簡介
航母彈射器航母彈射器，英譯the catapult for aircraft carrier。航母彈射器是用在航母上彈射起飛飛機的。 早期的螺鏇槳式飛機由於起飛速度不大，可以輕易從甲板上自行滑跑起飛，但噴氣式艦載機的重量和起飛速度急劇增大，只能通過彈射器起飛了。
彈射器不僅使飛機在航母上起飛成為可能，而且可以綜短起飛時間、減少油耗。因此雖然每起飛一次需要消耗1噸多淡水及強大功率的代價，但總的來說還是划算的。從航母的發展至今，彈射器也在不斷改進，於之前相比，功能更先進，效率也更高。其中彈射器這一獨門科技術研究外界雖知之甚少，但其中投入的物力及財力卻非常的龐大，與其它部門高科技相比絲毫不顯遜色。
彈射器的工作
１．拖索式彈射和前輪彈射
艦載機起飛時都是利用彈射器軌道上的滑塊把飛機高速彈射出去，而依據艦載機與滑塊的聯結方法，彈射方式可以分為拖索式和前輪牽引式彈射。
拖索式彈射時，甲板人員先用鋼質拖索把飛機掛在滑塊上，再用一根索引釋放桿把其尾部與彈射器後端固定住。彈射時，猛力前沖的滑塊拉斷索引釋放桿上的定力拉斷栓，牽著飛機沿軌道迅速加速，在軌道末端把飛機加速到直起飛速度拋離甲板，拖索從飛機上脫落，滑塊返回彈射器起點準備下一次工作。
航母導流板前輪彈射方式是美國海軍1964年試驗成功的。艦載機的前輪支架裝上拖曳桿，前輪就直接掛在了滑塊上，彈射時由滑塊直接拉著飛機前輪加速起飛。這樣就不用8－10甲板人員掛拖索和撿拖索了。彈射時間縮短，飛機的方向安全性好，但這種艦載機的前輪要專門設計。美國海軍核動力航母都採用了這種起飛方式。
２．航母導流板
在彈射前，艦載機的噴氣發動機已經全速運轉，此時它向後噴射出高溫高速燃氣流，對它後面的飛機和人員危害甚大。這時彈射器後方張起的擋板可使燃氣流向上偏轉，不會噴向後面的甲板了，這些擋板就叫做“偏流板”或“燃氣導流板”。
一般來講，每個彈射器後面有一組共3塊燃氣導流板。當單發飛機起降時張開正中一塊；當雙發飛機起降時三塊都張開。為了降低燃氣流的灼熱溫度，燃氣導流板後面都裝有供冷卻水循環流動的格狀水管。
類型及功能
彈射器發展中曾五花八門，經歷各種嘗試，雖有好多並未能用於實戰，但並不代表其不成功，只是在具體可操作性上及部分性能對材料要求上存在一定的矛盾。故而並未進行實用，彈射器在類型上、功能上非常多，現介紹幾個典型例子。
１．彈簧復力彈射器
玩過彈弓的人都知道把石子彈出去的道理，而飛機在起飛的過程中也確實是加速度做功的過程，由於做功時間短，負荷衝擊性相當大，這對一般機械來說是個無法克服的問題。而彈簧復力彈射器則是利用直線電機或儲能機構把彈簧拉伸到儲能位置，利用制動機構保持能量不釋放，而工作時則利用控制系統斷開制動機構，彈簧在復力下拉動動飛機加速，飛機在自身發動機及彈射器的合力下加速，初始工作衝程一般只有60米。不過遺憾的是這種彈射器不能直接把飛機彈射起飛，飛機必須在發動機的推力下滑行一段才能起飛。而且這種彈射器在實際研究中是把彈簧放置在開口的滑道里（內口帶潤滑油），目的是不讓彈射器工作時不對周圍產生影響，而且這種大功率彈簧對材料要求嚴格，試想一下這么大功率的彈簧在航母服役期間不更換，對材質要求是多么刻苛，即使是滑道，其精度也要求非常高。這種彈射器彈射飛機次數不高，因為它是靠儲能機構完成儲能的。更要命的是這種彈射器初始時拉力非常大，飛行員會發生短時的暈厥現象。對飛機的機構強度也要求相當高。而工作末端拉力又非常小，關鍵時候不能助推起飛。但這種彈射器效率高，停止無需採取緩衝手段。
