当前航母主要依靠蒸汽弹射和马上就要应用的电磁弹射两种方式将飞机弹上天。可大家有没有试着想过,子弹和炮弹都是依靠弹壳中的火药将弹头推出去,那么飞机在航母起飞可不可以使用火药呢?
答案是可以,而且美国人早就已经尝试过了。
一、令人头疼的蒸汽弹射
蒸汽弹射的诸多好处就不过多赘述了,正是由于它的优点才让美国等国家普遍使用,并且使用了很长时间。但蒸汽弹射的缺点也十分突出。
首先,它费水!顾名思义,蒸汽弹射的主要动力是蒸汽。蒸汽从哪里来呢?水。
每使用一个蒸汽弹射就需要消耗半吨的淡水,虽然军舰下面有的是水,但海水是不能直接用的。试问,如果这些淡水都节省下来,一则减轻了后勤压力,二则可以腾出更多的空间来装载其他东西,官兵们的生活水准会直线提升。
其次,它控制不了压力。蒸汽是气体,从出生的一刻起就不停地四溢。弹射器所装载蒸汽的装置是无法彻底隔绝气体的。这就带来了一个问题,气压不能精准掌控。
比如军舰一次性耗费3吨水蒸出可供6架飞机弹射的蒸汽,那么这些气体是不可能平均分成6份,而是第一次弹射的时候气压最强,之后便迅速降低越弹越弱,以此类推。而第一次弹射时的最高气压会对飞行员、飞机带来很大的负荷。
再次,它需要牺牲航母动力。由于蒸汽弹射与航母推进装置相连,这意味着每弹射一架飞机都需要航母匀出一部分用于推进的能量。
最后,它的体积太过庞大。由于涉及到吸水、蒸发、储存、弹射等一系列工作,导致蒸汽弹射器整体笨重、相关线路复杂、运作和维护需要较多后勤人员。而庞大复杂的结构又会造成工作能效低,变成了一个无法破解的恶性循环。
面对这一难题,美国人决定另开一条道路。
二、内燃式弹射器
面对蒸汽弹射的诸多缺点,内燃式弹射便进入了美国海军的视野。内燃式弹射克服了蒸汽弹射的所有缺点,它弹射一次只需要火药和空气,水是冷却用的。相比于后者半吨的用量,内燃式弹射一次只需要不到200升的冷却用水,还不一定是淡水。
由于内燃式弹射使用的是火药,所以想要多少压力就装多少药,压力可以控制的非常精准,而且还能分出弹重型飞机的、弹轻型飞机的各种装药模式。并且与航母的推进系统各自独立,航母想怎么开就怎么开,再也不用担心弹射器兄弟坑自己。
得益于固态的火药体积小,整套发生系统才相当于一辆轿车的体积(不包括外设的巨型空气压缩机)。而相比之下,蒸汽弹射器占据了航母很大的空间,仅一个装载蒸汽的容罐就相当于几个游泳池的容积。
三、谜一样的内燃弹射器
既然内燃式弹射器有诸多优点,那么美国海军没什么不采用呢?
内燃式弹射器的工作原理是引爆火药之后,将爆炸产生的高压气体通过气孔导入气缸内推动活塞。只不过技术原因一直没有解决气缸密封问题。
要知道子弹和炮弹还有炸膛的危险呢,它们炸膛最多损失一把枪、一门炮而已。弹射器要是炸膛了就直接将一艘航母送进水里喂鱼,这种可能性是海军不能接受的。
后来为了安全,海军航空局建议用航空燃油换掉火药,使用液氧助燃。液氧的相对浓度很高,这意味着可以进一步降低弹射器的体积。而对于一支航母舰队来说,航空燃油有的是!
在这种思路下,美国Thiokol公司在1959年向海军交付了代号为“C14”的内燃式弹射器。结局很多人也能猜到,军方在陆地测试中发现了诸多问题,比如高频率的弹射会引起结构过热,虽然管道内有冷却用水,但在高温下那些水就变成了蒸汽……如果为了安全降低弹射频率,又无法满足航母的作战需求。
针对C14暴露的问题,Thiokol公司又推出解决方案C15。可当时美国新航母服役在即,军方不想再给测试时间,因此选择了蒸汽弹射器,并一直使用至今。
四、回光返照
20世纪90年代,美国立项研制新航母。此时蒸汽弹射器已经暴露了自己没有任何发展潜质的缺点,因此军方不希望新航母再使用蒸汽弹射。
内燃式弹射器再度复活的时机终于到了!90年代的技术已经解决了内燃式弹射所需要的燃烧室结构、燃烧控制、精密点火与气体喷注等诸多技术。
当时电磁弹射的概念已经产生,但它没有内燃式弹射的优势。首先后者在50年代已经造出了原型机,电磁弹射还是个概念,等于研发成本上内燃式弹射占优;其次电磁弹射的整个过程需要进行至少7次能量转换,内燃式则少得多,等于使用成本上也占优;最后现代成熟的理论技术为内燃式弹射保驾护航,电磁弹射那时存在巨大的未知风险。
但看似顺利的事情坏就坏在新航母身上。立项的航母便是现在的“福特”级,由于“福特”级预设的发电功率是“尼米兹”级航母的3倍,那么电力的消耗成本就不再是个问题。
再加上美国倾向于研发新技术,生生将已经做好准备的内燃式弹射方案给砍掉了。
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