飞机短程起飞空气弹射系统的利记博彩app
【专利摘要】在航空母舰、微型机场等飞机起飞跑道长度严重受限的场合下，飞机借助弹射器起飞具有重要意义。本发明涉及的飞机短程起飞空气弹射系统利用压缩空气作为弹射飞机的能量介质，通过压缩空气的吸热膨胀过程获得弹射能量，它具有构造较简单、重量较轻的特点。
【专利说明】飞机短程起飞空气弹射系统
一、【技术领域】
[0001]本发明涉及的飞机短程起飞空气弹射系统(以下简称空气弹射系统)属于军事、航空领域，它适用于航空母舰、微型机场等起飞跑道长度严重受限场合的飞机起飞弹射。
二、【背景技术】
[0002]在航空母舰、微型机场等跑道长度严重受限的场合，飞机借助弹射器起飞具有重要意义。目前航母上采用的弹射器有蒸汽弹射和电磁弹射两大类。本发明涉及的空气弹射系统利用压缩空气作为弹射飞机的能量介质，它具有构造较简单、重量较轻的特点。
三、
【发明内容】
[0003]1、本发明涉及的空气弹射系统属于军事、航空领域，它适用于航空母舰、微型机场等起飞跑道长度受限场合下的飞机起飞弹射。
[0004]2、该空气弹射系统以压缩空气作为能量介质，利用压缩空气吸热膨胀获得弹射能量。
[0005]3、该空气弹射系统的压缩空气由涡轮压缩机和活塞式压缩机协同工作获得，涡轮压缩机承担一级压缩任务，活塞式压缩机承担二级压缩任务；空气压缩后储存在储气设备中。
[0006]4、该空气弹射系统压缩空气所需的动力由燃气轮机提供。
[0007]5、该空气弹射系统的弹射机构与飞机之间采用单向传力；弹射飞机时，燃烧燃料使储气设备中的压缩空气吸热并流入弹射气缸进行膨胀，高压空气推动弹射气缸中的活塞，活塞带动弹射机构使飞机加速起飞；弹射机构靠近弹射行程末端时，通过制动装置使弹射机构制动，飞机则弹出。
[0008]6、该空气弹射系统工作时，压缩空气在弹射气缸中不充分膨胀，每次弹射完成后，弹射废气流向燃气轮机进行二次膨胀。
[0009]7、该空气弹射系统可采用双向弹射或单向弹射的形式。
四、【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1、图2所示为该空气弹射系统的工作原理，图1所示为单向弹射系统，图2所示为双向弹射系统。图中各编号对应的组件名称如下:
[0011]11——涡轮压缩机
[0012]12——燃气轮机燃烧室
[0013]13—燃气轮机
[0014]21——飞轮(可选)
[0015]22——离合器(可选)
[0016]23—减速机(变速箱)
[0017]30——活塞式压缩机[0018]41、42-冷却器
[0019]50——储气设备(气罐)
[0020]60、61A、61B、62A、62B、63-气阀
[0021]70A.70B——弹射器燃烧室
[0022]80——弹射气缸
[0023]90——弹射活塞
[0024]91——耐热柔性拉索
[0025]92-导向轮
[0026]93——弹射架
[0027]94A、94B——弹射机构制动器
[0028]95——回程系统(适用于单向弹射)
[0029]96——起飞跑道
五、【具体实施方式】
[0030]1、空气弹射系统的组成
[0031]该空气弹射系统主要由以下功能部分组成:
[0032](I)动力及传动系统一燃气轮机输出动力，经传动、惯性储能、变速等过程后驱动压缩机的系统(燃气轮机13、飞轮21、离合器22、减速机23等属于动力及传动系统组件)。
[0033](2)空气压缩系统一消耗机械能压缩空气的系统(涡轮压缩机11、活塞式压缩机30等属于空气压缩系统组件)。
[0034](3)弹射气动系统——将压缩空气的能量转化为弹射所需的机械能的气动组件(弹射气缸80、活塞90、以及弹射气路上的各种气阀等属于弹射气动系统组件)。
