一种液体燃料内燃式航母飞机起飞弹射器的制作方法

本发明涉及一种航母弹射器。

背景技术：

航母飞机起飞弹射器是航母上推动舰载机增大起飞速度、缩短滑跑距离的装置，目前世界上采用的多是蒸汽弹射器。

技术发展过程中有种种偶然性的，蒸汽弹射器是因为早期发展最快，然后一直发展也够用，就这么一直用了下来，即使期间美国人也一度设想一种气缸内密封的方式但也没坚持去做，直到现在才要被电磁弹射器取代。因为电磁弹射器确实先进太多，所以值得冒技术风险去布置，美国在海军航母电磁弹射器上花费了28年的时间和32亿美金。但即使是电磁弹射，也有很大的缺点，耗电大，散热、辐射严重，一般的航母还不能使用。目前美国的一些航母装备了电磁弹射器，使用中也有很多问题。我国的第三艘航母也可能采用电磁弹射器，设计制造航母核反应堆对技术要求非常高，尽管我国早已可以制造核动力潜艇，但将常规动力航母改为核动力航母，涉及很多关键问题，并不能一蹴而就。

而这之前，还有其他的弹射器被经过谈论，有如下几个方案，其中包括：燃气弹射器。燃气弹射器在结构上与蒸汽弹射器有些相似，只不过是蒸汽的两端进气口变成了燃烧室，其中还原剂及助燃剂是通过高压注入的，不过是受控的，并且是持续注入的。当工作时，还原剂及助燃剂向燃烧室高压注入，点火装置使还原剂及助燃剂在燃烧室内反应并产生大量的热，气体推动活塞做功，由于还原剂及助燃剂持续注入，活塞将在气体不断推力下高速运行，从而使飞机起飞。当飞机起飞后还原剂及助燃剂停止注入，并打开燃烧室通气口，同时返回端的燃烧室通气口关闭，活塞会立即停止。返回与上述过程相同，只不过燃烧室及高压注入设备比工作的小而已。这种弹射器是靠控制注入还原剂及助燃剂来控制的，优点是不需要淡水，工作及返回时间短。但缺点特别多，首先是燃烧室的耐高温及防氧化等条件高，筒壁强度及耐高温要求高。注入还原剂及助燃剂的控制要求精准、数据反应快，有一定的危险性，消耗价格昂贵的液体还原剂及助燃剂，故障率高，排除大量气体污染及红外辐射等许多不利因素。因此这种弹射器实际上只是理论上进行讨论分析过，并未有大型实践的记载。从前的燃气弹射的缺点是弹射力不稳定和难以调节，和多个方面的不完善。

现在，我们采用新发现的材料和新工艺，加强了气缸体的密封性能，并使用马达和钢丝绳来使活塞归位，设计出内燃带动活塞牵引飞机起飞的方法和设施。

本发明的对飞机的弹射方案的优点是：占用空间更小，不需要产生蒸汽所需要的时间，也不需要发射时需要耗费的大量淡水，即使在大中型舰艇上也能临时起飞飞机，本发明在现在的情况下可规避更多的技术风险，避免诸如那些火药爆炸时活塞超过6g加速使飞机损坏以及后半程失速的方式，采用适量的液体燃烧剂和助燃剂可控分时接连燃烧的方式获得适量、安全、持续的高压推力，并且同时采用气缸内密封件取代现有航母弹射器气缸外部密封的方式，使弹射器更可靠好用并方便维护、补充迅速，也能节约在战场中的成本。

技术实现要素：

为了达成上述的目的，本发明提供了一种液体燃料内燃式航母飞机起飞弹射器，该弹射器包含有一个气缸体和气缸体中直线运动的活塞，气缸体连接有缸盖，缸盖上设有多个燃烧室，缸盖的边沿有缸盖连接环连接在气缸体的后部；助燃剂储存罐、燃烧剂储存罐的助燃剂和燃烧剂通过助燃剂总管、燃烧剂总管到达助燃剂高压分配器、燃烧剂高压分配器，通过缸盖上的燃烧剂喷咀和助燃剂喷咀分别进入各个燃烧室，该弹射器还有一个控制盘控制点火电源通过自动分配高压包逐一输出点火高压线连接到各个燃烧室的火花塞上点火；前述燃烧室的入口连接着一个气缸体，该气缸体由无开口缸套和多个带开口缸套通过缸套上的连接环用螺栓螺帽紧固组成，气缸体和缸盖上都设置有冷却水道；

气缸体中的活塞有耐磨耐高温的密封圈，活塞上有活塞中心轴部分，活塞中心轴连接着前方的活塞传力板连接块，活塞传力板连接块上有传力板，传力板可在各个带开口缸套形成的开口段中直线运动，并探出甲板凹槽与一个牵引飞机前轮的滑梭连接；

