阅读说明：本技术 一种动态聚能式舰载机弹射器及其使用方法 (Dynamic energy-gathering type shipboard aircraft catapult and use method thereof ) 是由 姜明 于 2019-04-23 设计创作，主要内容包括：本发明的一种动态聚能式舰载机弹射器及其使用方法,通过动态聚能的方式将动力设备的动能集聚起来传递给舰载机,使其获得足够的起飞加速度,其结构包括主机模块、跑道模块和智能控制器,主机模块内置蓄能电机上的取力机构与外接动力设备的动力输出轴连接,通过传动机构将动力传递给弹射牵引轴和归位牵引轴端的离合器,为弹射牵引轴和归位牵引轴的传动轴提供动力,牵引跑道模块中的滑梭进行往返加速运动,将蓄能电机聚集起来的旋转动力转变成直线加速动力传递给舰载机,由于舰载机的弹射作业是间歇瞬间进行,弹射作业时,蓄能电机与外接动力设备一起弹射做功,非弹射作业时,蓄能电机在外接动力设备的驱动下发电为航母提供额外电力。(The invention relates to a dynamic energy-gathering carrier aircraft catapult and a using method thereof, which gathers the kinetic energy of power equipment by a dynamic energy-gathering mode and transmits the kinetic energy to a carrier aircraft to ensure that the carrier aircraft obtains enough takeoff acceleration, the structure comprises a host module, a runway module and an intelligent controller, a power taking mechanism on an energy-accumulating motor arranged in the host module is connected with a power output shaft of external power equipment, the power is transmitted to a clutch of an ejection traction shaft and a homing traction shaft end through a transmission mechanism to provide power for a transmission shaft of the ejection traction shaft and the homing traction shaft, a shuttle in the traction runway module performs reciprocating acceleration motion to convert the rotary power gathered by the energy-accumulating motor into linear acceleration power and transmit the linear acceleration power to the carrier aircraft, because the ejection operation of the carrier aircraft is performed intermittently and instantly, the energy-accumulating motor and the external power equipment perform ejection work together, when the aircraft is not in ejection operation, the energy storage motor is driven by the external power equipment to generate electricity to provide extra power for the aircraft carrier.)

一种动态聚能式舰载机弹射器及其使用方法

技术领域

本发明涉及军工装备或航母装备技术领域，具体地说是一种动态聚能式舰载机弹射器及其使用方法。

背景技术

目前，美国现役的或在研制的航母舰载机弹射器主要有二种：

第一种是美国10个核动力航母战斗群上现役的蒸汽弹射器；第二种是美国正在研制的电磁弹射器；

蒸汽弹射器和电磁弹射器都是原始的将静态高压蒸汽的势能或静态蓄能设备中的电能转换成直线动能的单体原动机，是两种弹射器每次弹射的功耗分别是7 万千瓦和10万千瓦，造价分别是9000万美元和28亿美元，功耗之大，成本之高，制造难度直大是众所周知的，而且都要高度依赖核动力航母，目前美国和中国正在研制的电磁弹射器仍存在重大技术障碍，仍是世界制造航母的高门槛，对于只有常规动力航母的国家是可望而不可及的。

第三种是已经完成中试的可以在常规动力航母、核动力航母以及通用陆基机场和岛礁机场上普及使用的中国创新的同步式舰载机弹射器，发明人已经在很多相关专利文献中做过详细描述，在已经公开的相关文献中，只是对同步式舰载机弹射器在分体局部和理论上进行分析和研究，离实际应用还需要创新和改进，在此不再复述，

