美国航母蒸汽弹射器

美国航母使用蒸汽弹射器出动F/A-18战斗攻击机，绿色制服人员（右）为蒸汽弹射器控制员。

航母诞生之初搭载的是螺旋桨飞机，其重量较轻，起飞速度要求也较低，可直接在航母甲板上滑跑起飞。但随着重量和起飞速度的日益增加，飞机需要在弹射器的辅助下才能起飞。航母舰载机弹射技术的发展始于1923年，早期航母安装的是压缩空气弹射器、飞轮弹射器和火药弹射器。然而随着直通甲板概念的引入，以及对于更高飞行甲板作业效率的需求，这三种弹射器不能满足航母的需求，因此在1930年代中期航母开始采用液压式弹射器，在二战中得到了广泛使用。二战后随着喷气式飞机的上舰，对起飞速度的要求进一步提高，液压弹射器也暴露出日益突出的安全问题。1950年代，英国人发明了弹射力强、相对安全的蒸汽弹射器，后由美国不断改进，发展到现役的C—13型蒸汽弹射系统。

蒸汽弹射器的发明

二战后随着喷气式飞机上舰，舰载机起飞重量增加，对弹射末速度的要求也相应提高，而当时普遍采用的液压弹射器的能力已发挥到了极限。当时美国能力最强的液压弹射器能将6.8吨的飞机弹射至222公里/小时的速度，将28.3吨的飞机弹射至130公里/小时的速度。液压弹射器内的高压液体极为危险，随着弹射能力要求提高，液体压力进一步增大，增加了弹射器的危险性，并导致了数起灾难性事故的发生。1954年5月26日，“本宁顿”号航母的左舷液压弹射器爆炸，释放出大量高压的液压蒸汽，导致103人死亡、201人受伤。

由于航母舰载机对弹射器弹射能力的需求不断提高，而液压弹射器能力已达极限，且安全性很差，美国和英国开始寻求新型弹射器。1950年，英国皇家海军后备役军官、爱丁堡布朗兄弟有限公司的科林·C·米切尔完成了蒸汽弹射器的研发。其基本原理是将高温高压蒸汽储存在储汽罐内，弹射时将高压蒸汽从储汽罐内迅速释放至弹射器汽缸，推动汽缸内的活塞运动，并带动舰载机加速到起飞速度。科林强调，由于供活塞运动的汽缸必须开槽，以使活塞能通过特定机构与舰载机相连，从而将力传导至舰载机，因此活塞经过后必须立即密封汽缸，为此需要采用密封条。密封条构思是他的“独创”。

第一部蒸汽弹射器安装在英国“英仙座”号航母上，并前往美国诺福克海军基地由两国海军进行联合试验。该航母对蒸汽弹射器进行了140次静载荷试验以及当时最新型舰载机的弹射试验，证明即使顺风行驶或停泊在码头，弹射器也能将飞机弹射起飞。

1952年，美国确认蒸汽弹射器是液压弹射器的理想替代品，因此安排从英国获得该弹射器的设计图纸和制造权。之后美国对弹射器进行了重新设计，以满足自身需求。1954年，美国航母装备了自己研制的蒸汽弹射器。

蒸汽弹射器迄今已使用约60年，一直沿用1954年的基本设计，仅进行了一些微小的改进。

发展与性能指标

蒸汽弹射器当前的应用对象包括美国尼米兹级航母和法国“戴高乐”号航母，其11艘。更早之前的型号还曾装备小鹰级、福莱斯特级、“企业”号和巴西“圣保罗”号航母等。

美国小鹰级和“企业”号采用C-13-0型蒸汽弹射器；前4艘尼米兹级采用C-13-1型蒸汽弹射器，对蒸汽参数的要求已大幅降低；后6艘尼米兹级采用C-13-2型蒸汽弹射器(低压蒸汽弹射器)。C-1-1型比C-13-0型增长了汽缸长度，C-13-2型比C-13-1型增大了汽缸内径，目的都是降低弹射器对蒸汽参数的要求，以提高安全性并降低难度。