[0035](4)弹射传力机构——将弹射活塞的力传递给所弹射的飞机的机构(耐热柔性拉索91、导向轮92、弹射架93等属于弹射传力机构组件)。
[0036](5)制动系统 弹射完成后，让弹射机构停止运动的系统。
[0037](6)供油燃烧系统——含燃气轮机及弹射气路中的供油燃烧系统(燃气轮机燃烧室12、弹射器燃烧室70A、70B等属于供油燃烧系统组件)。
[0038](7)冷却系统一含压缩过程冷却器、以及视需要对弹射气缸进行冷却的系统。
[0039]2、工作原理及具体实施途径
[0040]该空气弹射系统的弹射气动过程可描述为“一级压缩一冷却一二级压缩一冷却一储气一压缩空气吸热膨胀(弹射)一弹射废气节流(流回燃气轮机)一空气吸热膨胀驱动涡轮(输出动力)”。
[0041]该空气弹射系统工作的力学原理为:燃气轮机输出动力驱动涡轮压缩机及活塞式压缩机(涡轮压缩机与活塞式压缩机分别承担一级、二级压缩任务)；压缩机产生高压空气存入储气设备中；需弹射飞机时，储气设备中的高压空气吸热并进入弹射气缸80膨胀驱动活塞90，活塞90通过拉索91驱动弹射架93，弹射架93将能量传给需要起飞的飞机。
[0042](一 )气体压缩过程
[0043]空气压缩过程的起点为涡轮压缩机进气端，压缩结束后存入储气设备，该过程中具体环节如下:
[0044](I)进气过程一涡轮压缩机11的进气端从自然界吸入空气。
[0045](2) 一级压缩过程一涡轮压缩机11执行一级压缩任务。
[0046](3)压缩中冷过程一一级压缩之后，空气流经冷却器41进行冷却。
[0047](4) 二级压缩过程一冷却后的空气进入活塞式压缩机30进行再次压缩。
[0048](5)冷却、储气一空气经活塞式压缩机压缩后，流经冷却器42进行冷却，再存入储气设备50 (气罐)。
[0049]( 二)弹射过程
[0050]当需要弹射飞机时，储气设备释放压缩空气，燃烧室7A (或7B)供油燃烧，空气吸热升温并流入弹射气缸80 (膨胀)，活塞90的两侧产生压差，活塞在两侧压差作用下加速运动经拉索带动弹射架，从而将飞机弹出。
[0051](I)单向弹射系统的弹射过程
[0052]图1所示的单向弹射系统中，弹射起始时，活塞90位于气缸80的右端，关闭气阀62A，打开气阀61A，燃烧室70A供油燃烧使空气吸热，吸热后的空气流入弹射气缸80并膨胀，推动活塞90向左运动；气缸左侧的空气在活塞做弹射运动时被“挤出”气缸并流向燃气轮机；活塞靠近气缸左端时，飞机被弹出，关闭气阀61A，制动器94A对弹射架实施制动，打开气阀62A并控制其开度使弹射废气按一定流量进入燃气轮机13进行二次膨胀。
[0053]图1所示的单向弹射系统每完成一次弹射之后，弹射机构需要“回程”，才能执行下一次弹射任务。弹射结构的“回程”任务由回程系统95完成(回程系统可采用“拖拽式”的卷扬机)。弹射废气流回燃气轮机使活塞90两侧压差消除后，松开制动系统94A，完全打开气阀62A，回程系统95将弹射架93及活塞90拉回到弹射起点位置。
[0054](2)双向弹射系统的弹射过程
[0055]图2所示的双向弹射系统中，飞机A弹射起始时，活塞90位于气缸80的右端，关闭气阀62A、61B，打开气阀61A、62B，松开制动器94B，燃烧室70A供油燃烧使空气吸热(燃烧室70B不工作)，高压空气从右侧流入气缸80并膨胀，推动活塞90向左运动，活塞靠近气缸左端时，关闭气阀61A，飞机A被弹出，制动器94A对弹射架实施制动，打开气阀62A并控制其开度使弹射废气按一定流量回到燃气轮机13进行二次膨胀。弹射废气流回燃气轮机的过程应在下一次弹射任务开始前结束。
[0056]弹射飞机B与弹射飞机A的原理相同，差别仅是将气阀61A、61B及62A、62B的开闭方式对换，燃烧室70A、70B的供油点火对换，以及制动器94A、94B的使用对换。
