中國航母開始發展蒸汽彈射 可曾知道蒸汽彈射曾讓美叫苦不迭
航母最早使用彈射器的是1922年從運煤船改裝而成的「蘭利」號
雖然最高航速只有15海里，這艘航母卻是美國海軍航空兵非常成功的試驗平台，航母技術里最關鍵設備如彈射器，攔機網和升降機技術都在「蘭利」上得到了試驗。從這艘航母得到的經驗和數據，對後來航母設計和運作有極大的影響。
30年代，大部分飛機還能憑本身的動力全負荷在航母甲板上起飛，裝備彈射器的本來是為了讓航母在更短時間內讓更多飛機升空。英國當時的「凱旋」和「勇氣」號航母就裝備了壓縮空氣氣壓彈射器。這個時期的氣壓液壓彈射器多採用活塞頂桿結構，有滑輪鋼纜系統,最大功率達到5兆焦耳。
這個時期下水的美國航母「薩拉托加」和「列剋星頓」號上，使用了當時技術上較可靠的飛輪式彈射器。當時的彈射器，已經可以用比較短的彈射周期進行彈射。可是，彈射器的使用在運作上卻增加了升空甲板人員運作的複雜性，令本來已經複雜的升空運作變得更難執行，反而導致升空延誤。這個難題曾困擾航母多年，並導致彈射器被列為受淘汰設備。
二次大戰爆發後，由於護航的需要，開發了護航航母，由於這類航母的甲板距離短，飛機必需依靠彈射才能起飛，彈射器成為必不可少的設備。最初裝備在護航航母上的是飛輪彈射器。後來開發的大功率的液壓彈射器在1943年正式投入使用，「企業」號首批改裝使用這種型號為H2-1的液壓彈射器的航母之一。在這之後護航航母大部分裝備了這種液壓彈射器。性能上H2-1彈射器可以將11000磅的負荷在73英尺內加速到70英里/小時的速度。基本滿足當時的作戰需要。
蒸汽彈射器的開發
經過二次大戰的實戰考驗，航母的運作技術發展的更加成熟。二戰到了末期，噴氣機開始出現，噴氣機起飛距離的增大和飛機重量的增加，導致對彈射器的功率要求更大，可是，液壓彈射器已經達到技術極限，當時已經證明這種技術的最大輸出功率只能達到20兆焦耳。推進活塞速度達到90英里/小時之後的工作效率急劇下降。而且，彈射器的液壓油在高速流動推進時有沸燃現象，在安全性和工作可靠性上存在極大問題，而且頂桿鋼纜系統重量很大。當時彈射器的問題成為延誤航母使用噴氣機的主要原因，此時，英美意識到高能彈射器技術的重要性，就著手開發新技術
在技術方面，為提高彈射器的效率，30年代已有人提出了「直接驅動」（DirectDrive）的結構概念，著重於降低驅動裝置的動態總重。從而改善彈射器的加速效率。開縫式汽缸設計就是在這種概念下產生的。作為動態結構的活塞和牽引器用最短的距離直接連接，以減低推進活塞和牽引器這兩個動態結構的重量。
機械上，這種結構的難度是既要讓驅動活塞/前引器結構在汽缸縫裡自由移動，又要保持必要的工作壓力。最大的技術問題是如何防止泄漏導致壓力下降。不少設計者曾為此提出過多種不同的解決辦法，最早的方案是在汽缸縫上設置彈性結構，既能讓活塞結構通過，又可以在活塞通過後不讓外漏。這種設計在40年代末曾用在XH-8液壓彈射器上，性能上，XH-8彈射器可以將15000磅的負荷加速達到120英里/小時的速度。可是，試驗中也發現，彈性密封裝置在高壓狀態下密封效果很不理想。
經過一系列的研究和試驗後，發現最簡單的方案，是在汽缸內放置密封條，然後通過前進的活塞，將汽缸里的金屬密封條直接頂入汽缸縫，並利用缸內的壓力將密封條壓緊，從而壓力的不泄漏。
在開縫氣缸開發的同時，英國的後備役人員科林。米切爾向海軍建議嘗試使用艦上主鍋爐產生的蒸汽直接驅動彈射器的可能性。英國海軍就此開展了初步試驗，試驗中證實了蒸汽彈射器的功率遠高於液壓彈射器，而且發現彈射造成的蒸汽消耗對整體推進功率影響不大。而且可靠性和安全性更高較液壓彈射器更高。
