技术领域
[0001] 本
发明提供一种航空母舰舰载机弹射器，尤其是一种双动力舰载机弹射器，是航空母舰舰载飞机
起飞动力不足时的一种助力装置。
背景技术
[0002] 目前，世界上拥有航母的多数国家，一般都采用
蒸汽式弹射器，这种弹射器
气缸都是开口的，用密封条来封住气缸开口，此技术使用复杂，机件易损坏，它的最大缺点是始终保持有充足的蒸汽，用起来很不方便，如果
蒸汽压力不足就会使弹射飞机时间延缓。而目前的现代战争一般都是高技术条件下的局部战争。 时、空"禁区"的限制大为缩小，作战行动更富于突然性。 现在少数国家正在研究、试用的电磁弹射器用电量极大，技术性很强,经常会出现严重故障，根据美国海军2016年6月的一份报告“, 福特”号上的电磁弹射器平均240次弹射就会出现严重故障,远达不到设计要求的4000多次平均无故障间隔。还有“杰拉尔德·R·福特”号航母磁弹射器的设计非常复杂，以至于航母的机组人员无法修复故障，这意味着在海上一旦出现问题，飞机将无法在
水平甲板上起飞。最近美国《防务新闻》
网站报道，福特号的4台电磁弹射器已经有三台出现故障。其中一台一度因为技术故障彻底停摆，一台无法以最大出力弹射满载弹药油料的FA18战机。还有一台管线被检查出了些许问题。在我国电磁弹射器，正在研究和试验中，将来国产航母用上电磁弹射时，不可能不出故障，如果在战时出现故障，不能很快排除，就会贻误战机。倘若在弹射中出现故障，很可能将飞机掉在海里，造成巨大损失。另外还有电磁轨道炮、升降机、激光（激光的功率都不算大）等其它用电加起来的话必须要航母总功率达60兆瓦以上,否则电磁弹射器充电时也会影响其它系统用电的。
发明内容
[0003] 针对上述不足，需要研制一种新形航空母舰弹射器，使其节约
能源，降低成本，并且使用方便。有鉴于此，本发明提供了一种双动力舰载机弹射器，它的技术方案是这样实现的，它是将一个磁悬浮电磁弹射器单元和一个智能
弹簧弹射器单元组合而成，磁悬浮电磁弹射器单元在弹射过程中如果发生故障，使舰载机的初速度降低时，计算机立即打开智能弹簧弹射器单元，智能弹簧弹射器瞬间工作后，带动磁悬浮电磁弹射器单元和舰载机
加速，使舰载机安全起飞，本发明占用空间少，安全可靠，便于操作，实用性强。
[0004] 所述的磁悬浮电磁弹射器单元，是采用电磁作用原理产生的电磁推力使物体加速，因电磁驱混合动力与
电流平方成正比，所以只要保证足够的电流输入，便能在发射装置内产生足够大的推力，使物体达到更高的速度。
[0005] 所述的悬浮电磁弹射器单元，包括： 电源装置、强迫储能装置、直线
电机、
导轨、
牵引杆、脉冲发生器、控制系统、辅助系统。
[0006] 所述的电源装置：采用直流电源，电磁弹射器的电源容量要求也比较大，一般容量在5 8KVA左右。~
[0007] 所述的强迫储能装置，是电磁弹射器的核心部件，它不仅缓解了发电机的压力，同时在弹射器不工作时吸收发电机的
能量，使发电机几乎不受冲击性负荷的影响。电磁弹射系统的强迫储能系统要求在45秒内充满所需要的能量。最大的舰载机起飞一般需要消耗的能量不会超过120兆焦,而这强迫储能系统最大能储存140兆焦的能量,此时充电功率为3.1兆瓦,算上损失,4兆瓦左右。
[0008] 直线电机：磁悬浮电磁弹射器就是用直线电机来驱动的，在弹射过程中，射动机是电磁弹射系统的核心组成部分，是一种把输入的
电能转换为
动能，从而在一定距离内推动舰载飞机加速至规定弹出速度的功率执行部件。
[0009] 导轨：磁悬浮电磁弹射器的导轨，安装在起飞甲板的下面，并且每跟导轨内部均有超导体与其熔接，中间是高压冷却油，导轨与飞机牵引杆的
接触面至导轨中心还有很多特细的小孔，所以其冷却油不仅仅是为超导体降温，还有润滑的作用，而且会使飞机牵引杆在运行时降温。
[0010] 控制系统：所述的控制系统是整个EMALS 系统的大脑，通过运算控制程序，大量的
位置、
温度、速度等不同类形的
传感器，不间断地指挥、监视着EMALS 全系统的工作。
[0011] 牵引杆：所述的牵引杆是在飞机前轮下与飞机前轮连为一体的装置，可收缩并放置在飞机的
