蒸汽彈射器 - Wikiwand

蒸汽弹射器（英语：steam catapult）是使用过热蒸汽的气动能推进活塞为固定翼飞机提供外生加速度的飞机弹射器，主要在20世纪下半页设计建造的拥有弹射辅助起飞拦阻回收（CATOBAR）系统的航空母舰上使用。

第二次世界大战后，由于喷气式飞机开始大量服役，舰载机的作战重量大幅提升，仅依靠飞机自身的航空发动机和原始的弹射器设备已不足以应付其在航母飞行甲板上有限的跑道长度进行起飞的需求。于是在1951年，英国皇家海军的柯林·米切尔中校（Colin C. Mitchell）提出将航母蒸气轮机产生的蒸气连动到弹射器上，进而发明了航母用的蒸汽弹射器。蒸汽弹射器随后在冷战时期开始在美国海军的超级航母上广泛使用，成为美国霸权抢控海上战术制空权和战略制海权的一项关键技术。进入21世纪后，蒸汽弹射器开始逐渐被效率更高、结构更紧凑、任务适应性更强的电磁弹射器所取代。

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历史

在20世纪50年代初，英国海军上尉首先使用蒸汽的想法。试验表明，它有可能获得更强大的弹射器，而随着大型喷气飞机开始出现，蒸汽弹射系统搭载上航空母舰。

目前只有美国和中国拥有蒸汽弹射器的制造技术，英国曾拥有制造技术但已无工业能力，此外前苏联在解体前也曾计划制造蒸汽弹射器。

英国的BXS-1型为世界首款飞机蒸汽弹射器，装在英仙座号航空母舰（英语：HMS Perseus (R51)）上进行测试，未服役使用，BS4型是英国第一型实用蒸汽弹射器，装备于邦纳文特号航空母舰、5月25日号航空母舰、墨尔本号航空母舰、竞技神号航空母舰 (R12)、米勒斯吉拿斯号航空母舰、维克兰特号航空母舰 (R11)，BS5型装备于鹰号航空母舰、皇家方舟号航空母舰 (R09)、克里孟梭级航空母舰，BS6型原计划配备于CVA-01航空母舰，但随后该计划被取消。
美国的C-11型技术源自从英国购入的五套BXS-1型，装备于埃塞克斯级航空母舰、中途岛级航空母舰，福莱斯特级航空母舰，C-7型装备于福莱斯特级航空母舰，C-13型装备于小鹰级航空母舰、企业号航空母舰 (CVN-65)、尼米兹级航空母舰、戴高乐号航空母舰。
前苏联的斯维特兰娜-1型（Светлана-1）因苏联解体后乌里扬诺夫斯克号航空母舰停工拆解也跟着夭折，未在航舰上正式使用过。继承了前苏联大部分海军遗产的俄罗斯则没有技术能力建造弹射器。
中国在收购从澳大利亚海军退役的英制墨尔本号航空母舰上意外获得了未被澳方拆除的整套蒸汽弹射器系统，并将其技术逆向工程。事后官方报道中，1987年4月时已经在陆上复制的成品中完成了飞机起飞测试^[1]。中国航空母舰建造计划中起初计划让第一艘可以弹射起飞的003型航空母舰采用2条蒸汽弹射器的设计，但因更简洁优化的电磁弹射器恰好也实现了研发突破，就重新修改了设计改用电磁弹射器并将数量增加到了3条——因为新选的电磁弹射器比原先计划的蒸汽弹射器要长，使得003型航母的导流板位置侵入了斜角甲板的降落跑道。最终蒸汽弹射器只成为备选技术储备，未能上舰服役。

美国的C-13型为世界唯一现役的飞机蒸汽弹射器，装备新型电磁弹射器的福特级航空母舰将逐步汰换采用蒸汽弹射器的尼米兹级航空母舰。不过美国海军也提出一个蒸汽弹射器改进计划，提升蒸汽弹射器的能力，因为蒸汽弹射器技术成熟，而电磁弹射系统仍然在实验中，经提升的蒸汽弹射系统预计可使用到2050年代。目前使用蒸汽弹射器的现役航母只有美国的10艘尼米兹级和法国的1艘戴高乐号（弹射器从美国进口）。

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方式

蒸汽弹射器是将蒸汽压力转化为对飞机的推力，利用弹射器轨道上的滑块把飞机高速弹射出去，而根据舰载机弹射方法，可分为两种弹射方式，一种是“前轮弹射”，另一种是“拖索式弹射”。

弹射器的管线铺设于飞行甲板下，并在甲板的沟槽上连结一滑块，在“前轮牵引式”的情况下，飞机会将弹射杆勾住于滑块，当弹射器充气完成后，甲板会立起阻挡热蒸气、保护甲板作业人员的“喷流挡板”（分成耐热砖和流水冷却式两种，目前新建航母采用前者，在不需进行弹射作业的情况下可盖起来成为甲板的一部分），飞机再借由蒸气的强大推力驱动滑块前进而起飞，多余的蒸气再于管线末端排出，若天候恶劣、甲板勤务人员不好进行作业时，可以自甲板的“弹射器综合控制系统”操作，其为甲板上的一个半圆形透明操作室，可于该处操作弹射系统，不使用时可关闭而成为甲板的一部分。

拖索式弹射：初期使用的方法，需要多名人员在甲板待命，是以钢索将舰载机挂载于滑块上，再以其快速向前移动，将飞机沿着甲板上的轨道拖曳加速，进而起飞，现役航空母舰已不再使用这种方式。

在每具弹射器组成内含一对并联式活塞汽缸，透过航母舰上的核反应堆或锅炉所产生高压蒸气来推动飞机。起飞前活塞顶端会将飞机与滑梭相连；飞机用具有坚固杆子的箝制器（Holdback）加以固定住。预备起飞时候，汽缸阀门会打开，使得高压蒸气大量涌入装置之中，此时活塞仍固定住让飞机留在原地，等候活塞累积足够压力，产生巨量推力后，箝制器随即松开让弹射器启动，产生大量的推进速度供起飞。飞机一但脱离航母之后，活塞就会冲入水力煞（Water Brake）就停止，以准备下一次任务使用 ^[2]

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缺点

蒸气弹射器造价昂贵、设计、制造和安装技术均复杂、保养维护非常费工夫和成本大，又需占用航母大量空间和消耗大量淡水，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。以美国小鹰级航空母舰的C-13弹射器为例，它一次弹射就要消耗625公斤的蒸汽和1吨左右的缓冲淡水。蒸汽在弹射后散失到外界，如果航母以每分钟1架的速度进行紧急弹射起飞，连续弹射8架飞机之后航母锅炉蒸汽压力就会损失20%，整个动力就会损失32%，航速就要下降8节。更不用说蒸气需要先加热保存才能使用，耽误作战的宝贵时间。因此美国海军研发新式的“电磁弹射器”，其原理类似磁浮列车，能有效降低维护和发射成本，并能提升航母自动化程度。电磁弹射器已在福特级核动力航空母舰陆续配置。