爱吱声

标题: 舰载机爆炸推进起飞（内燃弹射器） [打印本页]
作者: 五月    时间: 2013-5-29 09:11
标题: 舰载机爆炸推进起飞（内燃弹射器）
本帖最后由 五月 于 2013-5-29 23:40 编辑 0 U/ J3 g" \& I, o, D9 t% x. Z# o
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注：本文是个人的一点臆想，供批判用。真正的内燃式弹射器的介绍在19楼。6 M; G2 p1 b; ?

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6 F! N2 a! r. r# e  i众所周知，航母上舰载机起飞有滑跃式和弹射式。弹射式分为蒸汽弹射式和电磁弹射式。而电磁弹射式并没有定型的产品出现。这两种方式都是将其他能量方式瞬间转变为动能推动飞机起飞。满足瞬间转换动能的最古老的方法当然是爆炸。在此，我想应该有人研究过通过爆炸推进飞机起飞吧。& k8 M+ F6 ~' L+ X7 o* ~7 H2 }
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早上忽然发现以前被朝廷封掉的flickr解禁了。原来存了几张“老照片”。拿出来刷刷分。+ Q# ~9 K" H+ Y' O

$ H+ w8 L2 I: h: m9 S爆炸做功在缸内实现，每次爆炸将活塞推动一小段行程。通过连杆和单向可自卸联动装置驱动一条导轨，导轨推动飞机。通过精确控制爆炸的顺序，推动飞机达到起飞速度。* P# N, h! |5 V) y% R$ V* V
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作者: 旅途愉快    时间: 2013-5-29 09:20
我这里之前是flickr能打开，但是他的图片储存服务器给封于是网站能打开图片看不到……
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  m$ c' M% k/ Y5 _# `1 |1 o1 U你这么一说我再登录flickr，发现网站都打不开了……
作者: 树和藤的树    时间: 2013-5-29 10:19
本帖最后由 树和藤的树 于 2013-5-29 17:28 编辑
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% |, Q* y) C+ z' y5 u) _' J) r爆炸弹射，要解决炮药的爆速问题，不然——
- x& y1 f# R$ E  }+ c. u5 {
2 d2 D% M; h" ]% @% T9 O砰砰砰……; X- A' g8 A1 x
——格老子滴，管弹射滴瓜娃子又把炮药给喂多了，起落架倒是飞了，老子差点坐海里了，叫他们去捞！！！( `7 b& `/ X  j$ ^. D" Y

8 v, ^& `; K$ n
作者: ifever    时间: 2013-5-29 10:21
貌似还不如蒸汽弹射。就我所知蒸汽弹射的难点在于弹射导轨的精密加工和气缸的密封。* o- t; j- r7 P( Y1 M
这个爆炸弹射还是要用到导轨和长长的气缸。所以没解决什么麻烦。而且蒸汽怎么都比爆炸要好控制多了。& A9 H; A/ s9 W, p
唯一比较确定的好处是不消耗淡水。这对常规航母有点用，对核动力航母来说没啥价值。
0 n, Q% ?5 J4 s( G9 V$ d9 _5 c而且增加了火药烧蚀气缸以及火药残渣堵塞管道的问题。0 V" r- Y; |! Y* V' P
军舰上平白增添了一大堆用于弹射的火工品也不是什么好事情。
% ?* ~% m- n0 V6 ^% D' o3 W$ u相比之下还不如直接上火箭弹射。不过这个北极熊早就试验过，结果还是没有大规模采用。
作者: 桃子甜    时间: 2013-5-29 11:07
不可行，工程实现起来问题太多。' R' Y' g$ ~9 d8 N. ~1 |" k
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还不如直接火箭助飞呢。
作者: 五月    时间: 2013-5-29 11:43
ifever 发表于 2013-5-29 10:21 - \% B' Y4 C6 @6 u4 Q
貌似还不如蒸汽弹射。就我所知蒸汽弹射的难点在于弹射导轨的精密加工和气缸的密封。
7 `2 d; V2 g. `! n这个爆炸弹射还是要用 ...