1950年，英國海軍開始在「英仙座」航母上正式對蒸汽彈射器進行一系列的試驗。試驗中，研究人員成功地解決了影響開縫式氣缸工作的兩個最大問題，第一是氣缸縫受缸內壓力擴張的問題，第二是彈射氣缸本身受熱後變形的問題。1952年對蒸汽彈射器的試驗證明成功，這種被稱為米切爾式彈射器的裝置正式開始裝備而且被沿用至今。
自從航空母艦誕生之後，飛機都是依靠自身的發動機帶動螺旋槳產生拉力，使戰鬥機或轟炸機從航母甲板上起飛，這在以木質和輕金屬材料為主的螺旋槳飛機時代當然不是問題，但是隨著噴氣式時代的到來，雖然發動機推力增大不少，但是為了超音速飛行，機身加固重量增加的更多，而且艦載機機體還要更進一步加強才能耐受降落時的衝擊，在短短的一百多米距離上使得噴氣式艦載機正常起飛只能使用額外的推力幫它一下，蒸汽彈射器便應運而生。
蒸汽彈射器是現代核動力航空母艦上的重要的飛機起飛裝置，一般通過核動力裝置產生的熱能產生蒸汽，推動飛機短距起飛。蒸氣彈射器總體來說還是非常複雜的，包括：起飛系統、蒸汽系統、歸位系統、液壓系統、預力系統、潤滑系統、控制系統等。值得一提的是，1951年英國海軍航空兵司令首先提出蒸汽彈射器的概念並研製成功，而美國在1960年提出的內燃彈射器是第一種實用的彈射器並安裝在企業號核動力航空母艦，然而，內燃彈射器並不怎麼成功，所以美軍航母有一段時間將內燃彈射器和蒸汽彈射器混搭，不過最終，還是蒸汽彈射器以強大能力統治了航母的甲板。
當然，蒸汽彈射器也不是沒有缺點，在外人看來美國海軍航空兵把蒸汽彈射器玩的那叫出神入化，得心應手，但是其中吃過什麼苦頭，實在是不足為外人道也，要不然美國也也不好下大力氣研製電磁彈射器。最直觀的缺陷就是蒸汽彈射器的維護工作量大的要命，據資料顯示，單純的維護，更換，運轉蒸汽彈射器的費用就佔到了整個航母全部設備維護資金的80%，這是在是令人很咋舌的一個比例。另外，維護運轉蒸汽彈射器需要龐大的人力資源，這個數字是多少呢？500人！沒錯，美國核動力航母上有500個人專門伺候蒸汽彈射器。最後，由於蒸汽彈射器的先天設計缺陷，美國海軍11艘核動力航母能隨時作戰的只有三分之一，而另外一多半航母待在基地或港口更換蒸汽彈射器複雜管路，閥門，氣缸，密封材料，可見美國海軍迫不及待的給新式的福特號航母換上還在試驗中的電磁彈射器也是實在受夠了蒸汽彈射器低下的維護性。
上圖是我國海軍部門研製的蒸汽彈射器原理樣機，在樣機階段就已經感受到美國海軍的痛苦，炙熱的蒸汽使得各種管路和密封圈老化速度加劇，只要一個不起眼的密封圈出現問題，整個系統就要停機不斷的修，修，修！當我國的863項目開展實施圈定項目的時候，果斷的將大功率直流電機列入其中，而蒸汽彈射器造了一套樣機就作罷。
我國公布的航母電磁彈射器模型，廠家意味深長的放了一架殲-15艦載機的模型在上面
電磁彈射器的優點不少，首先就是功率損耗要小於蒸汽彈射器，第二是是可控性好，當蒸汽彈射器的蒸汽閥門打開後，彈射過程基本就無法控制了，而電磁彈射則不一樣，全過程始終可控，可以根據負載變化、飛機速度調整牽引力的大小，另外，針對不同機型設計不同的彈力曲線，這是蒸汽彈射器做不到的。
從這個意義上來說，如果中國繼續研製和使用蒸汽彈射器，顯得很不合時宜而且研製出來就已經落伍，用我國海軍裝備專家的話說，中國之所以第一艘國產航母繼續使用滑躍式起飛，是因為海軍在航母使用經驗上還需要補課，遼寧號培訓出來的人員是熟悉滑躍式的操作流程的，繼續採用滑躍式有助於順利過渡，而且已經在上海開工第二艘國產航母已經確定採用平頂直通甲板和彈射器，電磁彈射器在中國航母上的使用，可以說指日可待。
TAG:軍事前瞻 |