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航母用的蒸汽弹射器早在上世纪50年代就上舰,为何过去70年仍只有美国有这个技术?
来源:www.ascsdubai.com    时间:2022-06-08 06:50    点击:106   编辑:admin

目前有装备蒸汽弹射的航母只有美国的“尼米兹”和法国的“戴高乐”,那么“尼米兹”和“戴高乐”有没有什么共同点?她们都是核动力航母,而我们的辽宁舰和002国产航母、英国的“伊丽莎白女王级”航母,以及俄罗斯的“库舰”,都是常规动力航母,且都没有装备蒸汽弹系统射,而是采用了滑跃起飞的方式,所以我们可以粗略地下一个定义:想要装备蒸汽弹射器,首先得有核动力航母(不是一定,因为使用常规动力的“小鹰级”航母上面也有蒸汽弹射器)。

▲蒸汽弹射内部

为什么这么说?有两点,首先是装一个蒸汽弹射器需要占去航母内部大量的空间,而相对来讲,核动力航母对内空间的利用率要明显高于常规动力航母,常规动力航母因为需要携带大量的燃油,所以单是动力系统就要占据很大一部分的内部空间,这样一来,再装个蒸汽弹射器对于常规动力航母来说可能就有点勉强了;其次是淡水的问题,蒸汽弹射,顾名思义,需要大量的蒸汽能量来作为弹射动力,而蒸汽哪里来?把水用锅炉烧开就有蒸汽了,而这个水又是淡水,所以,蒸汽弹射需要消耗大量的淡水资源,举个例子,早期“小鹰级”常规动力航母上的C13型蒸汽弹射器,每弹射一次就需要消耗大概625公斤的蒸汽和1吨左右的缓冲淡水,多次弹射后会对航母的动力产生一定影响。

▲正在测试的蒸汽弹射系统

不过,虽然航母的淡水供应能力主要是跟蒸馏设备有关,比如常规的“小鹰级”航母上有6个蒸馏器,日产淡水量达到了1500多吨,而核动力的“尼米兹”航母上面有4个蒸馏器,每天的淡水产量也是1500吨左右,两者的淡水产量是差不多,但是常规动力毕竟是烧油的,燃料就那么多,淡化海水用掉一部分能量,那么其他地方需要的能量就相应会少一点,因此,跟理论上“能量无限”核动力航母相比,常规动力航母在有选择的情况下,选择滑跃式起飞或许比蒸汽弹射更加合适,而且蒸气弹射器的造价本身就非常昂贵,设计、制造和安装的技术难度很复杂,日常的保养维护成本又很高,因此也不是哪个国家都能用得起的。

武器装备不是单单看性能,还要看成本,性价比最高才是合适的,所以,成本和性价比也是除技术条件外对蒸汽弹射系统的一个限制,因为曾经拥有蒸汽弹射技术的国家有三个,分别是美英苏,美国的是C-13型,英国的是BS5型,苏联的则是mayak型,到现在就只有美国的C-13还在服役了,苏联的mayak型则是因为随着苏联的解体,“乌里杨诺夫斯克号”航母也随之被停工拆解,所以这个弹射系统也就跟着夭折了,而今天的俄罗斯连造一艘想要的水面舰艇都难,就别说玩蒸汽弹射了。至于英国,则应该是考虑到了成本的问题,简单点说就是没钱,如果有钱的话,还不如让“伊丽莎白女王级”航母的2号舰早点下水服役,搞什么蒸汽弹射?滑跃式起飞不好么?

▲“戴高乐”航母上的蒸汽弹射系统

法国也一样,技术是一方面,另一个原因也是成本,法国本来就是跟着美国混的,不愁买不到这玩意,而且直接购买的成本明显要少于自己从零开始研发,美国和法国之间也没有直接的利益冲突,美国海军和法国海军之间同样也不是敌对状态,所以,既然买更省钱的话,为什么还要花更多的精力去搞研发呢?再说了,在蒸汽弹射这方面,美国已经玩出花了,蒸汽弹射技术的巅峰就掌握在美国的手里,其他国家就算研制出来了,那也将会处于一种“装备即落后”的尴尬境地,有这个功夫,还不如多花点心思在电磁弹射上面,电磁弹射才是未来航母弹射技术的主流,想要实现弯道超车,蒸汽弹射是没戏的了,电磁弹射才有可能。因此,这就是为什么今天只有美国才有蒸汽弹射的原因,有相关技术储备的没钱,有钱的心思又不在这里,人家需要的是电磁弹射。

众所周知,惯性是物体的一种固有属性,惯性可以为人类带来有利的一面,也可能带来不好的一面,例如我们想要舰载机在航母上快速起飞和安全降落,但由于惯性的存在以及航母甲板上的降落跑道长度有限,我们不得不为航母配置两样东西:蒸气弹射装置和阻拦索。

飞机的起飞的原理是利用高速度下飞机翅膀上下的压力差,根据伯努利方程,速度越快,产生的差压也就越大,想要在有限的甲板上获得起飞速度,除了滑跃起飞,最好是“助推”一把,这就是弹射起飞。

图释:蒸气弹射器原理图

弹射起飞的历史悠久,从1911年的压空弹射器到后来的液压弹射器,再到1951年提出的蒸气弹射器,再到目前的电磁弹射器,弹射器已经经过了100多年的发展。但是这个技术只有美国成熟,这是为什么?

首先蒸气弹射的原理并不复杂,就是利用高压蒸气推动活塞,由活塞带动飞机,短距离内(45-80米)可以将飞机拉到每小时250千米的速度,接着活塞由归位机归位后,进行第二次助推弹射,每个弹射器每分钟至少可弹射一架飞机。

难点之一在于高压气缸制造以及安装,其实任何高压设备的制造都是技术难点,正弹射器由两条平行的圆筒气缸,每个气缸长度约45米至80米,一次锻造这么长的高压气缸是无法完成的,需要多段组合而成,将多段气缸无缝组合起来,做到完全对中,又是很难的工艺。

难点之二,高压力下的密封问题,我国核电站压力容器使用的密封垫圈之前主要依靠进口,因为高压下的密封一直是工程难点。弹射器的活塞工作在高温高压环境中,还要经过数万次的加压泄压,循环工作,在这样的工作环境下,密封是一大技术突破点。

难点之三,配套设置需消耗巨大能量,已经公开的资料表明一个弹射器弹射一次需要消耗0.7吨淡水。海水淡化装置,淡水加热装置、蒸汽锅炉等都需要大量能源,这些对于普通动力航母是个挑战,蒸气弹射更适合核动力航母。

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