5 b5 i+ D/ T' V蒸汽弹射的难点很多，蒸汽的发生，储气罐的制造和保温等等。1 T$ w  d0 M8 F0 v/ [2 j0 I5 ]

8 N+ `+ ~0 Q( p/ c. s' ?我也没觉得我这个设想能成。但是并不需要长长的气缸。我设想用很多对（几十对？几百对）短气缸，每个气缸只推进一小段。通过精确控制每段气缸的爆炸间隙来起加速的作用。这个精确控制在汽车发动机上已经不是大问题。( }* c) h# a* R* a! B
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火药烧蚀的问题有个简单的解决方案：用过几百（几千）次后干脆换一个新的，旧的拆下来镗一遍。军舰上火工品一大堆，多一点应该不是大问题。
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作者: 五月    时间: 2013-5-29 11:43
桃子甜 发表于 2013-5-29 11:07
& l7 O" c  N" F* e; G- ?; i- {- S不可行，工程实现起来问题太多。, p7 [$ R" T: e: x  H

) c) v" U5 }1 H! K还不如直接火箭助飞呢。
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火箭助飞成本太高了
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作者: 不爱吱声    时间: 2013-5-29 11:45
如果用高能炸药，用什么容器来装炸药，能保证爆炸只是推动活塞而不破坏容器呢？4 `1 h* q* U3 f/ X5 P; r+ {7 E, h
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作者: 五月    时间: 2013-5-29 12:12
不爱吱声 发表于 2013-5-29 11:45
/ s  [; _( J( z. ]6 R9 b( U如果用高能炸药，用什么容器来装炸药，能保证爆炸只是推动活塞而不破坏容器呢？
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6 F) s2 @3 U: R: @ ...

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爆炸介质我觉得候选的很多。比如汽油发动机一个气缸里每分钟发生几百上千次爆炸，可以工作数亿次。实在找不到合适的爆炸物，用汽油试试也不错
作者: 江淮客    时间: 2013-5-29 13:48
我记得二战时日本海军有些航母上飞机起飞就是用炸药的，也许是水上飞机？
作者: 一无所之    时间: 2013-5-29 13:58
不爱吱声 发表于 2013-5-29 11:45 ; B; q- c% _1 h$ b9 E/ M
如果用高能炸药，用什么容器来装炸药，能保证爆炸只是推动活塞而不破坏容器呢？
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...
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作者: seek    时间: 2013-5-29 14:03
工程上追求的是简单可靠，易于制造、使用、维护。
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; C  ]4 I. d  z4 P这个设想看起来不错，俺个人斗胆目测，实施起来难度可能会超过电磁弹射
作者: heinsect    时间: 2013-5-29 15:33
609所？
作者: 魔术师    时间: 2013-5-29 15:46
爆炸起飞，怎么控制爆炸力及推力的均匀呢？如果控制不好，推力瞬间产生，飞行员的身体会受不了的。
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作者: 一无所之    时间: 2013-5-29 16:04
heinsect 发表于 2013-5-29 15:33 & y: b8 E1 k6 y: W: H
609所？
, `' |( n$ g: e9 @6 X- I' e2 U( s* ~
我看了也吓一跳～～
作者: 五月    时间: 2013-5-29 16:23
魔术师 发表于 2013-5-29 15:46
5 Q7 K* i, D$ R3 P" B爆炸起飞，怎么控制爆炸力及推力的均匀呢？如果控制不好，推力瞬间产生，飞行员的身体会受不了的。
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...

% b/ G! q5 |! K+ T4 }) {% N+ L
% o9 a1 S( q( Y3 e& t分段推进，分成几十段甚至上百段。每段一个或者一对气缸。我在图上只画了三对气缸作示意。通过控制每个气缸内爆炸物数量来控制每段的加速度。通过控制点火时间来对导轨进行分阶段加速。也可采取闭锁装置，先有爆炸物做功增大缸压，然后在规定时间点解除闭锁让活塞推动。
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- K/ s8 [6 `+ ^7 H全程近似于均匀加速。气缸数量越多加速越均匀。
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作者: 五月    时间: 2013-5-29 17:08