不過，據個人分析，這種彈射器用在老瓦上用於起飛預警機應該還是可行的，雖不能達到起飛，但經過滑躍板時起飛絕不成問題。
勢能彈射器２．勢能彈射器
這種彈射器是利用坡度使飛機起飛，通過升降機等手段將飛機運至坡頂，工作時飛機將在重力及發動機推力的合力下加速，並實現起飛。這種彈射器實際上是勢能釋放做功過程。在飛機下滑的過程中，其路線是平滑的，曲線的，是根據運動時軌跡及受力而確定的。這種彈射器的優點是技術成份低，而且在飛機起飛過程中飛行員不會承受過份迫力，血液不會過於集中從而導致暫時暈厥現象。缺點是需要建一個很大的坡面，運行時航母風阻力增大，隱形效果不好，更重要的是起飛頻率低，影響其它設備使用，還需要配套大功率的升降機等。
不過這種彈射器也可用在陸基上，大家認為陸基上用彈射器完全是浪費，但其實由於彈射器可以減少飛機油耗，縮短起飛時間，緊急情況下意義上非常大。而且可以實驗彈射器的性能。在陸基上，這種彈射器需要有山坡的地方才具備條件，不過有意思的是這種方式起飛也可用於飛機降落，當飛機降落時，關閉發動機，飛機在慣性下繼續滑行，經過一段距離進行爬坡，在爬上坡頂時飛機的速度自然降到相當小的速度，節省了能源，又同時利用坡度使飛機減速。在海上一般比較適用於無動力的海上浮動機場，當然做的比較大一些而已，同樣，也可利用坡底進行飛機著降。
燃氣彈射器３．燃氣彈射器
燃氣彈射器在結構上與蒸汽彈射器有些相似，只不過是蒸汽的兩端進氣口變成了燃燒室，其中還原劑及氧化劑是通過高壓注入的，不過是受控的，並且是持續注入的。當工作時，還原劑及氧化劑向燃燒室高壓注入，點火裝置使還原劑及氧化劑在燃燒室內反應並產生大量的熱，氣體推動活塞做功，由於還原劑及氧化劑持續注入，活塞將在氣體不斷推力下高速運行，從而使飛機起飛。當飛機起飛後還原劑及氧化劑停止注入，並打開燃燒室通氣口，同時返回端的燃燒室通氣口關閉，活塞會立即停止。返回與上述過程相同，只不過燃燒室及高壓注入設備比工作的小而已。這種彈射器是靠控制注入還原劑及氧化劑來控制的，優點是不需要淡水，工作及返回時間短。但缺點特別多，首先是燃燒室的耐高溫及防氧化等條件高，筒壁強度及耐高溫要求高。注入還原劑及氧化劑的控制要求精準、數據反應快，有一定的危險性，消耗價格昂貴的液體還原劑及氧化劑，故障率高，排除大量氣體污染及紅外輻射等許多不利因素。因此這種彈射器實際上只是理論上進行討論分析過，並未有大型實踐的記載。
４．蒸汽彈射器
這種彈射器是目前在役航母使用的彈射器。1950年8月，英國在“英仙座”航母甲板中線上安裝了一台動力衝程45.5米的bxs－1蒸汽彈射器，試驗獲得初步成功。美國海軍購買了專利並最終將其發展成熟。蒸汽彈射器是以高壓蒸汽推動活塞帶動彈射軌道上的滑塊把聯結其上的艦載機投射出去的。美國的c－13－1型蒸汽彈射器長76.3米，每分鐘可以彈射2架艦載機。如果把一輛重2噸的吉普車從艦首彈射，可以將其拋到2.4公里以外的海面，可見其功率之大。但蒸汽彈射器工作時要消耗大量蒸汽，如果以最小間隔進行彈射，就需要消耗航母鍋爐20%的蒸汽。現在，美國正在研製新型的電磁彈射方式，但近期內難以投入實用。
