[发明专利]级联式飞机起飞混合动力弹射推力车

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞机起飞助推装置，具体为一种级联式飞机起飞混合动力弹射推力车。

背景技术

飞机是当今世界最重要的交通工具之一，其比重远大于空气，它是基于伯努利定律，以动力获得速度进而换取升力的飞行器。在飞机大家族中，固定翼飞机是主体，其工作场合在空中而停泊场所是在地上或相当于地面的航空母舰甲板上。在飞机的运行中，起飞是一切的开始，而起飞也是对飞机动力性的严峻考验，几乎所有的固定翼飞机发动机在起飞时要进入全推力状态，当飞机发动机处于全推力状态时，发动机磨损加大，油耗惊人，一次全推力过程的持续时间一般不能超过5分种，否则发动机吃不消，就以美国波音公司的747客机为例，该型客机的起飞平均油耗为5吨航空煤油，短短的几分钟的起飞油耗几乎与半小时巡航相当，这就陷入了一个怪圈—因为起飞的巨大油耗，飞机要比正常距离的巡航多加数吨的燃油，而为这额外的几吨燃油，又要消耗近一吨的燃油，这就是所谓的再生油耗。除了飞机的油耗问题，还有一个与飞机起飞相关的深层次技术问题，那就是飞机设计师为了兼顾飞机的起飞与巡航两种工作状态，不得不在发动机的选择和机翼的设计上委曲求全，要求飞机在低速和高速均有良好的表现，这就是“鱼和熊掌要得兼”的难题，而现实中却可能顾此失彼。早在1913年，法国工程师雷恩·洛兰就提出了冲压喷气发动机(Ramjet)的设计，并获得专利。冲压喷气发动机的制造成本、安全系数、推重比等综合指标要明显优于现代航空通用的涡扇喷气发动机(Turbofan)，可是它有个先天不足，那就是在低速状态无法启动，需要一种辅助推进器先把它推进加速到0.5马赫以上，于是它暂时无缘于当代通用飞机。在飞机起飞助推装置演化中，比较有代表性的技术方案是：

(1)1911年美国人西奥多·埃利森研制成功由三条绳索和一块法码组成的原始飞机弹射器，这种弹射器几乎没起到什么作用。后来，埃利森又对这种原始的弹射器进行改进，研制成功压缩空气式弹射器，于1912年11月12日进行了人类史上第一次弹射起飞。

(2)二战中期，德国工程师提出飞机加挂助推火箭包起飞的技术方案，并在二战后期的实战中成功应用。

(3)二战结束时，航空母舰上所装备的弹射器都是液压的，弹射能量极小，只能弹射采用活塞发动机的螺旋桨推进飞机，根本无法满足喷气式飞机起飞的需要。

(4)1951年，英国海军航空兵后备队司令米切尔率先提出研制蒸汽弹射器的设想。他当年就将其研制成功，并装备在海军“莫仙座”号航空母舰上。此后，美国人将此技术发扬光大，推广到所有的现役航母上。比较有代表性的C-13型蒸汽弹射器，弹射器冲程超过90米，可将36.3吨重的舰载机以185节(即每小时339公里)的高速弹射出去。

(5)1960年，美国研制成功了内燃弹射器，并将这种弹射器安装在“企业”号核动力航空母舰上。不过，这种内燃式弹射器的表现差强人意，所以“企业”号上除了装备内燃弹射器之外，还装备有蒸汽弹射器。

(6)1999年，美国完成了基于直线电机的电磁飞机弹射系统(EMALS)概念探讨和定义阶段，进入研制过程的项目定义和减少风险阶段，这一阶段持续到2003年9月，由诺斯罗普·格鲁曼公司和通用原子公司分别承担，研制出长度方向缩尺的样机。2003年9月之后在上述两公司研究的基础上进行方案选择，进入工程和制造研制阶段(EMD)，迄今为止，实用化的电磁飞机弹射系统(EMALS)尚未问世。

上述几套飞机起飞助推弹射方案，真正得到普及与推广的只有蒸汽弹射器方案，经过50多年实践，事实证明该方案存在以下的缺陷：

(1)制造难度大，需要5万吨以上的水压机和世界顶级的切削、焊接及密封技术，世界上只有美国能制造蒸汽弹射器。

(2)维护成本高，U型密封条更换频繁而又十分麻烦，对材质要求高。

(3)能量利用率低，仅为6％，而且配套设施多，系统烦琐，各个环节要求高。

(4)需消耗大量淡水及蒸汽，弹射一架飞机就需要消耗1吨淡水，美国曾为此考虑过蒸汽冷凝回收装置，终因体积大及效率低而取消，似乎命中注定就是为核动力航母服务的，因为常规动力的航母很难配备如此巨大的蒸汽锅炉，即使配备上，燃料补给也是个大问题。

(5)输出功率可调节性差，不能弹射更重和航速更快的飞机自不比说，类似无人机小而轻的飞行器也不能弹射。

至于呼之欲出的电磁飞机弹射系统(EMALS)，虽未面世，但从其采用的直线电机核心技术，以及上海浦东磁悬浮机车运行获得的经验与教训分析，必然存在以下缺陷：

(1)直线电机本身所具有的磁路开断所引起的边端效应问题。