非线性变矩弹射器

阅读:954发布:2020-06-19

专利汇可以提供非线性变矩弹射器专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种可 加速 飞机在短跑道上快速 起飞 的新型弹射装置。用于航空母舰和军用飞机场。非线性变矩弹射器,是使用 电能 ,由大型 电机 驱动、光-电信息传导和控制的一个全新型弹射器。非线性变矩弹射器的基本原理:电:电机驱动,磁:电磁离合。光:光电精确 定位 。控:系统工程自动控制。非线性变矩器:直径呈非线性可变 力 矩异形滚筒。动力系统的构成:1.加载器;2.嵌合器;3.储能器;4. 制动 器;5.反向器;6.非线性变矩器;7.主、辅电机;8.减速器。非线性变矩弹射器的特性:1.力矩可变;2.负载可选;3.行程可调;4.速度可变;5.没有 蒸汽 和电磁弹射器的诸多弊端;6.技术经济性好,造价低,工期短。,下面是非线性变矩弹射器专利的具体信息内容。

1.非线性变矩弹射器,是使用电能,由大型电机驱动、光-电信息传导和控制的一个全新型航空母舰弹射器。
产品权利要求
一.非线性变矩器的结构:由5部分构成:
(1.)主轴:非线性变矩器的主传动轴
(2.)主动盘:其特征是与主传动轴固定在一体的大直径圆盘体,上面装置着加载器和嵌合器,与变矩器对接并同轴。
(3.)变矩器:以主传动轴为动力轴,以特种轴承与主传动轴相连接,在主轴上可相对转动的大直径滚筒,滚筒的中间段直径较小,两端较大且曲线不对称,直径变化呈非线性规律,有两条螺旋形牵引索槽,围绕在滚筒上,转动时牵引索的拉力可变力矩的异形滚筒。
(4.)牵引索:在滚筒上连接着两条牵引索,一条是主牵引索,另一条是回牵索,向两个方向缠绕在滚筒上,与甲板下的前、后导引轮和甲板上的牵引头滑轨组成环绕的循环索。
(5.)反向器:在需要回牵复位时,反向器启动加力使变矩器反转。反向器位于变矩器的另一端,与变矩器同轴。
二.非线性变矩弹射器的系统构成:由11部分构成
(1.)控制系统:由计算机系统与其他各个系统相联系,对整个弹射器的各个部分进行精确的状态控制,使其达到安全、可靠、准确、快速地驱动飞机起飞
(2.)能源系统:可以使用核动力或常规动力产生的电力。航空母舰的主能源-高温气冷核反应堆-热交换器--汽轮发电机-变电系统-中压电源配电中枢-弹射器电源系统。
(3.)动力系统:主动力能源分配到弹射器的各个动力设备,高压电机,辅助电机,电磁系统,液压系统,传动系统
(4.)阻尼与定位系统:确保弹射器在大负载条件下的推进、往复和豪秒级准确的始发定点与终点定点,强力的制动装置。
(5.)冷却系统:重载传动体的冷却循环体系,采用自循环冷媒冷却方式。由循、冷媒介质循环管路、控制等组成。
(6.)回转同步系统:反向传动与张力平衡同步机构。牵引索同步器。
(7.)牵引系统:与飞机相连接的机构和系统。含牵引头与牵引索及反向牵引机。
(8.)轨道系统:沿跑道设置的牵引头与牵引索往返运行的轨道,包括轨道、自动接载器、自动脱钩器、缓冲器、半槽式轨道、轨道润滑器等。
(9.)安全系统:确保整个弹射器系统正常运行的安全保障系统,安全信息预警系统,监测装置,声音图象磁场电路状态记录装置,报警装置。
(10.)信息系统:对全部系统状态进行传感、检测,各种信息全面传输到自动化处理系统。电子信息系统将弹射器的操作运转达到人与机器和谐统一的状态。
(11.)维护系统:电子自检与人工维护相结合的维护系统。
三.动力系统的构成
(1.)加载器 由静止状态加载启动装置
(2.)嵌合器 重型载荷电磁加力机构
(3.)储能器 存储惯性动能加力装置
(4.)制动器 牵引行程双向终段刹车装置
