无缘登上国产航母的蒸汽弹射器长什么样？

马氏体

2022-06-17 12:46

今天，我国第二艘国产航母、第一艘弹射型航母、美国以外世界上第一艘超级航母——“福建舰”在上海江南造船下水，标志着我国海军建设迈上新台阶。

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与依靠舰载机自身动力滑跃起飞的“辽宁舰”、“山东舰”不同，“福建舰”利用弹射器辅助舰载机加速，只需要百余米长的距离就能实现舰载机的重载起飞，大大提升了放飞舰载机的效率和机群的作战能力。让我们尤为自豪的是，官宣“福建舰”使用了当今最先进的电磁弹射和阻拦装置。

目前美国的“尼米兹”级航母采用蒸汽弹射器，即利用高压蒸汽推动汽缸中的活塞，带动飞机前进；最新的“福特”级航母采用电磁弹射器，使用电磁力（直线电机）驱动。

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（美国“福特”号航母的电磁弹射器测试及弹射T45舰载教练机）

与蒸汽弹射器相比，电磁弹射器具有体积小、重量轻、效率高、弹射力度精准可调、可维护性好、不影响舰艇动力（蒸汽弹射的蒸汽来自动力系统，无论是用核反应堆还是燃油锅炉“烧开水”，从动力系统取出蒸汽用于弹射都会影响舰艇动力；在先进的电力管理系统的支持下，靠发动机-储能系统供电的电磁弹射器则不会影响动力系统的驱动力输出）等优势。

大国重器的研发，从来是“两条腿走路”，在最先进的电磁弹射器之外，我国也布局了传统的蒸汽弹射器的研发。虽然它没能登上我们自己的超级战舰，但同样是我国海军建设的一个重要足迹。今天，就让我们来窥探一番国产的蒸汽弹射器究竟是何方神圣。

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参照上图美国尼米兹级航母蒸汽弹射器的结构，核心部位是一组（两条）长长的汽缸和沿着汽缸运动的活塞。美军现役的C13系列蒸汽弹射器全长约百米，汽缸必须保证极高的平直度。

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只有一种方法能够生产这种超长、超精密的汽缸，那就是冷拔法。

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这就是为什么，由中船704所研制的蒸汽弹射器，会把一些关键部件的加工重任交给一家生产冷拔机和液压油缸的民营企业——江苏昌力科技发展有限公司。

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从生产无缝钢管和工程机械用的液压油缸起家，昌力科技凭借高超的冷拔技术，在军民融合战略的指导下进入军工行业，为导弹发射系统等提供冷拔加工产品。2013年，在国内没有其他企业投标的情况下，他们拿下了生产弹射器的项目。

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上图可能是弹射器所用的某种导轨，一组两根，引导弹射器的滑动部件在其间高速运动。这同样是超长、超精密的冷拔部件。当然，不可能做到一次冷拔出百米长的导轨，应该是由最长十余米的分段组合而成的。

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为什么说这家企业参与的是弹射器项目呢（原视频中只说是“国家十二五规划一项超高难度的科研项目”）？

且看——

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支撑导轨的导轨梁，采用的是与船体相同的AH36钢板，使导轨梁与船体有相同的热膨胀系数，防止导轨因温度变化而扭曲变形。

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AH36钢，是我国船用钢板标准中的一种高强度（屈服强度≥355MPa）船用钢板。而从乌克兰买回来的原“瓦良格”号航母（“辽宁舰”的前身），在一般的船体结构部分，使用的同样是这一级别的钢板（36代表屈服强度355MPa级，A、D和E代表钢材的低温韧性水平，H代表高强度钢板，因此A36其实就是AH36）。在我国的航母发展路径上，“瓦良格”号起到了非常重要的参考作用，那么在新的国产航母上，对于一般性的船体结构，沿用苏联经验，采用成本低、焊接性好的AH36钢也是很有可能的（至于对钢材性能要求极高的飞行甲板，我们采用的是自主研制的高性能钢材）。也就是说，这项军工项目的应用场合，很可能就是国产航母。

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这张图展示的是导轨梁或汽缸（个人更倾向于汽缸）的安装支座。最底下的固定座焊接到船体上，汽缸安装在“凹”型空间内，通过丝杠滑轨可以对安装位置进行上下左右的精细调整。这个支座是批量生产的，说明这台设备的长度很长。

接下来，就来看看这台关键设备的长度。

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导轨梁单根长度5.16米，共40根，总长101.33米，难道算术算错了？

不，结合刚才提到的蒸汽弹射器的结构，很容易想明白，这些导轨梁分为两组，每组20根，长5.16×20=103.20米，相差的零头估计是相邻两根导轨梁安装时的重叠部分。

