CN106314816B - 机电一体化动态储能式舰载机弹射器***的设计使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供机电一体化动态储能式舰载机弹射器***，包括弹射模块、归位模块和外置动力设备，弹射模块与归位模块结构相同，归位模块与一个以上弹射模块配合进行分散动态蓄能和集中全部动能驱动牵引带双向牵引滑梭直线做功，将舰载机弹射升空，该***结构简单，造价低，能量利用率高，全部是模块化和程控化，弹射质量可调，弹射速度可调，方便加工、安装和训练，是军校训练和娱乐场所必备设备，增加弹射模块的数量或增加蓄能电机和外置动力设备的功率，就可直接用于航母舰载机的弹射，是中国航母的必选装备。

Description

机电一体化动态储能式舰载机弹射器***的设计使用方法

技术领域

本发明涉及军工或海军装备技术领域,具体地说是机电一体化动态储能式舰载机弹射器***的设计使用方法。

背景技术

蒸汽弹射器已经在美国的十个米尼兹级核动力航母上使用，电磁弹射器在陆基机场上试验成功正在福特级核动力航母上试验，上述两种弹射器在应用过程中存在的致命不足是结构复杂、价格昂贵，耗能高，所以只能在核动力航母或超级核动力航母上使用或试验，目前常规动力航母上舰载机只能采用滑跃式起飞，由于没有弹射器，滑跃式起飞的舰载机不能满载起飞，大型固定翼飞机比如反潜机、预警机和货运固定翼机都不能上航母，制约了航母的作战能力制约了中国航母的发展。

现有技术中，本发明人在201310272662.X号专利，发明名称“一种带式舰载机助推器***及分散蓄能集中随机助推做功方法”一文中公开了一种弹射器模块和分散蓄能集中做功的方法，该弹射模块全部采用外置式动力设备，存在的缺点是弹射模块的功率密度小，动态蓄能功率小，满足弹射60吨以上质量的舰载机需要集成配置较多的弹射模块，因而占用空间大，不能根据不同弹射质量灵活合理分配弹射功率，不能满足国产航母舰载机弹射器的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种自带内置蓄能电机的机电一体化动态储能式舰载机弹射器***的设计使用方法。

本发明的目的是按以下方式实现的，弹射器***包括弹射模块、归位模块和外置动力设备，弹射模块与归位模块结构相同，归位模块与一个以上弹射模块配合进行分散动态蓄能和集中全部动能驱动牵引带双向牵引滑梭直线做功，将舰载机弹射升空，其中：

弹射模块的结构是由机箱、传动轴、牵引带、盘式制动器、内置蓄能电机、离合器、蓄能取力器、弹射控制器组成，传动轴通过轴承设置在机箱的中间，牵引带缠绕在位于机箱中的传动轴上，机箱两侧伸出的传动轴上对称设置有圆盘制动器、蓄能电机、离合器和蓄能取力器；

圆盘制动器包括制动盘和制动钳，制动盘的中心与传动轴连接，制动盘的边缘与设置在机箱外侧的制动钳配合，圆盘制动器的外侧设置有内置蓄能电机；

内置蓄能电机是由转子和定子绕组组成，转子中心设置有轴承与传动轴转动连接，定子绕组通过电机壳体与机箱两侧连接固定；

离合器设置在传动轴的最外端，离合器的内摩擦盘中心与传动轴固定，离合器的外摩擦盘的内侧面与内置蓄能电机的转子外侧面连接固定；

蓄能取力器包括凹形蓄能盘和取力器，凹形蓄能盘的內圆与离合器外摩擦盘的外圆连接在一起，取力器与外置动力设备的动力输出轴连接；

归位模块只负责将滑梭牵引返回起点，功耗小，内置蓄能电机功率足够不用连接外置动力设备；

机箱的顶部设置有跑道沟，跑道沟中设置有导向辊，滑梭连接板固定在牵引带的中间，牵引带经导向辊延伸进跑道沟从托辊组的两个托辊中间穿过，经反向辊和各托辊组顶部的托辊上部滑动返回，再经归位模块机箱上的导向辊与归位模块的传动轴连接；

弹射控制器由单片机采用无线遥控方式，控制弹射模块和归位模块中的圆盘制动器和离合器工作，弹射跑道的起点和终点设置有位置传感器为弹射控制器提供控制信号；

（一）弹射器***分散蓄能集中做功原理如下：

每个弹射模块设置两个内置蓄能电机，同时通过变频器控制内置蓄能电机的转速，内置蓄能电机的转子在传动轴上空载转动同时带动蓄能取力器转动进入动态蓄能状态，取力器上的蓄能凹盘是一个与电机转子直径质量相当的飞轮，盘式制动器处于制动状态，离合器处于释放状态，传动轴静止，缠绕在传动轴上的牵引带不对滑梭牵引做功，静止在归位模块上方的弹射跑道起点；