法国“戴高乐”号航母采用C-13-3型蒸汽弹射器，弹射冲程长度75米，是从美国购买的，能将23吨重的舰载机加速到260公里/小时。

巴西“圣保罗”号航母采用英国制造的米切尔·布朗BS-5型蒸汽弹射器，能把20吨的飞机加速到204公里/小时。

苏联从1970年代开始研制蒸汽弹射装置，至苏联解体时，首部样机在陆上试验场进行了1500多次弹射试验，性能指标已基本达到美国C-13-l型蒸汽弹射器的水平，可以认为基本研制成功，但并未装舰。

美国现役航母的不同舰载机因为重量等因素差异导致所需的起飞速度不同，每种起飞总重都对应一种最大弹射末速，如约27吨重的舰载机，通过C-13-2型蒸汽弹射器起飞时，可达到的最大弹射末速约为254公里/小时。

在弹射作业过程中，当舰载机末速设定未超过飞机起飞最低速度要求18.5公里/小时时，出于安全角度的考虑，只有弹射指挥官能够决定弹射与否，并同时告知飞行员。

系统组成

蒸汽弹射器主要组成部分包括蒸汽系统、弹射机系统、回复系统、水力制动系统和控制系统。湿式蒸汽储汽罐是蒸汽系统的重要组成部分；拖梭(也叫往复车)、蒸汽排气阀，汽缸等是弹射机系统的重要组成部分；抓曳车是拖梭回复系统的重要组成部分。

蒸汽是弹射器的主要能源，由航母动力系统供应(常规动力航母由锅炉供汽，核动力航母由核动力装置的蒸汽发生器供汽)。弹射作业时，需要在短时间内消耗大量蒸汽，动力系统供应的蒸汽难以直接满足供汽要求，因比需要利用蒸汽系统事先储存大量蒸汽。蒸汽从蒸汽发生器流入弹射器的湿式储汽罐中，按要求的压力储存。弹射舰载机时，蒸汽经弹射阀流向弹射机汽缸，推动汽缸活塞，为弹射提供能量。

弹射机系统是蒸汽弹射器的核心执行机构，主要功能是利用输入汽缸的蒸汽推动活塞做功，由活塞带动拖梭(拖梭与活塞固接，拖梭通过飞行甲板弹射槽伸出甲板外，与飞机弹射杆连接)，进而带动舰载机加速；弹射完成后由水力制动装置制动活塞组件。

水力制动系统由水力制动缸及其管路阀件组成，安装在弹射机系统动力冲程末端。活塞运动到冲程末端时，依靠前端的锥形头与水力制动缸内液体相互作用，使活塞和拖梭的向前运动停止。

回复系统主要部件包括抓曳车、钢缆、滑轮组、回复机等。其中回复机包括钢缆卷筒组件、液压马达、钢缆张紧器组件、各种管路和阀门等，其主要功能是在每次弹射后，利用抓曳车将弹射机活塞和拖梭拉回弹射准备位置，或停在拖梭轨道的任何位置以便检修。回复系统工作时，液压马达带动卷筒转动，卷筒缠绕或放开钢缆，铜缆进而通过导向滑轮带动抓曳车前进或后退。

弹射控制系统由各种电气电子控制部件和控制站/台/面板组成，功能是控制弹射作业各个阶段。美国尼米兹级航母的弹射控制系统包括综合弹射控制站(ICCS)、中央控制面板和甲板边缘控制站。弹射控制系统控制弹射作业的启动、停止、弹射阀蒸汽流量、弹射过程的紧急停止等。

作业流程

飞机准备弹射时，拖梭首先就位，飞机进入弹射阵位并连接牵制杆。弹射杆与拖梭连接后张紧，飞机做好弹射准备、弹射器启动。此时湿式蒸汽储汽罐中的高压蒸汽进入汽缸，汽缸内压力增加，对活塞的推力增加；当推力增至特定值时，牵制杆释放，拖梭牵引飞机向前运动，飞机不断加速。

整个冲程阶段中飞机持续加速，直至冲程末端接近水力制动装置时，活塞与拖梭制动。活塞与拖梭到达弹射冲程末端后进入水力制动装置，活塞被水力制动装置制动，飞机与拖梭分离并起飞。抓曳车运动至弹射冲程末端，将活塞与拖梭拉回弹射准备位置，为下一次弹射做准备。

来源：《舰船知识》

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