之间较为适 宜。活塞圆柱面和汽缸内径之间用活塞密封环3密封。密封环3的作用就是减少以至避免 弹射汽缸内的高压蒸汽在弹射活塞前后串汽，保证弹射活塞获得足够的蒸汽压力来弹射飞 机。在弹射活塞的两个圆柱面的中间是弹射活塞滑板梭弯板5，两个弹射活塞滑板梭 弯板5和图1中的连接板11相连接，连接板11和弹射器滑板梭2相连接，再由弹射器滑板 梭2将高压蒸汽作用于弹射活塞上的动力输出去弹射飞机。在弹射活塞滑板梭6的尾部连接弹射活塞尾板2，尾板2在A-A处做一个横切剖 面，截面的形状做成“ ”迷宫式结构，这种结构与汽缸套上的迷宫式结构向配合，在尾 板两侧向外伸出的部份上安装蜂窝式汽封7。在弹射活塞尾板的上部安装蜂窝式汽封8。蜂 窝式汽封7、8都是固定在弹射活塞尾板上并与弹射活塞一同弹射运动的，这就构成了蜂窝 动密封。为了保证弹射活塞尾板上的蜂窝式汽封在运动状态下对高压蒸汽的密封的效果， 尾板的长度L不能小于1300mm。在弹射活塞的前端安装永磁减速锥体9 ；在永磁减速锥体上安装足够数量的永磁 体4。本发明旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器所特有的弹射活塞的结构 是与美国航母弹射器的弹射活塞结构是根本不同的。这个根本不同点就在于本弹射活塞 有一个弹射活塞尾板结构而美国航母的弹射活塞没有尾板；本弹射活塞的前部减速锥体上 安装足够数量的永磁体而美国航母弹射器弹射活塞前部就是安装普通的空心减速锥体，其 上没有安装永磁体。这种结构上的明显不同体现了本发明旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹 射器的两个区别于美国航母弹射器的最明显的技术特征“蜂窝动密封原理”和“电磁阻尼 减速原理”。关于蜂窝动密封原理还要在以后结合对图3、图7、图10的分析解读中继续详 细分析。关于电磁阻尼减速原理还要在以后对图15、图16的分析解读中继续详细分析。图3是蜂窝式动密封的原理示意图，上面的图为主视图，下面的图为俯视图。在主 视图中各部分的数字表示汽动闭合拉链块1' >2'、3'、4'；在俯视图中对应的汽动闭合 拉链块为1、2、3、4 ；弹射活塞尾板5 ；拉链块与弹射活塞滑板之间的间隙6 ；弹射活塞滑板 7 ；弹射活塞滑板梭弯板8 ；开口汽缸纵向开口 9。在图3的俯视图中，当弹射活塞滑板以某一高速度V向前弹射运动的时候，在弹射 活塞滑板和汽动闭合拉链快之间就留下了间隙6，这个间隙6的值随着弹射活塞弹射速度V 的不断增大而增大，在此时此刻弹射活塞滑板7与汽动闭合拉链块之间的间隙6是三个汽 动闭合拉链块的长度在加上一点点。在俯视图中的滑块1已经将汽缸开口全部封闭。滑块 2将汽缸开口封闭了 3/4，滑块3将汽缸开口封闭了 1/2，滑块4将汽缸开口封闭了 1/4。在 图3的主视图中，间隙6被弹射活塞尾板5封堵。压力为Po的原蒸汽经过弹射活塞尾板5 顶部的蜂窝式汽封以后压力降低为P1，此处的漏汽已经非常小。此处的滑板梭尾板5对于 间隙6的封闭作用在以后的图10中还要详细说明。图4是汽动闭合拉链块对于开口汽缸纵向开口密封的原理示意图。这个图4也是图11在C-C处的局部剖视图。汽动闭合拉链对汽缸纵向开口的密封原理也就是汽动闭合 拉链的静密封原理，这也是本发明汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器的一大技术特征。在图4中各部份数字表示的是中间汽动闭合拉链块4 ；左边汽动闭合拉链块1 ； 右边汽动闭合拉链块5 ；蜂窝式汽封2、3。