对一条中国航母新闻的解读及我的一个想法

沉宝

前几天，[jerf71]发了一篇日志，报道有关中国自造的航空母舰，提及“ 中国自行研制的这种弹射器全称「旁路气缸气动闭合拉链蜂窝动密封蒸汽弹射器」，已获发明专利。”随便在网上查了一下，文中所指的专利应该是这个http://www.google.com/patents/CN101100223A?cl=zh

这个专利与传统的蒸汽弹射器有什么不同呢？任何蒸汽弹射器的主要原理都是一个，那就是汽缸里面的活塞在蒸汽的压力推动下向前运动。这个原理从瓦特发明蒸汽机的时候就开始用，应该说很经典了。具体到航母弹射器，难度在于如何把活塞的运动引出来，去牵引飞机。传统的做法是直接在活塞上安装一个结构件，该结构件穿过汽缸壁，穿过甲板(或者是盖板)，在甲板上通过拖曳杆去拉动飞机的前轮。由于活塞是运动的，为了给结构件以运动空间，汽缸壁上不得不从头到尾开一个长长的口子如图所示(随手画的，能懂意思就行)

空间想象困难的童鞋看实体照片


这么做有一个很大的问题，就是如何密封汽缸中的高温高压蒸汽，阻止其从长缝中泻出，同时又不对活塞组件的运动产生太大的影响。这是一个难度很高的挑战，全世界到现在为止只有美国一家能够做到(英国过去了曾经拥有自己的技术)。另外，根据汽缸摆放的位置还有其它问题。如果将汽缸布置在承力甲板之下(如手绘图)，那么甲板也要像汽缸壁那样开一个长缝，供连接活塞的结构件运动通过，这对甲板的整体强度不利。如果将汽缸放到甲板上方，那么要在甲板上挖一深沟以容纳汽缸，同时汽缸也暴露在风吹日晒之中(其实有盖板保护，但条件不能和深部舱室相比)。

现在中国这个专利试图绕开长缝密封这个工程上的难点，它用长钢缆连接活塞与去飞机前轮的拖曳杆(如图，简化图面汽缸未画)。

这么做的好处是只有钢缆穿出汽缸端盖的地方需要密封，而且是固定不动，好解决的多。这里说的固定不动，是指不管钢缆怎么运动，钢缆的横截面总是在汽缸端盖过孔中占据同一空间。不像传统方案中活塞在一处时，长缝中其它的地方要密封好；活塞运动到新地方，相应的密封材料要腾开空间，同时原位置要有密封材料迅速补上。另外，汽缸放置深度很灵活，反正甲板上只要一前一后两个孔供钢缆通过既可。

【短评】
1)专利方案的在工程上的难点转移到钢缆上面来。长达数百米的钢缆，强度、自重都很有挑战性。是否真的可行，没有仔细研究不好说。当然，乐观地看，随着科技的进步可能可以找到其它更强更轻的材料(比如说碳纤维)作缆绳。所以即使普通钢缆根本做不到，也不好说这个方案就彻底没有价值。另一方面，搞出高质量的缆绳也不仅仅可以应用于蒸汽弹射，在电磁弹射中也可能有市场。因为这样电磁弹射可以用传统旋转电机，做成像卷扬机那样，而不用搞上百米上的直线电机。

2)专利制度的本意是鼓励知识公开共享，让更多的人使用，发明者在普及的过程当中得到回报。但具体到航母的弹射问题，就像坛友[馒头笼子]所说， 这东西申请专利也蛮搞笑的。因为涉及国防，即使不极力保密，也犯不上搞得尽人皆知。使用者的数量也不会随着知识的普及而增多。至于经济上回报那就更飘渺了。设想一下有人非法使用该专利，发明者怎么维权？航母作为国家暴力机器里面的大块头，个人是无法抗衡的。如果上升到国家层面，比如说另一个国家使用该知识产权，能不能拿到补偿也只取决于两个国家之间的的综合实力。自己实力强，没有的东西也可以【卖】给对方；对方实力强，真有东西也拿不到钱。

3)从发明者的姓名和通信地址上来看，发明人有可能是民科(这里没有贬义)。这样2)中的讨论就说得通了。当然，这是一个猜想。究竟是某个人闭门造车还是奉旨官泄，真正知道真相的肯定都闭紧嘴巴。



以下是创新分隔线
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做为一个懒人，支撑我写出这篇的动力是看到在上述专利的基础上可以有所创新。先声明这里所说的创新是对我而言的创新，究竟在世界上是否真正具有新颖性，我没有查，不知道。如果有人愿意检索并将idea申请专利，欢迎
新想法是对上面讨论的专利的一个延伸，包含了一个前提，也就是说假设该方案可行。原来的方案考虑的是平直甲板，那么，如果甲板有曲线，比如说呈凹面状怎么办？新的想法是在缆绳的上方布置一排小滑轮，压住缆绳，使其贴伏于甲板曲面上。当然，小滑轮本身有高度，所以小滑轮、缆绳和连接拖曳杆的小滑车其实是放在略低于甲板的一条浅沟里。

当飞机起飞时，拖曳杆不断向前运动，必将穿越一个个小滑轮。因此这些小滑轮是可动的，当光电开关探测到拖曳杆临近，驱动作动器抬起迅速滑轮，让过拖曳杆，然后滑轮快速回复原位。由于有许多这样的滑轮，因此短时间滑轮抬起不会对缆绳的型态有太大影响。另外，滑轮的安装强度大大低于拖曳杆，就像田径中的跨栏那样，万一开关失灵拖曳杆可以撞开滑轮(只撞开，不撞飞，甲板上不能有异物)。同样因为滑轮数量多，少一两个滑轮也影响不大。