发明内容

本发明的技术任务是提供一种动态聚能式舰载机弹射器及其使用方法。

本发明的技术方案是按以下方式实现的，动态聚能式舰载机弹射器是由主机模块、跑道模块、外接动力设备和智能控制模块组成，主机模块、外接动力设备和智能控制模块设置在跑道模块的下方，主机模块包括机箱、齿轮箱、弹射牵引轴、归位牵引轴、蓄能电机，弹射牵引轴、归位牵引轴、蓄能电机和外接蓄能电机设置在机箱内，智能控制模块设置在机箱的外部，蓄能电机分别设置在弹射牵引轴的左右两侧，归位牵引轴设置在机箱的左侧与左侧蓄能电机相邻，机箱的前后两侧设置有齿轮箱，齿轮箱内设置有传动齿轮，机箱设置在跑道模块的下方，跑道模块中的牵引带两端分别与弹射牵引轴和归位牵引轴连接。

所述的一种动态聚能式舰载机弹射器，弹射牵引轴、归位牵引轴、蓄能电机的轴两端穿过齿轮箱向外伸出。

所述的一种动态聚能式舰载机弹射器，弹射牵引轴、归位牵引轴的两端位于齿轮箱内的部分上设置有离合器，位于齿轮箱外的端部设置有制动器，蓄能电机的轴两端位于齿轮箱内的部分上设置有传动齿轮与弹射牵引轴、归位牵引轴上的离合器外圆上的传动齿轮相互啮合，蓄能电机轴两端伸出齿轮箱外的端部设置有离合器与外接动力设备连接取力。

所述的一种动态聚能式舰载机弹射器，齿轮箱中的每个传动齿轮轴的一端伸出齿轮箱外，在其轴端设置有取力接口。

所述的一种动态聚能式舰载机弹射器，蓄能电机是飞轮蓄能、发电和对外做功多用电机。

所述的一种动态聚能式舰载机弹射器，离合器是电磁离合器、气动离合器、磁粉离合器、液力变矩器、电磁变矩器中的一种。

所述的一种动态聚能式舰载机弹射器，制动器是电磁制动器、气动制动器、电磁变矩器中的一种。

所述的一种动态聚能式舰载机弹射器，外接动力设备包括柴油机、电动机、航空发动机中的一种或多种动力混合。

所述的一种动态聚能式舰载机弹射器的工作原理及使用方法如下：

主机齿轮箱中的传动齿轮将蓄能电机和外接动力设备的动力，实时传递给弹射牵引轴上的离合器和归位牵引轴上的离合器，离合器通过智能控制模块的指令实时控制弹射牵引轴和归位牵引轴上的离合器取力或释放，驱动连接在传动轴上的牵引带在跑道模块中进行往返运动，拖动牵引带上的滑梭直线运动将动力传递给舰载机，使其获得足够的起飞加速度，由于舰载机的弹射作业是间歇瞬间进行，因此，弹射作业时，蓄能电动机做功兼取力器，与四台外接动力设备一起提供动力弹射做功，非弹射作业时，蓄能电机转换成发电机使用，在外接动力设备的驱动下发电为航母提供额外电力；

常规弹射航母设置四套弹射器，弹射训练作业时，四套动态聚能式舰载机弹射器全部启动，所有蓄能电机在外接动力设备驱动下处于发电状态为航母供电系统提供电力，四套动态聚能式舰载机弹射器的滑梭都定点在弹射跑道的起点上；

当某一套弹射器的滑梭通过牵引杆与舰载机连接处于起飞待命状态时，该套弹射器的蓄能电机立刻由发电机转换成电动机，通过航母供电系统供电，与外接动力设备同步输出轴功率，通过齿轮箱中的传动轴将动力传递给弹射牵引轴上的离合器，当弹射指令下发后，弹射牵引轴上的离合器吸合，将传动齿轮上的所有动力瞬间传递给弹射牵引轴，弹射牵引轴卷绕牵引带，牵引带牵动滑梭，滑梭牵引舰载机，使舰载机在跑道模块上获得比传统弹射器更高的起飞加速度，当滑梭牵引舰载机滑行到终点，舰载机离舰升空，滑梭在弹射跑道终点触发终点传感器，弹射牵引轴上的离合器释放，取力结束，弹射牵引轴和归位牵引轴上的制动器同步制动，滑梭定点在弹射跑道的终点位置，紧接着智能控制器控制弹射牵引轴和归位牵引轴上的制动器释放，归位牵引轴上的离合器吸合，归位牵引轴通过传动齿轮获取反转动力，反向卷绕牵引带将滑梭牵引回弹射跑道起点，滑梭在弹射跑道起点触发弹射跑道起点传感器，归位牵引轴上的离合器释放，归位牵引轴和弹射牵引轴上的制动器即可制动，将滑梭定位在弹射跑道起点，等待下一次弹射指令；