在图4中表示的是一整条汽动闭合拉链，由于一条汽动闭合拉链由764块拉链块 组成，在此处只能画出3块来说明拉链块之间的相互安装关系。在图4中，相邻的拉链快1和4，相邻的拉链快4和5，他们相互结合的表面都制作 成凹凸相间的迷宫状结构，在拉链块凸出的部分上表面上安装蜂窝式汽封3，在拉链块凸出 的部分的下表面上安装蜂窝式汽封2。这样从弹射汽缸纵向开口处漏出到汽缸外部的汽体 的绝大部分就被这条汽动闭合拉链所封闭。极少部分蒸汽进入拉链块1和4，拉链块4和5 之间的间隙之中，并在这迷宫式的凹凸结构中膨胀、减压。蜂窝式汽封使蒸汽汽流经过蜂窝 带时产生湍流效应，增加汽流阻尼作用，同时由于蜂窝式汽封带的特殊结构还同时产生吸 附效应，以及摩阻密封等功能，来达到良好的密封效果。这种凹凸状的迷宫式结构使得在其 中流过的蒸汽旋转，旋转的蒸汽产生一种附壁效应，这种附壁效应使得在迷宫式结构中流 动的蒸汽受到很大的流动阻力，这种综合作用的效果就使得漏到汽缸外部的汽体的压力Pl 远远小于原蒸汽的压力Po，从而使得汽动闭合拉链起到了对于高压蒸汽的静密封作用。如 果把这种凹凸状的迷宫式结构多做几条，在上面安装足够长度的蜂窝式汽封，即是让进入 拉链块之间间隙的蒸汽有足够长度的路径进行减压、膨胀，就完全可以做到使Pl = 0。即完 全封闭漏汽。我们在考虑对于弹射汽缸纵向开口进行密封的时候并不是追求100%的密封效 果，追求100%的密封效果也就是要求对弹射汽缸纵向开口的密封做到“滴汽不漏”，这其一 是不可能，其二也是没有这个必要。对蒸汽弹射器的密封不可能做到“滴汽不漏”。我们追 求99. 5%、99%甚至是98%的密封效果就可以完全顺利地达到使弹射活塞在整个弹射行 程中至始至终获得足够的蒸汽压力来弹射各种型号的飞机是目的。而如果真的是出现了 0. 5% 2%的高压蒸汽泄漏，那么我们在考虑高压蒸汽进汽的时候要预留出一部分用以泄 漏的余量，譬如在正常弹射飞机的时候需要进入弹射汽缸3. 6Mpa的高压蒸汽，而此时就 要加大一些压力，如进汽压力选为3. 8MPa,以此预留出一部分泄漏的余量来保证弹射飞机 时所必须保证的那个3. 6MPa的蒸汽压力。如若是追求100%的密封效果就必然要提高加工制造的精度，这也就是同时提高 了安装、调试的难度，而这是得不偿失的。弹射一架次飞机的时间只有3秒钟左右，在这么 短暂的弹射时间内容许适当的泄漏一部分蒸汽，却换来了适当的加工制造精度，换来了比 较容易达到的安装、调试精度，这在使用上、平时对蒸汽弹射器的维护上都是划算的。在图5中各部分数字表示的是汽动闭合拉链块1 ；弹射器纵向开口 2 ；旁路汽缸 活塞顶杆3 ；旁路汽缸4 ；旁路汽缸连接导管5 ；连接板6 ；航母甲板7 ；滑板梭弯板8 ；右弹射 汽缸侧壁上开孔9 ；左弹射汽缸侧壁上开孔10。图5是图1在B-B处的剖视图，表示的是当弹射活塞向前滑动的时候，双弹射活 塞的后部的圆柱面分别扫描过并打开了汽缸侧壁上的开孔9和10，弹射汽缸内部的高压蒸 汽Po通过侧壁上的开孔9、开孔10、再从旁路汽缸连接导管5进入旁路汽缸4，旁路汽缸内 部的高压蒸汽Po推动旁路汽缸活塞，旁路汽缸活塞推动活塞顶杆3，活塞顶杆3推动汽动闭合拉链块1，汽动闭合拉链块1将弹射器纵向开口 2封闭。弹射汽缸内部的原蒸汽压力为 Po，进入旁路汽缸内部的蒸汽压力也为Po。在连接导管5内部产生的节流现象会使蒸汽压 力产生微小的下降，在此忽略不计。在图6中各部分数字表示的是双弹射汽缸的基础底座1 ；弹射汽缸2 ；弹射汽缸 套3 ；汽动闭合拉链块4 ；滑板梭弯板5 ；旁路汽缸6 ；连接板7 ；弹射器滑板梭8 ；旁路汽缸导 管9 ；旁路汽缸活塞顶杆10 ；弹射活塞11。