所述的气缸体中每一个带开口缸套都有气缸内的内密封件和气缸外的内密封件平衡块，所述的气缸内密封件是在弹射传力板向前运动过后，燃烧室燃烧产生的高压气体充斥活塞与气缸体的缝隙中，因为气缸内强大的压力被向上顶起与带开口缸套的开口相贴，并且气缸内密封件两个边上有凸起勾条，可以与带开口缸套内部两边的密封沟槽相搭扣。

本发明能产生的有益效果是：结构相对更简单、占用空间少、维护容易、再次发射间隔时间少的优点，可以为航母和一般大中型水面舰艇的飞机起飞提供弹射。

附图说明

图1为本发明完整系统示意图。

图2为本发明缸盖管线连接示意图。

图3为本发明燃烧室布置示意图。

图4为本发明气缸体活塞结构示意图。

图5为本发明气缸体开口密封示意图。

以上附图中，各个部件的标识分别为：

1、助燃剂高压分配器，2、燃烧剂高压分配器，3、自动分配高压包，4、冷却水道，5、燃烧室，6、缸盖连接环，7、活塞，8、助燃剂储存罐，9、控制盘，10、燃烧剂储存罐，11、活塞中心轴，12、无开口缸套，13、内密封件，14、活塞传力板连接块，15、传力板，16、助燃剂总管，17、助燃剂高压管，18、连接孔，19、燃烧剂高压管，20、点火高压线，21、点火电源，22、燃烧剂总管，23、缸盖，24、火花塞，25、燃烧剂喷咀，26、助燃剂喷咀，27、缸盖螺丝，28、活塞密封环，29、带开口缸套，30、内密封件齿条，31、锁销，32、推杆头，33、助力弹簧，34、齿轮，35、内密封件平衡块，36、导板。

具体实施方式

本发明液体燃料内燃式航母飞机起飞弹射器有一个气缸体和气缸体中直线运动的活塞，气缸体包括缸盖和无开口缸套、带开口缸套组成，缸盖处有多个燃烧室，本发明是使用现代的液体燃料和助燃剂在燃烧室中分时燃烧产生的能量推动活塞运动，并有内密封件使气缸体密封性能良好，助推飞机起飞。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。为了能清楚的描述本发明实施例所提供的方案，下面将对本发明实施例所应用的一个场景进行描述。本发明涉及的实施例中描述的“前”与“后”，根据起飞弹射时活塞运动的方向而定。

图1为本发明整个系统示意图。

对一个内燃气体弹射器来说，都是要有燃烧剂和助燃剂以及点火装置的。燃烧剂和助燃剂在燃烧室5中做功。针对于从前的试验过的燃烧室高温易损坏的情况，本发明采用强度高、耐蚀性好、耐热性高的材料作为燃烧室5结构件，如钛合金，并且采用多个燃烧室分时燃烧的办法减少瞬间的燃烧能量，并且我们力图使用新燃料来解决燃烧剂的污染问题。

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。

现代燃料的研究已经较好，我国在21世纪初研制成功新型的燃料推进剂，如用在火箭推进剂上的燃料，产生的毒副作用更小并且和有效控制其残余剂量，使对环境的污染变小，真正进入可在航母上实用的阶段了。

每一个方案的实施背后都有大量的实验和验证。理论上如此，实际中我们可以根据实践找到最完美的方案。

如图所示，本发明弹射器的结构，弹射器长度约为100米，气缸体包括通过气缸体上的连接环用螺栓螺帽紧固起来连成一体。缸盖的边沿缸盖连接环6连接在气缸体的后部，方便更换和检查。

本发明中的气缸体包括无开口缸套12、带开口缸套29以及其中的内密封件13和活塞7，活塞上有活塞中心轴11部分，活塞中心轴11连接着前方的活塞传力板连接块14，活塞传力板连接块14上有传力板15，传力板活动在带开口缸套的开口中，带开口缸套的开口在气缸体内部有内密封件13起到密封作用，传力板连接一个滑梭牵引飞机的前轮。

气缸体连接有缸盖，缸盖上设有多个燃烧室，缸盖的边沿有缸盖连接环（6）连接在气缸体的后部，所述的后部指活塞弹射初始位置。

与现有的用外密封件对气缸体进行密封的美国主流弹射器相比，我们的传力板是设置在活塞的前部。

气缸体上设置有冷却设施。通常采用液体冷却的方法。

内密封件13是怎么工作的，是内密封件13在带开口缸套29的导板36处上下活动进行密封或让开开口，具体工作情形请参见下述的附图5中说明。

本图着重说明弹射器的推进问题。

本发明中有多个燃烧室5。本发明中有燃烧剂储存罐10和助燃剂储存罐8，分别通过燃烧剂高压分配器2和助燃剂高压分配器1，施加到燃烧室5中去。

本发明还有点火装置如图中的自动分配高压包3，为燃烧室5中的燃料点火，点火装置用一个控制盘9来控制。控制盘9包括单片机电路，还可以连接到电脑以精确控制。

对于说燃烧剂和助燃剂的灌装，有专业的管理人员，所以可保证燃烧剂和助燃剂的安全。在本图中都画出的三个罐装的容器，可根据其剂量适时补充。补充的方式参照航天火箭的燃料灌注。但在储存和加注燃料的标准上，显然要比航天火箭的燃料灌注标准低一些。

