蒸汽弹射器(现代航空母舰上的一种飞机起飞装置)

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蒸汽弹射器（英文名：Steam catapult）是现代航空母舰上的一种飞机起飞装置，对于提高舰载机出动效率具有极其重要的作用。

世界上最早的弹射器由美国海军上尉西奥多·埃利森于1911年研制成功，此后埃利森对其加以改进，研制出压缩空气式弹射器，但当时舰载飞机重量轻、速度低，无需弹射即可从航母甲板起飞，这项发明起初并未引起重视。喷气式飞机出现后，弹射器变得日益重要，当时航母普遍装备的液压弹射器弹射能量较小，无法满足喷气式飞机的需求。1951年，英国海军航空兵后备队司令米切尔提出研制蒸汽弹射器的设想，并于当年研制成功，装备于“莫仙座”号常规动力航母上。1960年，美国人研制成功内燃弹射器，并将其安装在“企业”号核动力航空母舰上。不过，内燃弹射器的性能当时不尽人意，因此“企业”号同时装备了内燃弹射器和蒸汽弹射器。进入21世纪后，直线电机和电磁式弹射器才开始被引入。

蒸汽弹射器实际上是一种动力冲程很长的往复式蒸汽机，它的基本工作原理是航空母舰产生的蒸汽能源通过贮汽筒蓄压，发射时使高压蒸汽进入汽缸，在极短的时间内以高压蒸汽推动活塞带动弹射轨道上的滑块，使与之相连的舰载飞机迅速加速运动，在较短的行程内达到所需要的起飞速度，弹射出去。蒸汽弹射器基本结构由8个主要分系统组成，即发射机系统、蒸汽系统、拖索张紧系统、复位系统、润滑系统、收索系统、控制系统以及辅助前轮发射系统。

简史

弹射器早期主要有三种类型：液压弹射器、蒸汽弹射器和内燃弹射器。世界上最早的弹射器由美国海军上尉西奥多·埃利森于1911年研制成功，该装置仅由三条绳索和一块砝码组成，过于原始，实用价值有限。此后埃利森对其加以改进，研制出压缩空气式弹射器，并于1912年11月12日完成了人类历史上首次弹射起飞。

然而，埃利森的发明最初并未引起重视。当时舰载飞机重量轻、速度低，无需弹射即可从航母甲板起飞。直至喷气式飞机出现后，弹射器才变得日益重要。第二次世界大战结束时，航母普遍装备液压弹射器，但弹射能量较小，无法满足喷气式飞机的需求。

1951年，英国海军航空兵后备队司令米切尔提出研制蒸汽弹射器的设想，并于当年研制成功，装备于“莫仙座”号常规动力航母。1960年，美国人研制成功内燃弹射器，并将其安装在“企业”号核动力航空母舰上。不过，内燃弹射器的性能当时不尽人意，因此“企业”号同时装备了内燃弹射器和蒸汽弹射器。进入21世纪后，直线电机（Linear 摩托车）和电磁式弹射器才开始被引入。

工作原理

蒸汽弹射器实际上是一种动力冲程很长的往复式蒸汽机，它的基本工作原理是：航空母舰产生的蒸汽能源通过贮汽筒蓄压，发射时使高压蒸汽进入汽缸，在极短的时间内以高压蒸汽推动活塞带动弹射轨道上的滑块，使与之相连的舰载飞机迅速加速运动，在较短的行程内达到所需要的起飞速度，弹射出去。

例如，重型飞机要想从航空母舰上起飞，必须借助蒸汽弹射器。在飞机起飞前，由位持器钢圈把尾部扣在一个坚固点上，飞机前轮附近的牵引杆垂落到一个滑梭内，滑梭以挂钩钩住飞机。滑梭是蒸汽弹射器唯一露在飞行甲板上的零件。飞机前面的甲板下，有两个平行圆筒，每个至少长45米，筒中的活塞与所有滑梭相连。蒸汽由母舰上的锅炉输出，增压后输入滑梭。飞机起飞时开足马力，但被位持器扣住。蒸汽弹射器一启动，飞机引擎的动力加上蒸汽压力，使钢圈断开，飞机前冲，在45米距离内达到时速250千米/小时。飞机弹射起飞脱离滑梭后，活塞前端的注管就落入水池，在几米的距离内停顿，滑梭移回原位，推动另一架飞机起飞。航空母舰上每个蒸汽弹射器每分钟可推动两架飞机起飞。通常常规动力航母最多装设4个蒸汽弹射器。据公开资料显示，在役蒸汽弹射器总重量接近500吨，每次弹射最大输出能量可达到95兆焦耳，最短工作周期为45秒，平均每次耗用近700千克蒸汽。

系统构造

蒸汽弹射器基本结构由8个主要分系统组成，即发射机系统、蒸汽系统、拖索张紧系统、复位系统、润滑系统、收索系统、控制系统以及辅助前轮发射系统。发射机系统主要用于发出一定的能量，将飞机加速到起飞速度，包括凹槽盖板和轨道、动力汽缸等部件；蒸汽系统主要在正常循环中起控制蒸汽流的作用，可调节主锅炉送来的蒸汽并保持一定的压力，以满足弹射器瞬间的弹射要求，其关键部件包括贮汽筒和发射阀等；复位系统主要用于每次发射完后拉回往复车和活塞组，并将它们置于原发射位置。

弹射方式

蒸汽弹射有两种弹射方式，一种是前轮弹射，由美国海军于1964年试验成功，弹射时由滑块直接拉着飞机前轮起飞，弹射时间减短，飞机安全性好，美国现役航母大部分都采用这种方式。另一种是拖索式弹射，用钢质拖索牵引飞机加速起飞，这种弹射方式比较老，各方面都不如前者好，只有法国的克莱蒙梭级航母使用。

主要特点

传统的蒸汽弹射器通过机械方法控制注入气缸的蒸汽，推力无法精确控制，并且输出的能量调节范围也很有限，对于质量过大或过小的飞机都无法弹射，早期也导致常规动力航母上无法装备重型舰载机和轻型无人机，后来出现的电磁弹射器的弹射能力比蒸汽弹射器更高，且输出能量调节范围更大，即弹射能力更强。而且，电磁弹射器通过优化弹射曲线，控制手段采用闭环反馈实时控制，使得推力可控，加速平稳，因此可以大幅减小对舰载机和各部件的冲击，使得机体的使用寿命得到延长，也能缓解飞行员的身心压力。在启动时间方面，电磁弹射器的预热时间远小于蒸汽弹射器，大大提高了战场应急反应能力和作战效率。在装置可靠性方面，蒸汽弹射器是一个高温高压的复杂机械系统，组成部件较多，导致全系统的可靠性较低，而电磁弹射器采用了四能量链冗余结构，运行期间即使一个能量链出现现故障，仍能保证任务完成。同时，定子、转子之间靠电磁场的非物理接触传力，取消了许多高磨损的机械设备，使用寿命方面也有巨大优势。在装载性方面，电磁弹射器的质量和体积更小，模块化设计使得其可以灵活布置，与蒸汽弹射器相比，可提高航行稳定性。

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工作原理

系统构造

弹射方式

主要特点

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