在等待弹射指令的非弹射作业期间，蓄能电机转换成发电机继续在外接动力设备驱动下向航母电力系统输出电力。

本发明具有以下突出的优异效果：

本发明的一种动态聚能式舰载机弹射器与传统蒸汽弹射器和电磁弹射器的根本区别在于，传统弹射器是通过静态蓄能获得瞬间大的压力势能或大的电功率，压力势能和电功率不代表能全部转换成动能传递给舰载机，因为蒸汽在汽缸做功过程会因温度和汽缸摩擦阻力造成能量损耗，电功率在直线电机做功时受动子磁通面积限制，造成线路阻抗损耗和磁饱和度影响变成大量废热，传递给舰载机的动能不足30％。相关专家指出“弹射一架40吨的舰载机实际功耗最大4000千瓦”，如果采用静态蓄能方式，则需要7万-10万千瓦，原因是蒸汽弹射器受汽缸截面积限制，电磁弹射器受定子和动子磁通面积的限制，静态存储的能量再大，在汽缸截面积和磁通面积的瓶颈限制下也是有劲使不出，所以，目前蒸汽弹射器最大弹射吨位只有40吨，电磁弹射器最好工作状态下也只能弹射30吨，能量利用率低下是显而易见的。

动态聚能式舰载机弹射器的最大优点是动力获取和传递过程没有瓶颈限制，通过动态聚能的方式将高端动力设备输出的动能直接集聚起来获得所需的全部动能，直接瞬间传递给舰载机，中间过程没有能量转换只有简单的机械传递，所以能量利用率接近100％。弹射吨位根据利用取力接口的多少和外接动力设备的功率大小，任意选择，弹射吨位可以大于200吨。

本发明的聚能式航母舰载机弹射器系统的工作原理如同当今的高铁动车组，由于每节车厢都有动力，行驶过程每节动力车厢都做功，连接起来就是聚能，增加再多的车厢也不会影响动车组的车速和运载能力，通过聚能方式串联起来的动车组行驶速度是传统火车几倍几十倍。聚能式航母舰载机弹射器正是利用聚能原理，将高功率密度的常规动力设备的动力聚集起来，通过动力传递机构传递给舰载机，所以能够做到体积小功率密度高，弹射吨位大，聚能弹射器通过动态聚能方式弹射吨位可以超过现有技术。

附图说明

图1是聚能航母舰载机弹射器主机模块的俯视结构示意图；

图2是聚能航母舰载机弹射器的整体主视结构示意图；

附图中的标记分别表示：机箱1、齿轮箱2、弹射牵引轴3、归位牵引轴4、蓄能电机5、智能控制模块6、传动齿轮7、离合器8、牵引带9、制动器10、取力接口11、弹射跑道12、滑梭13、外接动力设备14。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种聚能航母舰载机弹射器及其使用方法作进一步详细说明。

本发明的一种聚能航母舰载机弹射器，如图1、2所示，动态聚能式舰载机弹射器是由主机模块、跑道模块12、外接动力设备14和智能控制模块6组成，主机模块、外接动力设备14和智能控制模块6设置在跑道模块12的下方，主机模块包括机箱1、齿轮箱2、弹射牵引轴3、归位牵引轴4、蓄能电机5，弹射牵引轴3、归位牵引轴4、蓄能电机5设置在机箱内，智能控制模块6设置在机箱1的外部，蓄能电机5分别设置在弹射牵引轴3的左右两侧，归位牵引轴4设置在机箱1的左侧与左侧蓄能电机5相邻，机箱1的前后两侧设置有齿轮箱2，齿轮箱2内设置有传动齿轮，机箱1设置在跑道模块12的下方，跑道模块12中的牵引带两端分别与弹射牵引轴3和归位牵引轴4连接，弹射牵引轴3、归位牵引轴4、蓄能电机 5的轴两端穿过齿轮箱2向外伸出。