電磁彈射器５．電磁彈射器
這種彈射器是未來航母的彈射器，它分為兩種，分別是電磁線圈彈射器及電磁軌道彈射器。這兩種其實也就是交流直線電機和直流直線電機。這裡主要簡單說一下電磁線圈彈射器。
電磁線圈彈射器工作原理實際上就是交流直線電機的工作過程，直線電機與鏇轉電機不同，我們日常看到的許多電機都是鏇轉電機，只有車床上才能偶爾看到圓筒式直線電機，而且功率都不是很大。電磁線圈彈射器的直線電機功率卻很大，其線圈為u型，中間為動子，在三相鏇轉磁場拖動下做直線運動，改變相序會改變運動方向。電磁線圈彈射器與普通大型平板型直線電機不同，它不僅有複雜的強制冷卻系統，而且在每一段的功能都不相同。
舉例說明如下：
電磁線圈彈射器共長180米，其中a段為複合線圈長40米，分別為啟動時及停止返回時用，為高壓大功率變頻器控制。b段為加速做功段，長90米，為彈射飛機做功段。c段為靜磁減速段，長20米，此段線圈為直流靜磁場，動子經過時通過滑道構成迴路在切割靜磁力線時會受到強大的阻力。d段為返回線圈段，此線圈的相序與加速段相反，動子會受到強烈的反接制動停止並被近視初入的速度返回。首先是動子（在鏇轉電機里稱做為轉子），它本身的重量被限制在1噸以下，內部有超導體線圈，並有滑道固定以致在拖動飛機時受力不均而導致影響運動，這與蒸汽彈射器的活塞防止受偏心力而產生的影響一樣。
首先，當飛機發動機點火時，電磁彈射器在變頻器拖動下會經歷一個比較平滑的受力過程，也就是彈射器的推力增加是一個平滑的增加過程，對飛行員及飛機都是一個相當好的保護，當從a段進入b段時，受力也是一個平滑的過度，在b段中已沒有變頻拖動，而改為工頻（當然相對於發電機來說的工頻，大家千萬不要以為是50hz），b段中雖速度增加，但受力卻變化很少（線圈分布並不是均勻的），對飛機及飛行員無不適感覺。當然在動子進入b段後a段的變頻工作開始降頻並停止。b段可以使飛機加速到起飛速度，當達到起飛速度時b段電源停止，動子不再受力，飛機在發動機推力下離開動子並起飛。這裡有一點確認的是，那就是在b段90米之內飛機肯定會被加速到起飛速度的，如果達不到，那么配套的發電機工作頻率要增加，電磁彈射器的電源是可變的，即發電機的頻率會根據情況受智慧型控制器控制，且過載能非常強，散熱系統先進。
經過b段後動子不再推動飛機，也沒有電源，只能在慣性作用下進入c段，經過c段會受到強大的制動力，估計動子出了c段後速度將低於50米/秒，進入d段後動子受到反接制動停止後並幾乎按進入速度返回，經過c段後速度將低於30米/秒。需要提醒大家的是c段為靜磁阻力，所以當初出入的速度越大，制動力也越大，而返回時速度小，當然制動力也小。出了c段的動子在慣性下自由運動經過b段，當然要說一點點阻力都沒有是不可能的，但是速度基本變化不大，進入a段時速度仍會接近30米/秒的。進入a段後變頻器的相序為反相，即為反接制動，不過這受智慧型控制器控制，從而使動子能準確的停止原位置上。以備彈射下一架飛機。