[0057]双向弹射器的弹射机构采用环形拉索传力，活塞位于弹射气缸的两端均可执行弹射任务，因此它无须回程系统。
[0058](三)弹射废气的二次膨胀
[0059]为使弹射力维持在一个较为理想的水平，弹射过程宜避免空气膨胀过于充分(若空气膨胀充分，则膨胀前后气压降幅大，将造成弹射力衰减严重，对弹射效果有不利影响；同时，空气充分膨胀则储气压力波动大，可能影响压缩系统工作稳定)。因此，弹射膨胀结束后，气缸中的气压会维持在较高水平，当弹射废气压强高于燃气轮机正常进气压强时，通过气阀62A、62B节流降压，使其按一定压强和流量回到燃气轮机进行二次膨胀。
[0060](四)热能利用及热交换[0061]该空气弹射系统弹射飞机的能量归根到底是源于“热能”，弹射系统中有两个节点需要供给热能，一处是燃气轮机燃烧室12，此处供给热能让空气能量水平提高后驱动涡轮，从而获得压缩空气所需的动力；另一处是在弹射膨胀时给空气提供热能，弹射时提供的热能一部分被转化为弹射运动系统的动能，一部分被弹射废气吸收。
[0062]燃气轮机排气温度一般较高，若排气余热相对储气温度(或燃气轮机进气温度)之间有足以值得利用的温差，可通过设置热交换器利用燃气轮机的废气余热(附图中未示意废气余热利用)。
[0063]该空气弹射系统工作过程中，压缩过程中空气温度升高，从降低压缩能耗、减轻系统热负荷考虑，可采取压缩级间冷却、储气冷却措施降低压缩空气的温度。此外，实际应用中可视需要对弹射气缸采取冷却措施。
[0064](五)机械传动及制动
[0065]该空气弹射系统弹射力起源于弹射气缸内活塞两侧的气压差,弹射气缸内的活塞是弹射力的起点，活塞的力可通过各种可能的途径传递给需要弹射的目标(飞机)。为缩短布置弹射机构的长度，图1、图2中采用了柔性拉索传力，并布置了导向轮组使拉索转向。(当弹射机构长度无严格限制的情况，可取消转向机构，将弹射架和气缸顺序布置，此时可采用刚性杆在活塞与弹射架之间传递弹射力)。
[0066]弹射任务结束后，弹射机构处于高速运动状态，需采取制动措施使弹射机构制动，图1、图2所示的原理图中，通过在弹射运动终点附近设置制动器实现弹射机构的制动。制动器可采用类似飞机在航母上降落时的“阻拦索”机构，也可采用摩擦制动或其它有效的制动方式。在双向弹射系统中，需设两套制动器(94A、94B)，两套制动器轮流工作。
[0067](六)其他
[0068](I)飞轮的使用选择
[0069]该空气弹射系统工作时,活塞90在弹射行程中后期的运动速度很快,活塞90的快速运动使弹射气缸80中低压侧的空气以很快的速度被“挤出”并流向燃气轮机13，此时，若燃气轮机13的进气流量和压强过高，将产生两方面的不利影响:一是可能影响燃气轮机13的正常工作；二是会降低弹射效果(弹射活塞背压过高造成弹射力下降)。实际应用中，可通过降低弹射起始时燃气轮机的进气压强，以避免这两个不利因素。
[0070]由于燃气轮机的进气压强降低后其输出动力也相应降低，若燃气轮机输出动力降幅过大影响到压气机正常工作时，可设置飞轮21，利用飞轮的惯性储能作为燃气轮机短时间动力不足的补充。
[0071](2)燃气轮机与弹射气路之间的流量调节问题
[0072]该空气弹射系统工作时，视不同技术水准及使用需求，驱动燃气轮机必须的空气流量与弹射气路流量之间的关系有三种可能(此处的“流量”的含义为“平均流量”):
[0073]①、燃气轮机流量=弹射气路流量
[0074]②、燃气轮机流量> 弹射气路流量
[0075]③、燃气轮机流量< 弹射气路流量
[0076]对“燃气轮机流量=弹射气路流量”的情况，附图中气阀63在系统正常运行时处于关闭状态。
