蒸汽彈射器是航空母艦上的飛機起飛裝置，用於艦載機蒸汽彈射起飛，使用一個平的甲板作為飛機跑道。起飛時一個蒸汽驅動的彈射裝置帶動飛機在兩秒鍾內達到起飛速度。蒸氣彈射器是一個非常複雜的係統工程，是由起飛係統、蒸汽係統、歸位係統、液壓係統、預力係統、潤滑係統和控製係統等組成。
說出來大家肯定都不信，蒸汽彈射最早不是彈飛機的，而是彈火車的。早在1799年，英國的工程師梅德赫斯特設想：可以在鑄鐵管道中利用空氣壓力為交通工具提供動力。
這個想法理論上是行得通的，其實它與汽車內燃發動機的工作原理一樣，隻是它不通過內部燃燒推動活塞運動，而是將內部抽成真空，內外形成的壓力差推動活塞。汽車發動機是從內向外運動，而梅德赫斯特的想法是從外向內運動。
1938年，英國發明家平庫斯利用梅德赫斯特的設想申請了空氣推進的鐵路專利。這個專利就是在兩條鐵軌之間鋪設一條鐵鑄的氣缸，火車頭與氣缸上的滑動活塞相連。每隔3英裏就設置一座擁有80匹馬力蒸汽機的泵站，泵站負責為氣缸提供氣壓。
就像航母彈射飛機一樣，以3英裏為單位，每個泵站負責將火車從自己管轄區內“彈走”。通過測試，鐵路上的火車平均時速達到了每小時65公裏，最高速度為每小時110公裏。
可結果大家都懂得，如果這項技術很優秀很實用想必世界範圍內的鐵路都會采用平庫斯的專利，但最終平庫斯連設想好的12英裏鐵路都沒建成。原因很簡單，那個時候的工業技術解決不了汽缸的密封問題，而且鐵路運營需要極高的氣壓值，這是當時蒸汽機都無法勝任的。
蒸汽彈射器是第二次世界大戰後現代航空母艦中唯一使用的飛機彈射器，主要是由於噴射飛機的出現，艦載機重量大幅提升，自力起飛和原先的彈射器設備已不足以應付其需求，於是1951年，英國柯林·米切爾中校（Colin C. Mitchell）提出將航母蒸氣輪機的蒸氣連動到彈射器上，進而發明了航母用的蒸氣彈射器。
目前隻有美國與英國擁有製造技術，並於航艦上使用著，前者為C-13型，後者為BS5型，C-13型除了供給美國海軍使用外，法國海軍也使用此型。
由於它體積龐大，需要消耗大量的蒸汽，所以除了彈射器本身的設備，還有海水淡化設備、貯水池、高壓水泵、鍋爐、加熱裝置等諸多附屬設施，是一套非常複雜的係統。
蒸汽彈射有兩種彈射方式，一種是前輪彈射，由美國海軍於1964年試驗成功，彈射時由滑塊直接拉著飛機前輪起飛。這樣不用8~10人來為飛機掛拖索和減拖索，彈射時間減短，飛機安全性好，美國現役航母都采用這種方式。
另一種是拖索式彈射，顧名思義，就是用鋼質拖索牽引飛機加速起飛，這種彈射方式比較老，各方麵都不如前者好，隻有巴西的"聖保羅"號航空母艦(原法國"福煦"號航母)使用。
蒸汽彈射器基本工作過程：概念上蒸汽彈射器隻是一個大型蒸汽汽缸和一個蒸汽控製係統，將高壓蒸汽能量轉化為動能進行彈射。然而由於飛機結構強度上的限製，彈射器不但要有足夠的輸出功率，而且要把輸出功率準確控製在飛機可以接受的程度以內。
彈射的時候，蓄壓罐內的蒸汽由彈射閥門釋放到彈射汽缸內，缸內壓力上升推動活塞前進。彈射閥門的另外一個更重要的作用是精確控製蒸汽進入彈射汽缸的流量變化，以此控製推力和彈射的加速度，以保證飛機結構不會超負荷。飛機升空後，蒸汽排放閥打開，讓汽缸內蒸汽排出。同時，活塞和飛機牽引器被水刹器減速後停下，然後由歸位係統拉回起跑點