本图中间部分为因画图长度而省略画出的部分。

图2为本发明缸盖管线连接示意图。

前述的推进剂与燃烧室5的连接是通过弹射器的缸盖23来达成加注和控制。

本附图展示本发明的若干个燃烧室5。助燃剂储存罐8、燃烧剂储存罐10的助燃剂和燃烧剂通过助燃剂总管16、燃烧剂总管22到达助燃剂高压分配器1、燃烧剂高压分配器2，再分别进入各个燃烧室5。同时，点火电源21通过控制盘9控制着自动分配高压包3逐一输出点火高压线20连接到各个燃烧室5的火花塞24上。

另外对于燃料产生推力的控制，可借助现代计算机快速运算出最合适的供应量和最恰当的点火时间。根据不同的飞机型号，可根据平时积累到的信息加以保存到单片机中，可实现更简单的控制操作。

图3为本发明燃烧室布置示意图。燃烧室的一部分空间就在缸盖内。缸盖是一种盆状构造，边沿有很多连接孔与气缸体用螺栓连接。

图示的燃烧室个数为七个，在具体的调试中，实际的实施中燃烧室5的个数会有所增减，燃烧室5的容量包括其深浅都有待进一步的调整，达到最佳的优化并适应最新的加工工艺。

图4为本发明气缸体活塞结构示意图。

本发明的要点是除了使用燃烧剂和助燃剂，还采用一个内密封件13构造，使燃烧剂和助燃剂通过燃烧剂喷咀25和助燃剂喷咀26注入并通过火花塞24点火做功，更能保证高效率并使气缸体密封结构更简单、可靠，耐用。

本发明的气缸体，由传力板弹射前所在的后方的无开口缸套12和传力板运动的前方的带开口缸套29组成，一个连着一个的缸套用螺栓螺母在两端的连接边上的气缸体的连接孔18连接起来，组成一个弹射器所需的固定的可供一个活塞7连续运动的气缸体，数量为数十个，可供活塞7在整个弹射过程中连续运动，并且缸盖也有缸盖连接环6用缸盖螺丝27锁紧。

在本发明实施例中，都只阐述单个的气缸。气缸内的气缸内密封件13和气缸外的内密封件平衡块35也都是在每一个气缸上都有的。

如图所示，活塞7有耐磨耐高温的密封圈，优选的，气缸体内活塞7的密封采用多个金属圆环活塞密封环，也可以用一圈的耐高温轴承来取代密封圈的作用。但设置各个方案时也设计到，其中间可以有一个油封活塞密封环。

活塞前端的活塞传力板连接块和来自活塞缝隙中的高压气体，共同顶起第一个的带开口缸套29内的内密封件13。活塞7前部有一个活塞中心轴11，随着活塞的前进，燃烧室燃烧产生的高压气体充斥活塞中心轴11上，接着继续顶起活塞中心轴11经过的路径上的气缸内密封件13。

气缸体上开口段边上有一个向上凸起的导板36，导板36上套着气缸内密封件13的安装槽部分，使气缸内密封件13在导板36位置上只做上下方向的活动，保持不偏移该活动范围的状态。

气缸内密封件13前边有一个弹射传力板，弹射传力板的上部探出气缸体开口段，弹射传力板突出飞行甲板的凹下去的轨道并连接有一个弹射滑梭，飞机起飞前弹射滑梭可固定飞机的轮子上，飞机起飞的末段时间弹射滑梭可受控脱离飞机的前轮。弹射传力板的下部用螺丝固定在弹射传力板连接块的缺口槽一边的壁上。弹射传力板连接块是在活塞中心轴11上前端上，直径大小与活塞7一致，为圆形，上部有一个缺口槽。弹射传力板是具有足够厚度和强度的金属片状材料，可沿着贴着气缸体开口以及边上的构造做直线运动。为此，弹射传力板可以是一种弯曲的构造，但其金属强度同样可以达到使用标准。其活动范围可在气缸体上第一块气缸内密封件13的前边。气缸内密封件13有很多块，因此组成一个整体的开口段的密封。弹射传力板在开口段内保持直线运动的状态，使整个的活塞7和缺口槽在气缸体中一直保持在前进方向上不偏移的状态。