所述的一种动态聚能式舰载机弹射器，弹射牵引轴3、归位牵引轴4的两端位于齿轮箱2内的部分上设置有离合器7，位于齿轮箱2外的端部设置有制动器10，蓄能电机5的轴两端位于齿轮箱2内的部分上设置有传动齿轮8与弹射牵引轴3、归位牵引轴4上的离合器7外圆上的传动齿轮8相互啮合，蓄能电机5轴两端伸出齿轮箱2外的端部设置有取力接口11与外接动力设备14连接取力。

所述的一种动态聚能式舰载机弹射器，齿轮箱中的每个传动齿轮8轴的一端伸出齿轮箱2外，在其轴端设置有取力接口。

所述的一种动态聚能式舰载机弹射器，蓄能电机5是飞轮蓄能、发电和对外做功多用电机。

所述的一种动态聚能式舰载机弹射器，离合器7是电磁离合器、气动离合器、磁粉离合器、液力变矩器、电磁变矩器中的一种。

所述的一种动态聚能式舰载机弹射器，制动器10是电磁制动器、气动制动器、电磁变矩器中的一种。

所述的一种动态聚能式舰载机弹射器，外接动力设备14包括柴油机、电动机、航空发动机中的一种或多种动力混合。

动态聚能式舰载机弹射器的使用方法如下：

通过齿轮箱中的传动齿轮将蓄能电机和外接动力设备的轴功率输出在弹射牵引轴需要时，同步传递给弹射牵引轴上的离合器，在归位牵引轴需要时同步传递给归位牵引轴上的离合器，离合器通过智能控制模块的指令为弹射牵引轴和归位牵引轴提供动力，驱动连接在传动轴上的牵引带在跑道模块中进行往返运动，将蓄能电机同步聚集起来的全部动力在瞬间通过连接在牵引带上的滑梭转变成直线加速度传递给舰载机，使其获得足够的起飞加速度，由于舰载机的弹射作业是瞬间间歇进行，弹射作业时，蓄能电动机兼取力器，与四台外接动力设备一起提供动力弹射做功，非弹射作业时，蓄能电机转换成发电机使用，在外接动力设备的驱动下发电为航母提供额外电力；

常规弹射航母设置四套弹射器，弹射训练作业时，四套同步聚能式弹射器全部启动，所有蓄能电机在外接动力设备驱动下处于发电状态为航母供电系统提供电力，四套弹射器的滑梭都定点在弹射跑道的起点上；

当某一套聚能弹射器的滑梭通过牵引杆与舰载机连接处于起飞待命状态时，该套弹射器的蓄能电机立刻由发电机转换成电动机，通过航母供电系统供电，与外接动力设备同步输出轴功率，通过齿轮箱中的传动轴将动力传递给弹射牵引轴上的离合器，当弹射指令下发后，弹射牵引轴上的离合器立即产生电磁耦合力矩，将传动齿轮上的所有动力瞬间传递给弹射牵引轴，弹射牵引轴卷绕牵引带，牵引带牵动滑梭，滑梭牵引舰载机，使舰载机在跑道模块上获得比传统弹射器更高的起飞加速度，当滑梭牵引舰载机滑行到终点，舰载机离舰升空，滑梭在弹射跑道终点触发终点传感器，弹射牵引轴上的离合器释放，取力结束，弹射牵引轴和归位牵引轴上的制动器同步制动，滑梭定点在弹射跑道的终点位置，紧接着智能控制器控制弹射牵引轴和归位牵引轴上的制动器释放，归位牵引轴上的离合器吸合，归位牵引轴通过传动齿轮获取反转动力，反向卷绕牵引带将滑梭牵引回弹射跑道起点，滑梭在弹射跑道起点触发弹射跑道起点传感器，归位牵引轴上的离合器释放，归位牵引轴和弹射牵引轴上的制动器即可制动，将滑梭定位在弹射跑道起点，等待下一次弹射指令；