腹腔内。其中间也为超导体，但无油冷却通道，而且与导轨连接处面积较大，均为软接触。在起飞前，飞机牵引杆伸出至上下导轨之间，飞机
发动机起动并开始运行，但约一秒钟时弹射器通电，强大的电流从导轨经飞机牵引杆后再流回另一对导轨并形成回路，牵引杆在强大的电磁力下被推动运行到高速后电流被强制截止。
[0012] 脉冲发生器：所述的脉冲发生器是以上过程实际上是脉冲发生器（电力
电子系统控制储能系统脉冲放电，调节直线电机转速）完成的。
[0013] 所述的一种双动力舰载机弹射器第二个单元，是一种智能弹簧弹射器，所述的弹射器是利用机械弹性
势能的转换原理进行设计，用弹簧的扩张推力，使飞机得到巨大的前进动力。
[0014] 所述的智能弹簧弹射器，动力传输用
钢索来完成，它不但减少了占用面积，而且节省了成本，使
活塞到达
上止点后前行的惯性减小。同时，钢索在
主轴和
电动机的旋转惯性下能将活塞拉回，使用钢索能起到
制动作用。
[0015] 所述的智能弹簧弹射器，在活塞后移到位时，为了使巨型电动机自动停止转动，防止损坏机件，特设置了制动装置和断电器。
[0016] 所述的智能弹簧弹射器，在
摩擦片底座后面设置
铁芯，铁芯直接插入线圈内侧的
铜管内，有效地增强了线圈对摩擦片底座的吸引力。
[0017] 所述的智能弹簧弹射器，在弹射过程中随着弹簧的扩张，弹力会越来越小，.针对这个问题，本发明将弹射器的长度适当加长，可将
弹簧钢棒的直径增粗或将弹簧的外径增大。
[0018] 所述的弹射器，也可采用大弹簧内套小弹簧的技术方案，此技术部件小好制作，两个弹簧的长度一样，扩张压缩的的速度一样，所以两个弹簧之间摩擦很小。
[0019] 本发明的优点是：结构简单、维修保养方便、使用寿命长、占用空间少，节能环保、是一种最理想的舰载机弹射器。
[0020] 钢棒直径为80mm弹簧外径为800mm
弹射器总长度110米
弹簧最大负荷18.5吨时
最大形变模量52米
有效做功行程81米
飞机起飞速度60米/秒
其加速度为18米/秒^2
最大推力约为50.72吨/秒
最短工作周期35秒。
[0021] 为了克服弹簧多次弹射的疲劳问题，特采用一种60CrMnMoA特除弹簧钢，这种60CrMnMoA特除弹簧钢，主要用于负荷较重、
应力较大、直径较大的
螺旋弹簧，耐
腐蚀、
耐磨性好能，抗疲劳度大于五十万次。
[0022] 60CrMnMoA弹簧钢的特性：
抗拉强度 σb (MPa)：≥1225(125)
弹性模量为E=210GPA
条件
屈服强度 σ0.2 (MPa)：≥1078(110)
伸长率 δ5 (%)：≥9(供参考)
断面收缩率 ψ (%)：≥20
硬度 ：
热轧,≤321HB;冷拉+
热处理,≤321HB。
[0023] 为了克服弹簧的疲劳问题(1)采用先进的
冶金热处理技术，从根本上改进弹簧材料的表面及内部
质量；
(2)采用灵敏度高的NDE技术，控制并减少弹簧表面的
缺陷；
(3)采用有效的
喷丸技术，获得有益的表层产流应压力；
(4)减少弹簧圈的
节距。
[0024] 本发明的优点是：使用寿命长，占用空间少，容易操作，安全可靠。
[0025] 弹射器总长度95米；气缸内径0.8米；
有效做功行程85米；
飞机起飞速度60米/秒；
加速度为18米/秒^2；
最大推力约为50.72吨/秒；
最短工作周期35秒。
附图说明
[0026] 下面结合附图对本发明作详细的说明：图1为一种双动力舰载机弹射器的正视图；
图2为智能弹簧式弹射器的示意图；
图3为磁悬浮电磁弹射器的结构示意图；
图4为制动装置的示意图；
图5为活塞固定栓的示意图；
图6为缓冲装置的结构示意图；
图7为线圈旋转多片摩擦式电磁
离合器的结构示意图；
图8为内摩擦片和外摩擦片的结构示意图。
[0027] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合
实施例，对本发明进行进一步详细说明。
[0028] 附图标志： 导轨(1)、滑车(2)、甲板(3)、横担(4)、立杆(5)、牵引槽(6)、挂钩 (7)、钢索(8)、活塞(9)、活塞固定栓(10)、智能弹簧弹射器