[0077]“燃气轮机流量>弹射气路流量”的本质是:仅靠弹射气路的空气流量经燃气轮机膨胀做功不足以提供弹射气路上压缩空气所需的机械能，需要额外增加燃气轮机的气流量获得更多的动力。此时可有以下解决方案:一是将涡轮压缩机的排气端与燃气轮机进气端连通，让涡轮压缩机产生的压缩空气直接补给燃气轮机(采用此方案时，若弹射起始点要求的燃气轮机进气压强低于涡轮压缩机的排气压强，可通过气阀63临时截断涡轮压缩机与燃气轮机之间的补给气路)；二是可在附图所示的弹射系统之外增设燃气轮机组(含压气机及燃气涡轮)，以加强压缩空气的动力。
[0078]若“燃气轮机流量<弹射气路流量”，可在燃气轮机前泄走部分压缩空气。(也可通过调整各环节上的相关技术指标避免这种情况发生如调整涡轮前温度，使系统回到“燃气轮机流量=弹射气路流量”的情况)。
[0079](3)弹射系统的启动与停机
[0080]该空气弹射系统的运行靠燃气轮机驱动，弹射系统的启动从启动燃气轮机开始。燃气轮机启动后，只要储气压强到达弹射要求的气压，弹射器即可投入工作。
[0081]燃气轮机的启动可由外力驱动(如设置启动电机)。用外力驱动燃气轮机启动时，将气阀63打开，燃烧室12供油燃烧，燃气轮机带动涡轮压缩机11运转压缩空气，压缩空气经燃烧室12吸热后进入燃气轮机膨胀做功即可开始运转。系统刚启动时，为减轻运转阻力，可断开燃气轮机13与活塞式压缩机30之间的离合器22，气阀60置于关闭状态；待燃气轮机转速提升至正常水平后，合上离合器22，打开气阀60，使活塞式压缩机进入工作状态。
[0082]当储气设备中存有压缩空气时，弹射系统可不依靠外力驱动，直接利用压缩空气启动燃气轮机；如图1中，将气阀61A、62A同时打开，储气设备中的压缩空气即可流向燃气轮机驱动其运转(当储气压强较高于燃气轮机工作压强时，需将61A置于节流状态)。
[0083]弹射系统需停机时，关气阀61A、61B，停止供油让，燃气轮机进气压强逐渐降低并减速，当转速降低到一定水平，关闭气阀60切断压缩气路，并避免漏气。
[0084](4)安全措施
[0085]该空气弹射系统的为高压气动设备，为避免气压过高发生危险，应在恰当部位设置限压阀(如可在气阀60前后设置限压阀，图中未示)。
[0086](5)其它用途
[0087]在合适的情况下，该空气弹射系统的储气设备可作为其他设备的气源使用；此外，若有条件，燃气轮机输出的动力也可用于驱动其它设备。
【权利要求】
1.本发明涉及的飞机短程起飞空气弹射系统(以下简称空气弹射系统)属于军事、航空领域，它适用于航空母舰、微型机场等起飞跑道长度受限场合下的飞机起飞弹射。
2.该空气弹射系统以压缩空气作为能量介质，利用压缩空气吸热膨胀获得弹射能量。
3.该空气弹射系统的压缩空气由涡轮压缩机和活塞式压缩机协同工作获得，涡轮压缩机承担一级压缩任务，活塞式压缩机承担二级压缩任务；空气压缩后储存在储气设备中。
4.该空气弹射系统压缩空气所需的动力由燃气轮机提供。
5.该空气弹射系统的弹射机构与飞机之间采用单向传力；弹射飞机时，燃烧燃料使储气设备中的压缩空气吸热并流入弹射气缸进行膨胀，高压空气推动弹射气缸中的活塞，活塞带动弹射机构使飞机加速起飞；弹射机构靠近弹射行程末端时，通过制动装置使弹射机构制动，飞机则弹出。
6.该空气弹射系统工作时,压缩空气在弹射气缸中不充分膨胀,每次弹射完成后,弹射废气流向燃气轮机进行二次膨胀。
7.该空气弹射系统可采用双向弹射或单向弹射的形式。
【文档编号】B64F1/06GK103963988SQ201310045934
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年2月5日 优先权日:2013年2月5日
【发明者】曾礼 申请人:曾礼