气缸内密封件13是在弹射传力板向前运动过后被向上顶起，因为气缸内强大的压力与气缸体开口相贴，并且气缸内密封件13两个边上有凸起勾条，可以与气缸体开口段内部两边的密封沟槽相搭扣，在对密封的同时也起到了加强气缸体强度的作用。

气缸内密封件13的工作状态是这样的：传力板可在各个带开口缸套形成的开口段中直线运动，在弹射传力板划过气缸体开口之前，气缸内密封件13是要向下垂以保持气缸体开口的缝隙，让弹射传力板能通过，在弹射传力板通过了该块气缸内密封件13的瞬间，该块气缸内密封件13被向上顶起贴压住气缸体开口。

由于燃烧室做功时产生很高的热量，必须对气缸体和缸盖进行冷却，所以气缸体和缸盖上都设置有冷却水道4，由高压驱动的冷却液在一定的时间内连续提供冷却作用。

本图中间部分为因画图长度而省略画出的部分。

图5为本发明气缸体开口密封示意图。

本发明是一个连着一个的气缸用螺栓螺母在两端的连接边上的气缸体对接连接孔18连接起来，组成一个弹射器所需的固定的可供一个活塞7连续运动的气缸体，数目为数十个。在本图中只阐述单个的气缸。

为配合气缸内密封件13的向上和向下顺利运动，本发明中气缸体的导板36边上设置了一个金属方框，为方便调试用钢丝绳牵引传力板归位，我们设置该金属方框是可活动的，该金属方框可跟随在传力板后面滑动。方框里边有一个内密封件平衡块35可上下活动，内密封件平衡块35与金属方框里边的上边之间有助力弹簧33，使常态下内密封件平衡块35能下垂，使内密封件13很轻易的被抬升起来。气缸内密封件13外侧边上有齿条，与其相对的内密封件平衡块35的边上也有齿条，内密封件平衡块35的齿条与气缸体开口的内密封件齿条30之间都紧贴着一个齿轮34。该齿轮34固定在前述金属方框的右侧边上，其安装方法一般机械加工的人们都能做到，如在齿轮34的两端中点上用一个轴承与固定在金属方框上的三角支架连接。

当常态下气缸内密封件13由于其重量的原因是下垂到气缸体中的，气缸内密封件13的安装槽在气缸体开口凸起的导板36阻挡后，其最大的下垂距离就是最适合弹射传力板通过的缝隙。

内密封件平衡块35的下垂使齿轮34逆时针转动，把气缸内密封件13向上转起，给气缸内密封件13施加一个向上提起的力量，使气缸内密封件13缓和地下垂并保持稍重于内密封件平衡块35和弹簧力的一定程度上的重量平衡。同时，在弹射器弹射需要的燃烧室产生的高压气体下，有助于使用较小的压力使缓和地使气缸内密封件13稍微慢一点点地向上运动并通过齿轮34减震，不至于造成过于猛烈的撞击。

弹射后怎么使活塞归位即回到紧靠气缸体的位置，本发明是不采用燃料回推活塞的办法，可采用更有简单有效的马达带动活塞回到紧靠气缸体的位置。这样节省了装备蒸汽或燃料回推设施所需的空间。具体措施如下所述。

每一个前述的内密封件平衡块35上有一个推杆头32，前述的金属方框边上有一个锁销31，它们都朝向弹射传力板的一侧，弹射传力板也有突出的挡板形成一个半封闭的空间围住复位钢丝绳。复位钢丝绳做成一个长方形的圈子，四角上都有滚轮使钢丝绳运动流畅。气缸内密封件13两个边上有凸起勾条，可以与气缸体开口段内部两边的密封沟槽相搭扣；当气缸内密封件13被顶起，前述的各个复位钢丝绳上的推杆头32和锁销31都夹住复位钢丝绳，传力板一个突出的挡板贴压在在钢丝绳上被带动。本发明用一个马达驱动一个减速器的输出轴卷绕复位钢丝绳到燃烧室前，即钢丝绳带动活塞上的传力板使活塞回到弹射的初始位置。该马达在飞机弹射时也可参与使复位钢丝绳的前进运动和后退，其运动速度也可以是高速的。

运动中的活塞和弹射传力板之间都有一个气缸内密封件13被顶起并都持续到弹射结束，此时活塞已经通过气缸体前端的放气孔，气缸体自动放气，而当随着气缸内慢慢消失，活塞7停止前进，马达运转，转向为弹射传力板回到燃烧室的方向。气缸体气缸内密封件13的慢慢落下。在若干秒的时间内弹射传力板连同活塞已经回到燃烧室前，前述的推杆头32和锁销31一个个慢慢同时分开并脱离复位钢丝绳，传力板也脱离与复位钢丝绳的接触，为再次的弹射做准备。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。