在等待弹射指令的非弹射作业期间，蓄能电机转换成发电机继续在外接动力设备驱动下向航母电力系统输出电力。

实施例1

动态聚能式舰载机弹射器的加工工艺如下：

主机模块在机械加工厂经通用机加工工艺加工组装测试后备用；

跑道模块是滑梭的导向轨道，在机械加工厂分段加工备用；

动力模块采购市售通用高功率密度动力设备备用；

智能控制模块是单片机程序控制器，购买电子器件组装测试后备用；

安装使用，根据用户指定场地，包括航母甲板，加工或开挖与主机模块、外接动力设备和跑道模块体积相吻合的机坑和沟槽，将主机模块、外接动力设备和跑道模块组装在一起，反复空载试车运行正常后，在跑道模块上方加盖跑道甲板，即可挂载试车，根据挂载吨位增减外接动力设备输入功率，直到验收合格。

实施例2

动态聚能式舰载机弹射器弹射不同吨位舰载机的使用方法：假设每弹射1吨质量的功耗为100千瓦，每台蓄能电机的单机功率输出为3000千瓦，两台合计6000 千瓦，每台外接动力设备的输出功率为1500千瓦，由于两个蓄能电机轴端均设置有离合器共有4个取力接口与四台外接动力设备的动力输出轴连接，合计聚能6000 千瓦，蓄能电机加外接动力设备共计聚能12000千瓦净功率，在智能控制器的控制调配下弹射牵引轴获得6种不同的功率输出：

1)在无外接动力设备功率接入下，由一个蓄能电机通电工作，另一个作飞轮工作输出1000千瓦的转动势能，加上蓄能电机3000千瓦的功率输出，弹射牵引轴可获得4000千瓦的静功率，可以弹射30吨以内的各种舰载机；

2)两个蓄能电机同时通电工作产生6000千瓦功率输出，弹射牵引轴可获得 6000千瓦的静功率，可以弹射60吨以内的各种舰载机；

3)通过蓄能电机轴端的四个离合器每接入一个外接动力设备获得1500千瓦的动能，加上两个蓄能电机的6000千瓦功率吨的弹射功率，弹射牵引轴分别可获得7500千瓦、9000千瓦、10500千瓦、12000千瓦的静功率输出，分别可以弹射 75吨、90吨、105吨和120吨以内的各种舰载机；

考虑功率密度因素，1500千瓦的外接动力设备，可选用坦克用柴油机；

体积小功率大的动力设备可直接选用更先进的航空发动机，单机功率输出有1500千瓦-6300千瓦，6500马力的蜗轴发动机已经在页岩气压裂车中成功应用。

实施例3

主机模块可以整机串联使用，每增加一个主机模块可以增加两个弹射牵引轴，两条牵引带，两个蓄能电机和四个外接动力接口，可使聚能弹射器的牵引吨位和牵引功率成倍增加。

齿轮箱中齿轮的作用是传递动力、调整转速和通过取力接口为前后两侧动力设备动力输出轴的旋转方向换向，使之与蓄能电机的转动方向同步。

本发明的动态聚能式舰载机弹射器动力由电动机和内燃机混合提供，而高端内燃机又代表当今最高端科技水平，具有功率密度高、体积小、能量利用率高等特点，利用蒸汽机和直线电机做功与当今的高端内燃机或航空发动机之相比明显落后。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

除本发明的说明书公开的技术特征外均为本专业技术人员的公知技术。