航母艦載機被蒸汽彈射的工作原理
既然原理這麼簡單，為什麼目前隻有美國能造出可彈射重型艦載機的第三代蒸汽彈射器呢？這是因為蒸汽彈射器存在三個製造難點，阻礙了大多數國家對其的探索和發展。
彈射器的核心部件：開口氣缸。就是由它和活塞共同產生的約束力把高壓高溫蒸汽中的熱能轉化成拉動飛機的巨大動能。開口氣缸之所以難造就是因為它是開口的，由於氣缸每一次彈射都要經曆加壓、減壓的過程，所以開口氣缸的變形是免不了的，但要保證開口汽缸在頻繁加壓減壓過程中的變形量保持一致，以避免影響活塞的順暢運動就比較困難了。
整條彈射器的軌道長度約80米，由兩排平行的氣缸並排組成，每排氣缸又由20多個氣缸連接而成，每個氣缸長4米，體積大、重量大，而且是鋼結構件，先不說氣缸內的高壓蒸汽會導致缸體變形，光是外界的溫度變化就會讓其產生不小的變形，所以如何保證這幾十個氣缸的加工精度、變形量和安裝精度保持規律一致，對加工工藝水平要求很高。
氣缸的密封問題。在彈射器運轉時，缸內壓力非常高，一個手指間大小的壓力就有20至80千克（彈射不同飛機時功率不同，壓力也不一樣），因此彈射器在工作時如何保持密封，這個問題可以說難倒了全世界，不是一般國家能玩轉的。
蒸汽彈射器的密封槽
彈射器的汽缸有兩種密封方法，老式彈射器采用的是設置在汽缸開口兩側的橡膠帶形成“拉鏈”式密封，這種方法的缺點是橡膠容易磨損和老化，需要經常更換。現在的彈射器密封采用的是“填條”式方法，是用活塞帶動一根柔性金屬條，活塞在前進的同時將密封條推入汽缸蓋和氣缸縫的縫隙中完成密封。
但是要知道彈射器工作時，氣缸內的蒸汽壓力高達20-80千克/平方厘米，如何保證這麼長的開口汽缸在高壓下保持足夠的密封度也不是容易的事。
彈射儲氣罐。彈射器的儲汽罐是一種大尺寸的高壓容器，雖然儲氣罐沒有活動部件，結構也相當簡單，但由於要承受高壓，尺寸又大，而且對於航母彈射器來說，又有使用次數、重量限製和耐高溫方麵的要求，所以必須要有很好的蠕變性能和抗拉強度，而且還要承受幾十萬次的彈射加壓/卸壓疲勞循環，因此對製罐材料、製造設備和焊接工藝等方麵提出了特殊的高要求。
這種儲氣罐製造工藝也是相當的繁瑣，先是用鋼杵穿過鋼錠，反複鍛壓製成環節狀，經車削加工後，再將幾個環節焊成筒體，兩邊封頭用萬噸以上的水壓機整體壓出或分塊壓出，然後經過切削加工再焊接，而且焊接的要求更高，稍有不慎，就會使部件報廢。實際上，就連製造彈射儲氣罐所用的耐高溫特種合金鋼，目前也隻有幾個國家才能製造，可見其製造難度。
蒸氣彈射器造價昂貴、設計、製造和安裝技術均複雜、保養維護非常費時，成本大，又需占用航母大量空間和消耗大量淡水，美國曾為此考慮過蒸汽冷凝回收裝置，終因體積大及效率低而取消。因此美國海軍目前正嚐試采用新式的“電磁彈射器”，其原理類似磁浮列車，能有效降低維護和發射成本，並能提升航母自動化程度。
本文轉載自公眾號：瘋狂機械控
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