蒸汽弹射器原理简单,但为何只有美国能造?

2023-06-27 0 525

舰载在航空母舰上返回地面有三种形式:一类是依靠自身燃气轮机提供的角速度在舰桥上降落;另一类是借助辅助的N53SI241SV装备降落。借助蒸气喷射就属于第三种降落形式。实际上蒸气燃气轮机的基本原理很单纯,我们可以把它看作是两台往复式蒸气机,也是把高速旋转蒸气能量转化为势能然后作功,只不过这台活塞式蒸气机的动力螺距长了点,高达八、九十米。

看到这儿很多听众可能会问,既然基本原理这么单纯,为什么目前多于英国能行出可喷射轻型舰载的第二代蒸气燃气轮机?这原因在于蒸气燃气轮机存在三个制造症结,妨碍了大多数国家对其的探索和发展。

症结一张口气缸

张口气缸是燃气轮机的核心,就是由它和喷嘴共同造成的拘束力把高速旋转高温蒸气中的电能转换成拉动直升机的巨大势能。张口气缸之因此难催生原因在于它是张口的,由于气缸每一次喷射都要经历冷却系统、预热的操作过程,因此张口气缸的形变是不免的,但要确保张口气缸在频繁冷却系统预热操作过程中的形变量完全一致,以避免影响喷嘴的通畅运动就比较困难了。

而且这三条喷射轨道是由数十个张口气缸连接而成的,每个4米长,表面积大、重量大,因此是钢玻璃钢,先不说气缸内的高速旋转蒸气会导致刹车片形变,外界的温度变化就会让其造成不小的形变,因此如何确保这十几个气缸的研磨精确度、形变量和加装精确度保持规律一致,对研磨工艺技术要求很高。

蒸汽弹射器原理简单,但为何只有美国能造?

图注:鞍斑航空母舰上加装燃气轮机张口气缸的情景,两条近十米长的张口气缸要确保加装精确度,没错件难的事情,

症结二密闭性能

这里指的是张口气缸的密闭,即使喷嘴在张口气缸内是靠蒸气促进回转,这就必然涉及到气缸的密闭问题,即使密闭不好就无法受到限制的压力,促进直升机行进也就难以实现。

燃气轮机张口气缸有三种密闭形式,旧式燃气轮机选用的是设置在气缸张口两侧的塑料带形成“鞋底”式密闭,这种形式的优点是塑料难破损和劣化,需要经常更改。现在的燃气轮机密闭选用的是“填条”式形式,是用喷嘴带动一根场效应金属条,喷嘴在行进的同时将密闭条拉入气缸盖和气缸缝的空隙中完成密封。

但是要知道喷射其工作时,气缸内的蒸气压力高达20-80千克/平方厘米,如何确保这么长的张口气缸在高速旋转下受到限制的密闭度也不是难的事。

蒸汽弹射器原理简单,但为何只有美国能造?

图注:蒸气燃气轮机每次喷射结束后都会将管内的剩余蒸气排出

症结三弹射储气罐

燃气轮机的储汽罐是一类大尺寸的高速旋转容器,虽然储气罐没有活动部件,结构也相当单纯,但由于要承受高速旋转,尺寸又大,因此对于航空母舰燃气轮机来说,又有使用次数、重量限制和耐高温方面的要求,因此必须要有很好的蠕变性能和抗拉强度,因此还要承受几十万次的喷射冷却系统/卸压疲劳循环,因此对制罐材料、制造设备和焊接工艺等方面提出了特殊的高要求。

这种储气罐制造工艺也是相当的繁琐,先是用钢杵穿过钢锭,反复锻压制成环节状,经车削研磨后,再将几个环节焊成筒体,两边封头用万吨以上的水压机整体压出或分块压出,然后经过切削研磨再焊接,因此焊接的要求更高,稍有不慎,就会使部件报废。实际上,就连制造喷射储气罐所用的耐高温特种合金钢,目前也多于几个国家才能制造,可见其制造难度。

蒸汽弹射器原理简单,但为何只有美国能造?

图注:蒸气燃气轮机虽然十分可靠,但是保养起来也麻烦

结语

除了这些技术上的制造症结外,蒸气喷射也存在表面积大、需要消耗的淡水多、保养繁琐等优点,而效率更高、结构更简单的电磁喷射技术则更适合作为舰载降落的辅助装置。

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