在图6中表示的是双弹射汽缸的后部活塞圆柱面把汽缸侧壁的开孔暂时封闭， 弹射汽缸内部的高压蒸汽Po还没有进入旁路汽缸的情形，在这种状况下旁路汽缸内部还 没有进入高压蒸汽，旁路汽缸内部的小活塞也还是没有获得高压蒸汽，因而汽动闭合拉链 块也都还没有将开口汽缸的纵向开口密封。在图7中各部分数字表示的是弹射汽缸1 ；弹射汽缸套2 ；滑板侧面蜂窝式汽封 3 ；左滑板梭尾板上“ I: ”形状的结构上安装的左边的蜂窝式汽封4 ；汽缸套迷宫式导槽5 ； 滑板梭尾板6 ；右滑板梭尾板上蜂窝式汽封7 ；汽动闭合拉链块安装滑道8 ；汽缸套上与滑 板梭尾板配合的“ ”形状迷宫式结构9。在图7中，左视图是表示汽缸套迷宫式“丰”形状的结构示意图和汽动闭合拉 链安装滑道示意图，其中右边的局部放大图表示滑板梭尾板上安装的蜂窝式汽封与汽缸套 迷宫式导槽之间的安装配合关系。其中汽动闭合拉链块安装滑道8就是安装汽动闭合拉链 的安装位置。在图7的局部放大视图中，滑板梭尾板6与汽缸套上迷宫式结构9之间形成左、右 两侧迷宫式间隙，当汽缸内的高压蒸汽Po在两侧的间隙中曲折上升的时候，高压蒸汽在蜂 窝式汽封中旋转、膨胀消耗内能，紊乱旋转的蒸汽在迷宫式结构的壁上产生的一种附壁效 应使得高压蒸汽的流动产生了极大的阻碍，这就使得泄漏出去的蒸汽的压力Pl远远小于 初始蒸汽压力Po，即是产生非常微小的蒸汽泄漏。我们期望的这个Pl值就是0. 5 1 % Po。这就是滑板梭尾板动密封的原理。这就是滑板梭尾板对在两侧的间隙中流过的蒸汽的 密封作用原理。在图8中各部分数字表示的是弹射汽缸侧壁上的开口 1、2、3、4、5、6、7 ；汽动闭合 拉链块1'、2'、3'、4'、5'、6'、7'；滑板梭尾板8;弹射器活塞9;滑板梭弯板10;滑板 梭11 ；第二个旁路汽缸连接导管12 ；俯视图中在纵向开口中的滑板梭13 ；纵向开口 14 ；待 闭合的拉链块15 ；第一个旁路汽缸连接导管16。在图8中弹射活塞9在原动蒸汽压力为Po的高压蒸汽的推动下准备向前滑动，图 中所示的时刻是弹射活塞还没有开始运动的那个时刻。弹射活塞后部到第一个汽缸开孔1 的距离为“d”，和汽动闭合拉链块的长度都相等，都是“d”。这样当弹射活塞向前滑动的时 候就依次扫过弹射器缸侧壁上的开孔1、2、3、4、5、6、7……相应的弹射活塞的后部也就依次 的打开了弹射汽缸侧壁上的开孔1、2、3、4、5、6、7……。高压蒸汽Po就进入连接导管12、 16……再进入旁路汽缸19，高压蒸汽再推动旁路汽缸活塞17，活塞17带动活塞杆18，活塞 杆18再推动汽动闭合拉链块Γ、2'、3'、4'、5'、6'、7'……这些汽动闭合拉链块就 逐一的将纵向开口 14密封。假如设定弹射汽缸的纵向开口 14的宽度为30mm，设定汽动闭合拉链块的外部 尺寸为厚度60X宽度100X长度125mm，那么每一个拉链块的理论质量就是5. 8875Kgo设定旁路汽缸小活塞的直径为Φ 45mm，那么小活塞的面积就是1589.625mm2。设定推动 弹射活塞的蒸汽压力Po = 3. 6MPa，那么，作用在旁路汽缸小活塞上的蒸汽压力也是Po = 3. 6MPa，那么蒸汽作用于小活塞上的推动力为5722. 65牛顿。旁路汽缸的小活塞推动汽动 闭合拉链块运动去将纵向开口 14闭合，产生的加速度为972米/秒2，汽动闭合拉链块将弹 射汽缸纵向开口 14封闭所用的时间为0. 00785秒。这个闭合的时间是非常迅疾快捷的。经计算滑板梭尾板的长度L不小于1300mm。