为什么要讨论凹面甲板？因为滑跃起飞的甲板呈凹面状。就是说，新想法可以实现滑跃加弹射。现代飞机剩余功率大，加上滑跃甲板可以增加飞机的载荷和/或减少弹射的功率需求。在紧急情况下还可以实施纯滑跃起飞。过去一般认为这种复合方案必须要等电磁弹射才成，现在这个想法的新意在于蒸汽弹射也具有此可能。

snark

不一定要在密封的管道上开个缝吧
用长长的刚性杆代替一下行不行？

snark

后面两边都加钢缆的活塞没看懂
活塞不应该只有一面密封吗

沉宝

snark 发表于 2015-9-26 01:54
不一定要在密封的管道上开个缝吧
用长长的刚性杆代替一下行不行？

那将是上百米长的刚性杆，还不如缆绳容易实现

沉宝

snark 发表于 2015-9-26 01:57
后面两边都加钢缆的活塞没看懂
活塞不应该只有一面密封吗

活塞两两边都是钢缆形成一个环形，这样钢缆容易绷直。也有单边钢缆的方案。

活塞做功，需要密封的确实只有一面。

晨枫

除非中国已经解决了几个关键问题，否则这个方案的工程可行性有很大的问题。
1、强度越高的钢缆柔韧性越差。这钢缆要牵引很大的重量，还要承受巨大的动态冲击负荷，还要这么绕来绕去，技术难度非常高。
2、抗战损能力极差，一旦断裂，横扫整个甲板，这比什么反舰导弹的威力都大。
3、甲板表面需要开槽，把钢缆埋到与表面齐平，否则成了绊马索了，不利于甲板上飞机、车辆移动，而且钢缆下要有滚轮，减少摩擦，但开槽和滚轮使得这里面成为藏污纳垢的地方，增加钢缆磨损，而清洁不易，增加维修工作量。
4、寒冷海区使用时，滚轮、间隙容易结冰，除冰是一个难题。蒸汽开槽至少是常年加热的。
5、这样恶劣的工作条件，钢缆的更换周期肯定很短，不利于保持出动率。

鳕鱼邪恶

不如考虑用汽轮机+卷扬机直接带动钢缆，取消活塞算鸟~

鳕鱼邪恶

说实话这个咚咚能否成功不在机构设计思路，而在能否短时/瞬时大规模的输出功率。

MacArthur

晨枫 发表于 2015-9-25 13:48
除非中国已经解决了几个关键问题，否则这个方案的工程可行性有很大的问题。
1、强度越高的钢缆柔韧性越差。 ...

甲板表面需要开槽，把钢缆埋到与表面齐平，否则成了绊马索了，不利于甲板上飞机、车辆移动，而且钢缆下要有滚轮，减少摩擦，但开槽和滚轮使得这里面成为藏污纳垢的地方，增加钢缆磨损，而清洁不易，增加维修工作量。

这个作为反对理由不成立。。。 现有蒸汽弹射也一样要开槽。。。 开槽处也一样容易藏污纳垢，清洁不易。。。

pcb

鳕鱼邪恶 发表于 2015-9-26 03:00
说实话这个咚咚能否成功不在机构设计思路，而在能否短时/瞬时大规模的输出功率。 ...

“能否短时/瞬时大规模的输出功率”
This is the point!

晨枫

MacArthur 发表于 2015-9-25 13:17
这个作为反对理由不成立。。。 现有蒸汽弹射也一样要开槽。。。 开槽处也一样容易藏污纳垢，清洁不易。 ...

不一样。有底的沟槽和柔性密封的沟槽。而且前者有可能杂物被钢缆或者滚轮压住、卡住，弄都弄不出来。

桃子甜

概念上可行到工程上可行，就是民科和真正工程师的差距。

jerf71

另外，滑轮的安装强度大大低于拖曳杆，就像田径中的跨栏那样，万一开关失灵拖曳杆可以撞开滑轮(只撞开，不撞飞，甲板上不能有异物)。同样因为滑轮数量多，少一两个滑轮也影响不大。

觉得晨司机说的也有道理，滑轮变碎片多了，起码效率要大打折扣了。

沉宝

晨枫 发表于 2015-9-26 02:48
除非中国已经解决了几个关键问题，否则这个方案的工程可行性有很大的问题。
1、强度越高的钢缆柔韧性越差。 ...

首先，从整体上，尽管有专利，但方案是否工程上可行，正文的短评中已经表达了审慎甚至怀疑的态度。具体到晨大所提各条：
1、钢缆问题。我同样担心钢缆能否胜任，所以才提出可能需要用新材料(比如碳纤维)制造缆绳。
2、抗战损能力。只有在弹射飞机的过程中缆绳断裂才有危险，这个时刻飞机本身是更大的危险(满载武器和燃料)。至于横扫整个甲板，可能性不大，1)缆绳布置在甲板沟中，低于甲板平面；2)现在的光电技术可以让滑轮迅速锁住，我提的方案有许多滑轮压在缆绳之上，提高了安全性。
3、藏污纳垢。现在美国使用的弹射技术同样在甲板上开槽，而且里面的机构更复杂，清洁的工作量更大。
4、寒冷海区使用。新方案可以借鉴已有的防寒除冰技术。而且原来的开槽汽缸方案，由于每次弹射都会有大量水汽逸出，凝结成冰的问题更大。
5、钢缆的更换周期长短。与问题1同样是缆绳材质问题。可以说专利所述方案是否真正可行，缆绳是关键。