早先試驗的電磁線圈彈射器體積很大，動子很重，損耗很大，散熱系統複雜，而且配套的發電機（電源）必須能承受很大的過負荷能力。但隨著超導體及非晶合金等一系列材料的出現，這些問題已得到較好的解決。電磁線圈彈射器由於啟動時受力增加有一個平滑的過程，因此對飛機及飛行員都是一個很好的保護，而且不需要淡水，維護量小，配套設施也比蒸汽彈射器少的多。性能也更可靠，更重的是其可以在無風及航母停止情況下彈射飛機，大大減少應敵時間，作戰效率大大提高。由於電磁彈射器自動化程度高，控制性強，在下一代航母上將會看到它的影子。希望中國的未來航母採用電磁彈射器，而不用蒸汽彈射器。
６．火箭助推彈射器
其實為箭助推彈射器嚴格的說應該是助推器，而不是彈射器，不過都是使飛機起飛所以仍稱之為彈射器，其實叫什麼並不重要，重要的是其實用性。火箭助推可以使飛機起飛，在飛機起飛後助推彈射器自動分離，而且每分鐘起飛架次可以相當多，結構簡單，根本不需要象蒸汽彈射器那樣的許多配套設施。但相比之下卻存在許多不足，首先是尾流噴射擋板需改進，因為為箭助推器的尾流比飛機發動機的尾流還要強，所以對甲板後面及周圍的人或設備會產生更大的威脅。在助推中會產生大量的污染物，而且成本高，用一次性的助推彈射器會讓經濟不強的國家畏而卻步，多次重複使用的必須配快速打撈艇、驗傷設備、其本身也
要有定位系統等，加起來成本也不低。最重要的是其安全性一直受到質疑。
７．斜角彈射器
它與通平直的甲板不同，它的起飛甲板是斜的，其餘部分的甲板仍是平直的，也就是說其沿起飛方向有一個仰角，但是平直的。彈射起點在甲板下方的機庫里。這種彈射器做功更大，而且其起飛甲板由於是斜角的，所以在平時不能存放其它東西，而且風阻力大，不過這種彈射器距離可以更短一些，因為其向上有一定的仰角，可以增大飛機升力。
其他介紹
以上只是簡單介紹了一下各種彈射器發展及研製情況，其實飛機不光是彈射起飛，在航母上降落也是一門大科學，目前套用在航母上的助降系統是菲涅耳光學助降系統，它可以自動引導飛機，尤其是夜間降落。由於飛機著艦的速度特別快，而且必須要在很短的距離停下來，所以會產生很大的衝擊力，對甲板、飛機結構及飛行員都會產生影響。將來的航母的甲板會更長，以利於起飛和特別是為了降落的安全性，不過將來的航母機庫會更大，系統及防衛武器會更先進。而助降系統將更安全。
其實航母也有不用彈射起飛的，如滑躍起飛，目前在大連的老瓦就是利用滑躍起飛的，不過滑躍起飛要求戰機必須有很大的推力，優良的氣動布局，較輕的重量，而且這種起飛還不能用在預警機上，在信息化戰爭的今天，沒有預警機就相當於沒有眼睛，做戰及防衛能力會大打折扣的。還有一種短距離垂直起飛的飛機，但載彈量及作戰半徑都不能滿足作戰的要求，尤其是對手比較強的時候。當然美國下一代飛機jsf將會把戰機性發揮到前所未有的高度。jsf聯合攻擊機不但可以執行對空、對地、對艦等多功能任務，而且可以垂直起降，完全不受起降環境限制，到那時航母上將不需要彈射起飛了，彈射器可能退出歷史了。需要指出的是JSF戰機不僅可以在航母上，甚至可以在驅逐艦、兩棲攻擊艦及潛艇上起降，戰機的威力將會有歷史性的突破。
其實在利用上可以靈活一些，那就是彈射器不要僅限於彈射飛機，也可以彈射飛彈（斜45度對空）。由於飛彈不象飛機，它沒有人員，整體性好，結構更堅固，彈射時可以承受更大的加速度，估計可以在彈出時達到200米/秒，這樣不僅可以縮短飛彈攻擊時間、增加飛彈射程，對方發現困難等好處。因此用來彈射巡航飛彈應該是可行的。