滑板梭尾板的高度H不小于100mm。在图9中各部分的数字表示的是弹射活塞1 ；弹射活塞滑板梭2 ；汽缸壁上旁路 汽缸开孔3 ；弹射汽缸4 ；弹射汽缸纵向开口 5。在图9中，当双弹射活塞以一定的速度V向前滑动的时候，弹射活塞的后部将逐一 扫过汽缸壁上的旁路汽缸开孔，弹射汽缸内部的高压蒸汽就将通过汽缸开孔、旁路汽缸导 管再进入旁路汽缸，旁路汽缸内部的旁路汽缸小活塞就将推动汽动闭合拉链块将汽缸的纵 向开口封闭。在图10中表示蜂窝动密封的原理示意图。在图10的上面的图是主视图，下面的 图是俯视图。各部分数字表示的是在主视图中，汽动闭合拉链块1'、2'、3'、4'、5'、 6'、7'、8'、9'；对应的在俯视图中汽动闭合拉链块为1、2、3、4、5、6、7、8、9 ；滑板梭弯板 10 ；弹射器滑板梭11 ；弹射汽缸纵向开口 12 ；滑板梭尾板13 ；汽动闭合拉链块与滑板梭之 间的间隙14 ；弹射器活塞15。在图10的俯视图中，汽动闭合拉链块1、2、3、4、5、6已经完成了对纵向开口的封 闭，而拉链块7、8、9还没有完全完成对汽缸纵向开口的封闭，其中拉链块7已经完成了对弹 射汽缸纵向开口 12的3/4封闭，拉链块8完成了 1/2封闭，拉链块9仅完成了 1/4封闭。由 于弹射滑板梭以一定的速度V高速向前滑动从而留下了间隙14。这个间隙14是由将近4 个拉链块的长度构成的。4个拉链块的长度为500mm。图10中所表示的这个间隙值大约是 465mm。而对这个间隙14的密封就是靠弹射活塞尾板上的蜂窝式汽封来实现的。在图10中汽动闭合拉链块与滑板梭之间的间隙14的间隙值的大小与弹射活塞弹 射运动的速度有关，它是随着弹射活塞弹射速度的增大而增大。设定在弹射某种型号的舰载机的时候，进入弹射汽缸推动弹射活塞的高压蒸汽的 初始压力是Po = 3. 6MPa，被弹射的飞机的质量是M = 35000Kg，弹射此飞机时勻加速运 动的加速度是a = 33. 5米/秒2，被弹射的飞机离舰的速度是V = 80米/秒，弹射行程 是S = 95. 5 米。下面通过一个表格的数字来说明一下这个间隙值14的大小与弹射活塞运动速度 的关系；通过这个表格的数字可以看出弹射活塞的运动速度与整个的弹射行程的各个点 的位置关系；通过这个表格的数字也可以看出弹射活塞的弹射运动的速度与拉链块的位置关 系表1
权利要求
1.一种旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器由多段开口弹射汽缸用法兰螺 栓连接方式连接而成具有足够弹射行程的双弹射汽缸并安装在同一基座之上，双弹射活塞 分别在各自弹射汽缸内前后滑动并带动滑板梭在弹射汽缸套的开口内前后滑动，其特征 是旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器采用双弹射汽缸结构、用弹射活塞在高 压蒸汽的推动下向前滑动逐一打开弹射汽缸侧壁上开孔、用导管连接弹射汽缸侧壁上的开 口和旁路汽缸、用旁路汽缸内的高压蒸汽驱动旁路汽缸小活塞、小活塞驱动汽动闭合拉链 块使之闭合、用汽动闭合拉链块上安装蜂窝式汽封进行静密封、用复位弹簧的弹力作用使 拉链块复位、用弹射活塞滑板梭尾板上安装的蜂窝式汽封进行动密封、用汽动闭合拉链静 密封技术和蜂窝动密封技术复合密封作用密封弹射汽缸的纵向开口、双弹射活塞分别在活 塞前部安装永磁减速锥体和永磁体、用闭合线圈对于外来运动磁场的电磁阻尼减速作用来 吸收弹射活塞弹射运动后的剩余能量。
