[發明專利]螺旋飛輪彈射器及其應用

有效

• 申請號: 201210597740.9
• 申請日: 2012-12-23
• 公開（公告）號: CN103121509A
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發明（設計）人: 黃上立
• 申請（專利權）人: 黃上立
• 主分類號: B64F1/06
• 分類號: B64F1/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及新型飛輪和航母艦載機的新型飛輪彈射器，以及新型彈射器的其他應用。

背景技術：

現有飛輪為圓盤形的結構，圓盤的中心為飛輪中軸，飛輪旋轉的動能通過中軸輸入或輸出。各種發動機上往往采用飛輪平穩機器轉速；沖床利用飛輪儲存的動能瞬間產生巨大的沖力。

早期戰列艦、重巡洋艦上的艦載機大部分采用飛輪儲能式彈射器，美國早期的航母也使用了飛輪儲能彈射器，這種彈射器當時在技術上已經較為成熟了，后來被功率更大的液壓彈射器所取代。二戰后，噴氣式艦載機對彈射功率更高的要求，催生了蒸汽彈射器，目前這一技術已沿用了50余年，一直被美國所壟斷。

在40年代開發蒸汽彈射器的同時，美國曾進行過超大型的飛輪儲能彈射器和電動彈射器的開發和實驗。理論上飛輪儲能彈射器可以達到很高的功率，但因(飛輪與纜索絞盤之間的)高速離合器的技術難題得不到解決而很快被放棄。現在熱門的電磁彈射器，所運用的是飛輪儲能和直線電機技術，美國目前已在新一代航母上安裝、實驗。

從本質上來講，各種彈射器都包括儲能和彈射兩大部分：

a.飛輪式彈射器的儲能部分是飛輪，彈射部分是纜索絞盤；

b.蒸汽彈射器的儲能部分是高溫、高壓儲氣罐，彈射部分是巨大的超長氣缸；c.電磁彈射器的儲能部分是飛輪或蓄電池，彈射部分是直線電機。

上述各種彈射技術共同的難點是：彈射瞬間，巨大的能量從儲能器向彈射器爆發式地傳輸，并要求這種傳輸過程是穩定、可控的。

發明內容：

本發明的螺旋飛輪彈射器由螺旋飛輪、飛輪基座、驅動主機、掛纜裝置、牽引纜索、滑車和緩沖器所構成。

上述螺旋飛輪，采用飛輪與螺旋形纜索絞盤一體化的結構，包括兩種結構形式：1.一體化螺旋飛輪——飛輪與纜索絞盤完全融為一體，其外形為圓錐體，(圓錐角大于140度，參見附圖1)，飛輪的中軸穿過圓錐體的中心；靠近中軸的錐面過渡為錐度較小的頸部；在圓錐面上具有螺旋形的纜索槽，從錐面頸部一直延伸到飛輪的邊緣，并平滑過渡為飛輪邊緣的環形纜索槽；在螺旋形纜索槽的始端設有掛纜樁；在纜索槽的末端設有纜索尾部夾緊裝置；螺旋飛輪通過配平，實現動平衡。2.分體式螺旋飛輪——飛輪與螺旋形纜索絞盤各自獨立，兩者通過中軸和栓鎖機構牢固地連接為一體，在螺旋形纜索槽的始端和末端同樣設有掛纜樁和纜索尾部夾緊裝置。

螺旋飛輪彈射器的關鍵，在于實現了儲能與彈射功能的一體化：直接通過纜索將螺旋飛輪儲存的巨大能量穩定地傳遞給彈射起飛的艦載機。由于避免了巨大能量在儲能器與彈射器之間的轉化與劇烈傳輸，使彈射效率比蒸汽彈射器提高10倍以上，并大大簡化了控制環節和彈射系統的結構。

螺旋形纜索槽的總長等于艦載機彈射距離的1.1～1.3倍，等于牽引纜索長度的1.0～1.1倍。

彈射過程簡述：飛輪在主機的驅動下達到預定轉速后，主機與飛輪之間的離合器分離，飛輪依靠其巨大的慣性旋轉；實施彈射時，掛纜機構將牽引纜索的頭部掛接到飛輪頸部的掛纜樁上，(事先，牽引纜索的尾部鎖定于滑車的“鎖纜裝置”上，此時滑車處于彈射的起點。)由于飛輪正在持續旋轉，纜索隨即被纏繞到飛輪頸部的纜索槽中，并沿著螺旋形的纜索槽被一直收卷下去；纜索的尾部接近飛輪時，滑車的鎖纜裝置將纜索尾部釋放，滑車釋放纜索后隨即緊急剎車；被滑車牽引的艦載機此時已達到起飛速度，并脫離滑車起飛。纜索尾部釋放后被收卷到飛輪的纜索槽中，并被飛輪邊緣的夾緊裝置夾住，這樣整條牽引纜索都被纏繞在飛輪的纜索槽中，并隨著飛輪旋轉。

上述滑車依靠安裝于飛輪附近的強力緩沖器來減速和剎車。

在彈射開始時，牽引纜索頭部被掛接在旋轉的飛輪頸部，頸部的半徑較小，隨著飛輪的旋轉，纜索沿著螺旋形纜索槽被迅速收卷，收卷半徑ρ(也就是螺旋線的極徑)越來越大，纜索收卷的線速度(V＝ωρ)也隨之增大，這樣飛輪就通過纜索和滑車牽引著艦載機不斷加速，直至纜索卷入飛輪邊沿的環形纜索槽，收卷半徑不再增大，纜索尾部與滑車分離，滑車剎車，而艦載機在噴氣發動機的推力下繼續加速，與滑車脫離并從甲板起飛。(參見附圖4螺旋飛輪彈射過程示意圖)

由此可見，螺旋飛輪彈射器由于其獨特的結構，具有儲能與彈射的雙重功能，徹底消除了現有彈射器的技術瓶頸——要在瞬間將巨大能量從儲能器向彈射器傳輸，并須保持穩定可控。