8 ^4 S3 y! ?. s6 p4 ?$ Z& W3 C$ g闹了半天差点又发明了轮子。人家美帝早就有这种咚咚了，叫“内燃弹射器” Internal Combustion Catapult Aircraft Launcher ICCAL，并且有成品。
* K( V! J: T) r( }6 h5 m+ O& G: }: x3 T# c$ Y" H) w
网上找到这么一个帖子，似乎说的挺靠谱（除了想买美帝的二手蒸弹以外）：
0 g% u4 R0 m/ B! [http://www.360doc.com/content/13/0316/09/7271197_271814321.shtml
0 {4 \  o# e$ d3 x4 a
作者: 树和藤的树    时间: 2013-5-29 17:32
五月 发表于 2013-5-29 12:12
3 b' D  x, P- y5 h; \# j# }: [爆炸介质我觉得候选的很多。比如汽油发动机一个气缸里每分钟发生几百上千次爆炸，可以工作数亿次。实在 ...
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Discovery的Mythbusters第四季21季，可以参考一下。6 k9 L9 Q6 E3 t" ~( t- h
0 G4 @% \" P* i7 n0 `$ c
火药残渣堵塞和爆速控制是难题啊。
作者: 五月    时间: 2013-5-29 17:55
本帖最后由 五月 于 2013-5-29 18:21 编辑
9 F' J# g4 V9 t% F' {6 ?
1 r( x) C6 i# K) y7 q) o. q5 w做了一会儿调研，发现了这么一位人物：Clint Stallard 克林特·斯道拉德，和他的网站：
$ y% V! j$ {2 ]* |http://www.launch-systems.com/default.html
+ [" _9 F- Q8 c& d) _
  J8 k" h! I3 |这位克林特大哥在50年代就参与了美帝的弹射器研究，他在蒸汽弹射和内燃弹射都混过。他提供了这么一张照片：
& ~8 `" P: {8 N. Q7 _' }9 l7 s# B! D: h0 D- D8 P9 n

- x- }; T6 Y% {* w. U
4 w' m( {# ?' Z' P+ h! N照片摄于1959年新泽西州的Lakehurst雷克赫斯特。照片上左边的是蒸汽弹射器C13，中间就是内燃弹射器C14。据克林特说当年两种弹射都成功，都有各种毛病。最后华盛顿的决策者选择了C13.  他说企业号上同时装备了C13和C14.后来C14下马后，C14系统的气缸等部件并没有拆卸，而是作为配重留了下来。" D$ E7 C6 y5 k6 N$ ~

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# a! y2 h, D# g9 F) [- F$ f. @  E. O& D3 o1 G* g: W% g/ }# s
图中第一层甲板下的第10号、11号舱室（右上角）就是当年为C14建造的气缸。
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) W. w7 R, ?. d3 }克林特放了一份内燃弹射器的设计文件。文件我没看，贴几张图吧。2 w) v3 K/ Y6 x1 F3 ^
) `" E5 j: {) o8 L! O

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这是内燃弹射器安装好的真容。
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5 O" v8 m4 d2 Y# t6 p5 Z8 }

+ n( y; j- N9 F  t6 s0 n7 Q系统示意图, T& z# ~% G, H

+ }8 r2 o/ C* q: S- s7 V2 U4 R克林特做了一个PPT文件，说90年代的时候他的团队试图重启C14的项目，但在1998年5月惨遭下马的命运。从文笔来说，这位大侠挺民科的，里面的叙述有不少含糊不清的地方。我觉得他提出的计划的混乱程度能赶上F35了 这位仁兄还涉足大炮发射卫星领域，真有点像民科了。但是老美的事情说不好，没钱的时候人确实像民科，有钱的时候就不一定了，也许就是一位创立Space X的马斯科，谁知道呢
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6 ~* B. u/ [  l+ U0 b8 D9 U: c要是此人真有点儿料，天朝是不是派人把这老头儿拉来爬爬长城吃吃烤鸭什么的
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作者: 五月    时间: 2013-5-29 17:58
本帖最后由 五月 于 2013-5-29 18:24 编辑 : r' Q( N4 C0 U
树和藤的树 发表于 2013-5-29 17:32 + U6 n0 P# b& E8 I
Discovery的Mythbusters第四季21季，可以参考一下。: y% v$ [( O0 R6 P& c

* o/ f! ~& V- X1 F火药残渣堵塞和爆速控制是难题啊。 ...