2.根据权利要求1所述的旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器，其特征是 弹射汽缸套的起始端接起始封头密封段，弹射汽缸套的末端接电磁阻尼减速器密封段，电 磁阻尼减速器密封段内安装可以闭合也可以不闭合的足够的多匝线圈及线圈内安装铁芯。
3.根据权利要求1所述的旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器，其特征是 在弹射汽缸套上加工用以使汽动闭合拉链闭合、打开的导轨槽，在导轨槽内安装汽动闭合 拉链块。
4.根据权利要求1所述的旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器，其特征是 汽动闭合拉链块在复位的时候，每一个拉链块都可以在两个复位弹簧的弹力的作用下复 位。
5.根据权利要求1所述的旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器，其特征是 汽动闭合拉链的每一对相邻的拉链块之间相互接触的表面都制作成为部分凹凸相间的迷 宫式结构，在凸的结构的上、下部分安装蜂窝式汽封。
6.根据权利要求1所述的旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器，其特征是 在弹射汽缸的汽动闭合拉链密封槽的底部安装尼龙橡胶垫板以吸收汽动闭合拉链块的在 封闭弹射汽缸纵向开口时的冲击能量。
7.根据权利要求1所述的旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器，其特征是 在弹射活塞滑板梭加装尾板、在滑板梭尾板的顶部上、两个侧面的凸出的迷宫式结构上、下 安装蜂窝式汽封带，蜂窝式汽封带绑定在滑板梭尾板上随弹射活塞共同弹射滑动。
8.根据权利要求1所述的旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器，其特征是 在弹射活塞前端安装的永磁减速锥体要采用非铁磁性材料制造，为空心结构，在其减速锥 体上安装数量足够的多个永磁体，永磁体的轴向与弹射活塞的运动方向垂直。
9.根据权利要求1所述的旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器，其特征是 在每一个汽动闭合拉链块的后部安装一个旁路汽缸、用导管将弹射汽缸侧壁上的旁路开孔 与旁路汽缸相连接。
10.根据权利要求1所述的旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器，其特征是 弹射活塞在弹射滑动的时候逐一地打开每一个弹射汽缸侧壁上的旁路开孔、弹射汽缸内部 的高压蒸汽再逐个地通过导管进入旁路汽缸驱动小活塞、再逐个地推动拉链块使之将弹射 汽缸的纵向开口封闭。
全文摘要
一种新型的航空母舰用旁路汽缸汽动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器，由多节开口弹射汽缸用法兰螺栓连接而成具有足够的弹射行程的双弹射汽缸、弹射汽缸活塞、滑板梭尾板、汽动闭合拉链、蜂窝动密封、电磁阻尼减速装置等组成。由于采用了汽动闭合拉链蜂窝动密封技术和电磁阻尼减速技术使得这种弹射器结构简单、动作可靠、使用寿命长、战勤率高、后勤保障方便、维护工作量少。
文档编号B64F1/06GK102040007SQ201010162618
公开日2011年5月4日 申请日期2010年3月29日 优先权日2009年10月19日
发明者李家春 申请人:李家春, 李恒谦