(5.)反向器 换向恢复装置,含反向电机与制动器
(6.)变矩器 非线性滚筒与传动装置
(7.)主、辅电机 多级并联变频驱动同步电动机
(8.)主、辅减速器 大载荷低噪音减速器。
四.主电动机的启动控制系统:
(1.)能够对主电动机进行多级并联递进控制的电路系统。
(2.)可分组控制电源,分组控制电机功率与转速,可助推大、中、小载荷飞机起飞。大功率变频调速器。
(3.)变频调速以串并联方式,高可靠性启动电机,控制大功率电动机,调节变矩器转速与飞机起飞速度。
五.非线性变矩器的基本特征:
非线性变矩弹射器具备在电机恒定转速下,使变矩器实现加速度牵引轻、中、重型飞机起飞的功能。

说明书全文

非线性变矩弹射器

[0001] 本发明涉及一种可助推飞机加速在短跑道上快速起飞的新型弹射装置。可用于航空母舰和军用飞机场。
[0002] 非线性变矩弹射器,是使用电能,由大型电机驱动、光-电信息传导和具有系统自动控制功能的一个全新型弹射器。
[0003] 弹射器的现有同类技术状况:
[0004] 目前世界上所有的航空母舰弹射器都是使用的蒸汽弹射器。正在研究发展的电磁弹射器,尚未最后成功投入使用。
[0005] 目前世界上只有美国一家公司能够制造蒸汽弹射器。法国也不得不从美国订购弹射器,但美国为法国造的蒸汽弹射器,其性能只及美国自用型号的一半。
[0006] 蒸汽弹射器有其不少缺点。美国的航空母舰在执行作战任务时经常是成双成对地出动,就是因为蒸汽弹射器动作慢,经常出故障,为了弥补缺陷,增加飞机起飞密度,才成对配合。满负荷运转时,它要消耗航母约1/3的动能源
[0007] 蒸汽弹射器
[0008] 该技术是蒸汽机时代的技术平。它由以下部分组成:
[0009] (1)弹射器做功系统:双联式开槽汽缸、活塞活塞环、滑轨式牵引器、U型密封条、导气管、汽动、排气阀、安全阀、测距仪、压力传感器
[0010] (2)弹射器附属系统:海水淡化设备、贮水池、高压水锅炉、高压储汽包、加热装置。
[0011] (3)弹射器控制系统和导流板。
[0012] 蒸汽弹射器的缺点大体上有以下这些方面:
[0013] 1.虽然蒸汽弹射器的原理并不复杂,但是结构和制造工艺很复杂,机械制造的材料和工艺要求很高。世界上许多国家都没有能够造出蒸汽弹射器。复杂的结构,庞大的系统却是低下的效能。
[0014] 2.汽缸活塞的运动和推动力矩曲线与飞机所需要的加速度曲线不相符合,行程后段的推力衰减比较严重。
[0015] 3.前段加速度高,冲击力大,对于飞机的结构强度要求高,飞行员的身体感受强烈,甚至会造成短暂的晕眩,弹射过程后段的加速度下降明显。
[0016] 4.需要使用和消耗大量的淡水,由水蒸汽作为介质来传递动力,需要专门的海水淡化设备。
[0017] 5.迷宫式的蒸汽管道管路长,管线多,体积大,易漏汽,故障率高、维护工作量大。
[0018] 6.每次需要向储汽包充汽并加热,效率低,起飞准备时间长。以至于在战时需要两艘航母共同编队以提高效率,增加飞机起飞的密度。
[0019] 7.制造工艺难度高,需要大型专用设备,如大型刨铣机、大型镗缸机、大型轨道曲线磨床等等。
[0020] 8.密封件消耗大,漏汽现象明显。更换密封件不易,且很耗费时间。
[0021] 别人准备淘汰的技术,如果我们再捡起来,毫无必要。重要的是,不仅需要我们投入大量资金、人力进行研究,而且即使开发成功,也已经落后于美国60-70年了,再使用50年,则以后就是落后于美国100多年了。
[0022] 这样一来,浪费的不仅仅是我们的巨额资金和人力,更是宝贵的时间。航母这样的大型战略武器技术的明显落后造成的可能是未来战争的失败!我们不能在一开始就注定输在起跑线上。技术的创新至关重要。