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不是一定要用火药。美帝曾经做出过样机，编号C14。当时蒸汽弹射的编号是C13. C14用的是喷气发动机的燃料+液氧+盐水。; M/ G( a. w; U4 C* g1 C( g
作者: 不爱吱声    时间: 2013-5-29 22:04
本帖最后由 不爱吱声 于 2013-5-29 08:06 编辑
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五月 发表于 2013-5-28 22:12
; t8 H* V3 I' F1 q1 l9 y" X爆炸介质我觉得候选的很多。比如汽油发动机一个气缸里每分钟发生几百上千次爆炸，可以工作数亿次。实在 ...
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气缸里的“爆炸”和炸药的爆炸不是一个量级的。6 `# \- r. c! ~8 n: x
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如果是用汽油的话那就是内燃机了，能达到弹射飞机需要的功率么？
作者: 五月    时间: 2013-5-29 22:20
不爱吱声 发表于 2013-5-29 22:04 4 x: @1 B( x1 ?5 h5 p
气缸里的“爆炸”和炸药的爆炸不是一个量级的。/ v1 r* C: N1 R/ [% @. Y
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如果是用汽油的话那就是内燃机了，能达到弹射飞机需要的 ...

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请参见19楼。美帝在50年代已经研制出了样机，叫做内燃弹射，型号C14，并且当时已经开始了C14在企业号航母安装，后因故停工，改为单一蒸汽弹射。他们的结构跟我想象的不同，不过都是通过缸内爆炸做功的形式。0 l  g# n2 \1 J# [

% {' X( R4 b" m3 ]. KC14好像是用八个内燃缸代替单一的蒸汽高压罐。 使用航空燃油+液氧+盐水爆燃做功，推动弹射器。
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具体内容请参见19楼和19楼的链接。* R% K; q% a+ B* G0 l% o
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作者: MacArthur    时间: 2013-5-29 22:29
不爱吱声 发表于 2013-5-29 09:04
6 v' G( q+ u9 ^# L* n9 D气缸里的“爆炸”和炸药的爆炸不是一个量级的。& N: r: R# o, W$ v% d2 v8 b* d

% n3 z! c. n* Y如果是用汽油的话那就是内燃机了，能达到弹射飞机需要的 ...
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5 o% \; }0 \6 w, Q# A
倒也未必。。。 可以考虑液态装药，分段注射，依次爆燃，控制爆速、膛压和时间，也不是不可以。。。 ' q+ }/ o" }! d* X7 Q

0 c1 N5 Q+ t1 E: q4 \米帝曾经有过液态装药舰炮计划，技术上肯定是可行的 - 只不过比发射炮弹所需要的装药量更少就是了。。。 ; N  ^' o+ Q+ d1 {/ F+ V