101.33米，这个长度，与美国典型的蒸汽弹射器的尺寸能够对应上。

为什么说是蒸汽弹射器而不是电磁弹射器呢？

首先，当然是根据保密原则，即将投入使用、尚未公开的国产电磁弹射器显然是“过于先进，不便展示”，而已经被电磁弹射器淘汰掉的蒸汽弹射器获得公开亮相更说得通一些。

其次，看设备细节——

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这是即将为这个项目发货的密封条的包装，密封条被盘成一大卷，“110”的数字可能代表总长度110米。电磁弹射器中没有流体介质（除了可能用到的冷却液），而只有蒸汽弹射器需要密封条来密封汽缸。“密封条”三个字前的“*体”难以辨识，看字形可能是“整体”或者“流体”。

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与普通的液压缸不同，蒸汽弹射器使用的是侧面开缝的汽缸，活塞上方的连接臂穿过汽缸的开缝，连接到甲板上牵引飞机的机构。为了防止漏气，在整条汽缸的长度上，都需要有一根密封条盖住开缝。平时密封条紧紧地包裹住开缝，在活塞的连接臂到达时，就像划开自封袋的封口一样开启密封条，让出连接臂通行的空间，连接臂通过后又立刻自动压合密封条，防止活塞后面的高压蒸汽泄漏。

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（美国航母正在进行蒸汽弹射，甲板上留下一道烟雾，是从弹射器汽缸开缝中泄漏出来的蒸汽）

高压蒸汽推动活塞飞速运动到弹射器的终点，助力舰载机一飞冲天，但活塞自身也得迅速停下来，不能把汽缸乃至舰体撞坏了。这就需要在弹射器末端装上缓冲机构，使活塞能够平稳制动。

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上面这个装置曾经让我百思不得其解，直到看到昌力科技的实用新型专利《适用于开口缸的缓冲机构》，附图里连导轨（编号为3）上的开孔都画出来了，真是严谨。原来这是弹射器缓冲机构的模型。

缓冲机构的核心还是昌力科技的老本行——阻尼缸（实物图里导轨两侧的绿色圆筒，示意图中编号为2）。这是一种特殊的液压缸，当外部负载带动活塞高速运动时，缸体内的流体（液体或气体）被活塞挤过小孔，流体分子之间以及分子与小孔壁之间发生摩擦，迅速消耗掉外部输入的动能，即发生节流阻尼现象，从而使外部负载减速。这个弹射器活塞缓冲装置，与电脑椅的升降杆、床板的气压支撑杆是同样的原理。

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这是昌力科技的油气混合高速阻尼缸，正在由外部液压动力驱动进行伸缩试验。

根据昌力科技的专利《适用于高速阻拦的阻尼缸》，他们的阻尼缸能够做到“在16m的距离内将质量为1吨速度在90m/s及以下的负载实现平稳制动”。一开始我以为是阻拦索使用的阻尼缸（用于消耗掉舰载机着陆时的动能，迅速把飞机“拉”停下来），但这个重量和距离指标实在不太像舰载机（舰载机重量普遍在10吨以上，拉住阻拦索后的制动距离在百米左右），尽管不能排除是验证性的阻拦索阻尼缸模型或者阻拦索的力量经过滑轮组传递以后的换算值。但如果结合弹射器缓冲机构的专利来看，这更有可能是用于弹射器上的。弹射器里的运动部件，包括活塞和牵引飞机的机构等，加起来重量不超过1吨看起来是合理的；90m/s的速度，已经超过歼-15舰载战斗机的参考原型——苏联苏-33战斗机首次滑跃起飞试验的起飞速度，相当于美国海军F/A-18E/F“超级大黄蜂”舰载机重载起飞的弹射速度。

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（我国在某舰载机训练基地的跑道上安装了弹射器，用于在陆地上进行人员训练和装备测试）

航母之所以被誉为造船工业皇冠上的明珠之一，之所以只有极少数几个国家能够建造航母，不仅仅是因为航母巨大的吨位，更是因为航母作为海上流动机场、作为超大型武器平台，具有极高的复杂性，对相关技术、设备、材料、人才、造船基础设施乃至整个工业体系的配套都有极高的要求。

根据节目透露，昌力科技于2013年接到这项重大研制任务。那时，“辽宁舰”刚刚服役一年，国产航母“山东舰”刚刚开工。这两艘航母都是滑跃式起飞的，而弹射式的第三艘航母当时只在图纸上甚至还在规划中。从那时起就布局弹射器的研发，就和2008年开始航母钢材的研发一样，是一个独立自主的军工强国为航母这款顶尖重器做的扎实配套，是一个立志建成海军强国的国家一步一个脚印的踏实奋进。

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