外壳(11)、内弹簧(12)、外弹簧(13)、减速弹簧(14)、活塞固定栓
导线(15)、弹簧座(16)、活塞固定栓电流
控制器(17)、低速电动机(18)、制动装置导线(19)、电动机皮带轮(20)、电动离合器皮带轮(21)、轴套(22)、大轴(23)、制动轮(24)、制动装置(25)、制动装置电流控制器(26)、前盖(27)、强迫储能装置(28)、导线(29)、
燃料电池(30)、摩擦片(31)、底座(32)、压盘(33)、压簧(34)、制动装置外壳(35)、螺丝孔(36)、线圈(37)、钢柱(38)、活塞固定栓线圈(39)、铜管(40)、小弹簧(41)、缓冲弹簧(42)、滑车上盖(43)、缓冲垫(44)、外连接件(45)、
衔铁(46)、离合器外摩擦片(47)、离合器内摩擦片(48)、磁轭(49)、三
角带槽(50)、滑环(51)、离合器线圈(52).具体实施方式 根据附图1所示，在飞行甲板牵引槽的下面两边各安装导轨(1)，在导轨(1)上安装滑车(2)，在滑车(2)的下面安装横担(4)，在滑车(2)内安装缓冲装置，在滑车(2)的上面中间设置挂钩 (7)，在两个导轨(1)的中间，安装智能弹簧弹射器单元，智能弹簧弹射器内安装有内弹簧(12)和外弹簧(13)，活塞(9)上端安装有立杆(5)。
[0029] 根据附图2所示，先将减速弹簧(14)放入智能弹簧弹射器外壳(11)内，将钢索(8) 的一端与活塞(9)链接，放入智能弹簧弹射器外壳(11)内，接着放入内弹簧(12)、外弹簧(13)，钢索 (8)从内弹簧(12)和外弹簧(13)中间穿过，大轴(23)用
轴承固定在智能弹簧弹射器外壳(11)后端，钢索(8)的另一端固定在大轴(23)中间，在活塞(9)上部安装立杆(5)，大轴(23)右侧安装电动离合器皮带轮(21)，电动离合器皮带轮(21)与电动机皮带轮(20)，用三角带连接，大轴(23)左侧安装制动轮(24)和制动装置(25)，制动装置(25)用制动装置导线(19),连接制动装置电流控制器(26)，制动装置电流控制器(26)用导线连接低速电动机(18)和
蓄电池。
[0030] 根据附图4所示，摩擦片(31)固定在底座(32)上，底座(32)另一侧安装压簧(34)和压盘(35)，底座(32)中的铁芯，插入制动装置线圈(37)内，制动装置线圈(37)是缠绕在铜管上的，将制动装置(25)用螺丝固定在智能弹簧弹射器外壳(11)上，使摩擦片(31)与制动轮(24)结合。
[0031] 根据图5所示，在活塞固定栓(10)外壳内安装铜管(40)，中间安装活塞固定栓线圈(39)，将小弹簧(41)安装在铜管(40)内，再将钢柱(38)安装在铜管(40)内。
[0032] 根据图6所示，缓冲装置安装在滑车(2)内，缓冲装置由缓冲弹簧(42)、滑车上盖(43)、缓冲垫(44)组成。
[0033] 根据图7所示，本图采用的是一种
现有技术“线圈旋转多片摩擦式电磁离合器”已经使用多年。在磁轭(49)的外表面和线圈槽中分别用环
氧树脂固连滑环(51)和离合器线圈(52)，线圈引出线的一端焊在滑环(51)上，另一端焊在磁轭(49)上接地。外连接件(45)与外摩擦片(54)组成回转部分，内摩擦片(55)与轴套(22)、磁轭(49)共组成另一回转部分。当线圈通电时，衔铁(46)被吸引沿
花键套右移压紧摩擦片组，离合器接合。这种结构的摩擦片位于励磁线圈产生的
磁力线回路内，因此需用导磁材料制成，离合器线圈(52)与蓄电池和电脑控制系统连接。
[0034] 将所有部件安装完毕后，在弹射器外壳内注入机油，在飞机点火起飞前，立即启动电动机，电动机带动大轴转动，大轴将钢索进行缠绕，钢索带动活塞下移，弹簧逐渐被压缩，当活塞到达
下止点时，活塞固定栓钢柱自动弹出，这时立即切断电源，制动装置将制动轮固定。需要用磁悬浮电磁弹射单元弹射飞机时，首先将飞机与挂钩连接，当飞机加速时，计算机测算到飞机的初速度低于起飞要求时，计算机及时发出指令，迅速打开制动装置和活塞固定栓电流控制器，发射弹簧失去控制后，将活塞向前弹出，活塞立杆瞬间撞到缓冲装置上，推动滑车飞速前行，使舰载机安全离舰升空。这时启动电动机，使活塞下行，准备下一次弹射。