) R/ c4 e+ b& p& R3 a8 c" {只是这么高的膛压下要保持活塞的密封 - 还得能够重复使用，这个绝对是工程上的梦魇。。。
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作者: 不爱吱声    时间: 2013-5-29 22:32
本帖最后由 不爱吱声 于 2013-5-29 08:38 编辑
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不爱吱声 发表于 2013-5-28 21:45 $ r. p1 s2 G. `8 n6 d+ d
如果用高能炸药，用什么容器来装炸药，能保证爆炸只是推动活塞而不破坏容器呢？
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* @  j6 i  a$ v- s* C) @" W) q ...
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MacArthur  其实就是跟炮管嘛
0 I9 b2 g/ ]. s6 m: M4 y% h1 Z
@MacArthur 如果使用枪炮药的话，也还是有很严重的安全隐患，因为炮弹发射是一面完全开放的，这样气体物质都会从开口处喷射出来，推动炮弹，膛内压力并不需要很大，所以炮管不会出问题，但是他这里的设计是使用活塞堵住开口，而且要给活塞很大功率，毕竟推动飞机需要的功率和推动炮弹需要的功率完全不在一个量级上，这样的话意味着，还是需要膛内压力特别高才行，而这就相当于炮弹发射时候被卡在膛内，那是会爆膛的。
作者: MacArthur    时间: 2013-5-29 22:37
本帖最后由 MacArthur 于 2013-5-29 09:41 编辑
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不爱吱声 发表于 2013-5-29 09:32
( J$ y1 ^3 R2 }8 v. ]8 p@MacArthur 如果使用枪炮药的话，也还是有很严重的安全隐患，因为炮弹发射是一面完全开放的，这样气体物 ...
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理论上不是不可行 - 比方说在活塞行程末段，在缸壁上开口，把压力泄出来。。。 1 j( c$ X5 L. l& b
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实际上恐怕就没那么容易了 - 这么高的膛压下还开口，几次下来恐怕就爆膛了。。。 0 K+ G8 [: j; T# y
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其实电磁弹射本质上跟电磁炮原理是一致的 - 只不过电磁炮的好处是收发自如，而且也没有高膛压、密封等那么多事儿。。。
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作者: 不爱吱声    时间: 2013-5-29 22:45
这么高的膛压下还开口，几次下来恐怕就爆膛了
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5 l8 N" t5 o$ _; J1 n太对了，高压容器开口可是致命的，因为开口处应力集中，不用反复，而是更可能立马会出现Petaling failure1 i5 B% l4 u) d" @, X8 Y4 L$ z3 x! h
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作者: MacArthur    时间: 2013-5-29 22:49
不爱吱声 发表于 2013-5-29 09:45
! F- B, D: [8 ?7 T太对了，高压容器开口可是致命的，因为开口处应力集中，不用反复，而是更可能立马会出现Petaling failure ...

- N: i) n/ D6 I: ?# H5 W  [不过反过来想一想：现有的蒸汽弹射，不也应该有这些问题么？高压缸壁，泄压方式，反复使用的密闭活塞。。。 很好奇他们是怎么解决这些难题的？0 t4 O+ G; `7 B% P( \

5 f8 @6 [7 A& k5 K, l( c越想越觉得航母工程绝对是一个“Engineering Wonder”...
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作者: 五月    时间: 2013-5-29 22:53
不爱吱声 发表于 2013-5-29 22:45
+ L) G/ m8 w$ Y, q  {! t太对了，高压容器开口可是致命的，因为开口处应力集中，不用反复，而是更可能立马会出现Petaling failure ...
3 F! Q! p: @+ H- ~* u3 D$ B
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看来活塞和炸药得放弃了，我改为支持美帝的C14方案吧。基本相当于用8个内燃气缸代替蒸汽罐。用燃油燃烧汽化盐水的方式产生高压蒸汽。接下来的程序与蒸汽弹射一样，高压蒸汽注入导轨槽，推动弹射块。
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作者: MacArthur    时间: 2013-5-29 23:30
五月 发表于 2013-5-29 09:53
5 G9 K, `+ k' i8 H! Q% E看来活塞和炸药得放弃了，我改为支持美帝的C14方案吧。基本相当于用8个内燃气缸代替蒸汽罐。用燃油燃烧 ...

' |- m' S4 [$ t9 y, M看了一下这位老兄的网站，还是有一些料，可信度比较高。。。
- W0 u9 r3 y" V1 N
7 [/ s) i7 s+ H0 t, x' O只不过这位老兄一肚子怨气，认为Lockheed-Martin“盗取”了他的PPT，骗了他的经理人，然后又被NASA所背叛（押宝电磁弹射）。。。 实际上他的这个模型不是不好，而是
( D* r9 T3 J# l（一）相对于现有的蒸汽弹射，并没有太大的优势 - 节省了淡水吗？节省了管路空间吗？还要额外开辟舱室，加不锈钢贮藏罐来贮藏燃料（羟基硝酸铵）和氧化剂（四乙基硝酸铵） - 后期版本用液态氧，更危险。。。   V/ V4 Y# `. G
（二）这些额外的液体燃料，对于舰队后勤都是负担 - 补给舰、母港码头、海外基地，都需要翻新，增加额外存贮流程、仓库。。。 都是钱啊。。。 7 m' c- g+ r, D% t' R1 ?