[0023] 转引自《舰船知识》
[0024] 电磁弹射器
[0025] 1998年,美国正式开始研究电磁弹射器,其实它就是一台大型的直线电机。虽然它的效率比蒸汽弹射器高,但是也存在着致命的缺陷。如:
[0026] 1.频繁的往返启动导致强磁场和电磁爆。
[0027] 2.大幅度的电涌流、电压降频繁发生。
[0028] 3.最主要的是大功率变频调速器难以解决。电路异常复杂的大功率变频调速器的控制可能处于脆弱的状态,极易出现故障。
[0029] 4.每一组线圈都按照全负荷启动的功率设计。消耗大量的芯和线圈。
[0030] 5.据报道至今试验成功的是行程只有50M、动力和体积只有1/4的模型机。功率再增大会有技术性质跨跃性的困难。据美国公开的消息,该设备要正式上舰是在2014年,能不能最终成功还是两种可能性。
[0031] 转引自《舰船知识》
[0032] 我们有能力,也必须研究发展中国自己的新型弹射器。
[0033] 现在我军装备建设特别强调一个“信息化”,几乎上升为原则。对于航空母舰的信息化,就必须要有大型预警机上舰。
[0034] 航空母舰如果没有弹射器,预警机怎么上,如果上不了预警机,航母舰队和舰载机控制的区域半径就要大打折扣。
[0035] 所以说弹射器的问题不是一个纯技术问题,而是造航母能否实现战略目标的问题。如果实现不了这个目标,耗资巨大的工程,它的战略做战能力就不能有效实现。
[0036] 美国使用了60年的蒸汽弹射器技术即将淘汰,电磁弹射器尚未成功。世界上弹射技术处于青黄不接的境况。
[0037] 我们国家怎么办?我们只有另走新路。今天的目标,只能更高、更强、更先进。经过数年研究,我们已经有了中国自己独创的技术方案和相当的把握。
[0038] 弹射器是系统工程,中国要建造航空母舰,弹射器技术必须密切配合现代大吨位新型航空母舰的总体综合功能要求进行设计制造。弹射器系统必须达到未来航空母舰武器性能所需要的目标,必须高度可靠,高度安全,高度现代化。
[0039] 新的目标和方案,没有先例,唯有原创,只有按照航空母舰本身的客观要求和中国自主的工业技术进行创新,优势后发,另辟蹊径。
[0040] 本发明非线性变矩弹射器是按照新技术条件下所能够实现的方案设计,可完全国产化,可达到更高技术水平。
[0041] 非线性变矩弹射器的基本原理:
[0042] 电:电力能源,电机驱动,电子技术,电容储能。
[0043] 磁:磁力加载,磁力嵌合,电磁制动,电磁离合。
[0044] 光:光电耦合信息传导,光电子技术精确传感定位
[0045] 控:控制装置系统工程化,全自动控制。
[0046] 非线性变矩器:直径呈非线性可变力矩异形滚筒。
[0047] 由大功率电动机经过减速机所驱动的大轴上安装着的异形滚筒,滚筒呈中间细,两端粗的形状,直径的变化呈非线性改变,上面有螺旋槽。在中间较细的位置,固定着主牵引索的一端,牵引索绕过舰艏甲板下面的前导引轮,穿过牵引滑轨,与牵引头相连接。当飞机就位需要起飞时,主驱动轴上随电动机转动的加载器,与静止的变矩器滚筒切合,带动滚筒旋转,缠绕起主牵引索拉动牵引头从跑道起点向前加速,由于滚筒的直径是中间细两端粗,牵引索沿着绳槽缠绕在变矩器上,在转速不变的情况下,滚筒直径的非线性增加,使牵引索的线速度呈加速态提高,绕到最粗的直径时,可以达到最大加速度值。当牵引头到达跑道接近终点时,制动器立即刹车,滚筒停转,飞机在本身动力和牵引动力的双重作用下,在很短的行程内获得了起飞所需要的初速度,飞离甲板。制动停止后,滚筒另一端的反向器立即贴合,变矩器反转,带动上面绕的回牵索,将牵引头沿着滑轨拉回起飞点,并再次处于起飞准备状态。