- g9 x: u9 |' s/ Z至于后来，蒸汽弹射已经上舰了，他还要喋喋不休地说服海军把现有航母翻新成CV-14系统，如果九十年代海军都拿不出这个钱来的话，那么在Sequestration Cut的现在，就更不要想拉。。。
8 L9 K- m4 n6 h- |) u) {
4 ^# X! W# R( L; A) R! m, p7 H' @, t. {
3 D: C" m' Q3 N, h5 n5 R

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作者: njyd    时间: 2013-5-29 23:36
问题多多。
) ]) m- N* |! |0 n: p导轨要做的多重？轻了强度不够，重了一方面浪费能量，另一方面到弹射结束要停下时需要更长的减速段来吸收能量？还有前面伸出那么长，船头要留多少？如果放在飞机后面，后面又要多占地。! L+ t8 e" S8 {
下面的燃气弹射看不清细节，不过我认为它只不过是用燃气代替蒸汽，气缸还是一整根。! |# n$ q* m. s
你这个分段是最大的问题，谁也不敢绝对保证能百分之百点火，就象枪炮总是会有瞎火的，如果你的一对气缸中有一个不发火一个发火会造成什么后果？这不平衡力会把中间连杆破坏。/ T, U( t8 e* j1 ^; o& q' x
　　前半段的气缸还问题不大，后半段导轨的运动速度在50米/秒以上。活塞得在那个被推的单向机构通过以后才能开始运动，就是要在极短的时间内追上导轨，追的还不能太快，太快了冲击力太大。但不快的话追上了推力又不足，需要以不太快的速度追上导轨后再大幅增加压力，这就需要燃气的发生要先小再大再平稳的精确控制，而且气缸要足够长才能完成这个过程。
: ]) p+ {: K+ r3 ~4 m* ]3 b　　后半段的活塞推程结束时都有相当高的速度，气缸内压力也相当高，压力可以开口放掉，运动速度就需要有相当长的能量吸收装置让它停下来。这些东西加起来将是个非常复杂的装置，你整天就修理吧。: k# e5 d% R' b' W) c' T+ A% E+ P
　　俺是专挑毛病的，这东西的长处就不说了。
2 C; C6 I! h0 z" g
作者: 桃子甜    时间: 2013-5-29 23:44
五月 发表于 2013-5-28 22:43
+ b  S7 [6 f7 \. K& M/ ?火箭助飞成本太高了
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呵呵，爆炸推进成本不高？1 j% F( t2 Q, C, e

% v. Z. n- f! _气缸的强度得和炮管一样，可是炮管寿命一般不到一千发啊。9 o: S" T# g! h: F1 V/ W+ K' l

* J4 t! G% T) {) g两次弹射间你怎么清洁气缸？4 S7 m( s% g6 I# P: I
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工程上问题太多，技术上可能可以实现，工程上没有意义。
作者: ifever    时间: 2013-6-3 12:05
五月 发表于 2013-5-29 11:43
# E3 K& S7 ?5 g4 _蒸汽弹射的难点很多，蒸汽的发生，储气罐的制造和保温等等。
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9 O) s# @1 f$ m7 M% G8 P) I我也没觉得我这个设想能成。但是并不需要长 ...

# u- I6 ], _9 S那各个气缸之间的衔接怎么办。可以想象前一对气缸结束工作的时候出力已经非常低了，后一对气缸接手时推力突然增大会对飞机和弹射机构带来一个很大的瞬时冲击。一次弹射爆炸气缸要像机关枪似的把飞机和弹射器突突几百发。工程上不是一定没法解决，但是这样飞机要增加很大额外的重量来加强结构，系统可靠性也要差很多——几百对气缸，除非气缸每次出问题都刚好是一对一起出，不然这么大的不平衡作用力，飞机可能打着旋儿就出去了。6 f+ A# R* P# o2 {) R* A2 X
美帝那个设计相当于在飞机下面额外加了一个可分离的航空发动机。跟这个爆炸推进实在联系不到一起。



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