[0048] 按照大型航母舰载机的最大需求设定参数:
[0049] 1。起飞跑道长度100米。
[0050] 2.弹射器的有效作功行程90米。
[0051] 3。牵引力:小型5tf;中型50tf;大型180tf;
[0052] 4。起飞初速度:中型飞机:100米/秒;大型飞机:80米/秒
[0053] 5。起飞加速度:5g 3.3g
[0054] 6。起飞频率:20秒/架.次
[0055] 非线性变矩弹射器的动力学特性:
[0056] 1。非线性变矩弹射器动力输出稳定均衡。
[0057] 2。动力曲线与冲量曲线相近。
[0058] 3。飞机过载力低,冲击小,安全程度高。
[0059] 4。动力加载加速呈非线性,较柔和渐进。
[0060] 5。双重加载,辅助制动。光电耦合电子系统工程精确控制。
[0061] 非线性变矩弹射器的系统构成:
[0062] 1.控制系统:由计算机系统与其他各个系统相联系,对整个弹射器的各个部分进行精确的状态控制,使其达到安全、可靠、准确、快速地驱动飞机起飞。
[0063] 2.能源系统:航空母舰的主能源-核动力或常规动力。高温气冷核反应堆-热交换器--汽轮发电机-变电系统-中压电源配电中枢-弹射器电源系统。
[0064] 3.动力系统:主动力能源分配到弹射器的各个动力设备,6000--10000V高压电机,辅助电机,电磁系统,液压系统,传动系统
[0065] 4.阻尼与定位系统:确保弹射器在大负载条件下的推进、往复和豪秒级准确的始发定点与终点定点,强力的制动装置。
[0066] 5.冷却系统:重载传动体的冷却循环体系,采用自循环冷媒冷却方式。
[0067] 6.回转同步系统:反向传动与张力平衡同步机构。牵引索同步器。
[0068] 7.牵引系统:与飞机相连接的机构和系统。含牵引头与牵引索,及反向牵引机。
[0069] 8。轨道系统:沿跑道设置的牵引头与牵引索往返运行的轨道,包括轨道、自动接载器、自动脱钩器、缓冲器、半槽式轨道、轨道润滑器等。
[0070] 9.安全系统:确保整个弹射器系统正常运行的安全保障系统,安全信息预警系统,监测装置,记录装置,报警装置。
[0071] 10.信息系统:对系统状态进行传感检测,各种信息传输到自动化处理系统。电子信息系统将弹射器的操作运转达到人与机器和谐统一的状态。
[0072] 11.维护系统:电子自检与人工维护相结合的维护系统。
[0073] 非线性变矩器动力系统的构成
[0074] 1。加载器 变矩器加载启动装置
[0075] 2。嵌合器 重型载荷电磁加力机构
[0076] 3。储能器 存储惯性动能加力装置
[0077] 4。制动器 牵引行程双向终段刹车
[0078] 5。反向器 循环恢复装置,含反向电机与制动器
[0079] 6。变矩器 非线性滚筒与传动装置
[0080] 7。主辅电机 多级并联变频驱动同步电动机
[0081] 8.减速器 大载荷低噪音减速器
[0082] 四.主电动机的启动控制系统:
[0083] 1.能够对主电动机进行多级并联递阶控制的电路。
[0084] 2.能够分组分别接入控制电源的功能,分组控制电机功率,达到对于不同吨位飞机的恰当推力。节约电能。
[0085] 3.变频调速分路控制电动机各个绕组,以小功率变频调速控制方式来控制大功率电动机,调节飞机起飞速度。
[0086] 蒸汽弹射器 电磁弹射器 变矩弹射器
[0087] 3种类型弹射器的技术性能和经济性的综合比较:
[0088]
[0089]
[0090]
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