在弹射模块弹射大质量物体时，两个内置蓄能电机分别通过两个蓄能取力器与两个外置动力设备连接，获取额外的轴功率以增加模块的弹射功率；

两个蓄能电机不通电时，由两台外置动力设备通过蓄能取力器带动其转动，两个蓄能电机作飞轮使用；

由于两个内置蓄能电机和两个外置动力设备能够通过取力器将轴功率分开或合并，使弹射模块能够灵活地选择不同的轴功率弹射不同质量的舰载机；

若干弹射模块纵向排列在跑道沟的底部，每个弹射模块都有一组牵引带连接在传动轴与滑梭之间，以纤夫拉纤或众人拔河的方式把所有内置蓄能电机、蓄能取力器和外置动力设备的转动轴功率传递给滑梭，滑梭则把牵引功率和牵引速度传递给舰载机；

（二）弹射***的使用方法如下：

1）舰载机滑行到弹射跑道的起始端，舰载机的牵引杆与滑梭钩挂在一起进入准备弹射状态；

2）指挥员通过无线遥控器发出弹射信号，弹射控制器控制离合器吸合，内置蓄能电机进入动态蓄能做工状态，传动轴通过离合器向内置蓄能电机的转子取力，传动轴转动牵引牵引带在传动轴上缠绕，每缠绕一圈，牵引带就牵引滑梭行进一个周长的长度，同时增加一个加速度，当传动轴在设定的转速下3秒内100米长的牵引带全部缠绕到传动轴上时，滑梭就将舰载机模拟训练车牵引到弹射跑道终点，舰载机就能加速到设定的加速度，调节内置蓄能电机的转速就能获得所需要的设定弹射速度；

3）当滑梭行进到弹射跑道终点时，触发制动传感器，弹射模块和归位模块的盘式制动器同时制动，弹射模块的离合器同时释放，传动轴不再从内置蓄能电机上取力，传动轴瞬间刹车制动，同时牵引带反向牵引滑梭制动，滑梭质量产生的弹射惯性被牵引带的弹性张力抵消，滑梭停止在弹射跑道终点；

4）弹射控制器控制弹射模块和归位模块的盘式制动器同时制动延时1-3秒，再同时释放，归位模块的离合器吸合，传动轴向转动的内置蓄能电机转子取力，传动轴转动反向缠绕弹射介质，牵引滑梭返回弹射跑道起点时，同时触发起点传感器，弹射控制器再次控制弹射模块和归位模块的盘式制动器同时制动，归位模块离合器释放，滑梭静止在弹射跑道起点，等待下次弹射信号。

所述的弹射器练***，外置动力设备是指增加弹射质量时通过蓄能取力器为内置蓄能电机从模块外部获取额外动力的电动机、柴油机或涡轴发动机的一种或两种以上动力设备的组合体。

所述的弹射器***，蓄能取力器是皮带轮、联轴器或离合器中的一种。

所述的弹射器***，离合器是气动离合器或电磁离合器中的一种。

所述的弹射器***，牵引带是工业片基带或钢丝绳中的一种。

本发明的有益效果是：结构简单，造价低，能量利用率高，全部是模块化和程控化，弹射质量可调，弹射速度可调，方便加工、安装和训练，增加弹射模块的数量同时增加蓄能电机和外置动力设备的功率，就可直接用于航母舰载机的弹射，将是未来中国航母舰载机弹射器的必选装备。

附图说明

图1是机电一体化动态储能式舰载机弹射器***的整体结构示意图。

图2是弹射模块实施方式示意图；

附图标记说明：机箱1、电机壳体2、传动轴3、取力器4、蓄能盘5、离合器外摩擦盘6、离合器内摩擦盘7、定子绕组8、转子9、制动盘10、制动钳11、弹射甲板12、滑梭13、滑梭连接板14、牵引带15、直线轴承16、导向辊17、反向辊18、托辊组19、外置动力设备20、跑道沟21。

具体实施方式

参照说明书附图对本发明机电一体化动态储能式舰载机弹射器***的设计使用方法作以下详细地说明。

本发明的机电一体化动态储能式舰载机弹射器***，包括弹射模块、归位模块和外置动力设备，弹射模块与归位模块结构相同，归位模块与一个以上弹射模块配合进行分散动态蓄能和集中全部动能驱动牵引带双向牵引滑梭直线做功，将舰载机弹射升空，其中：

弹射模块，包括机箱1、传动轴3、牵引带15、盘式制动器、内置蓄能电机、离合器、蓄能取力器、弹射控制器和外置动力设备20，传动轴3通过轴承设置在机箱1的中间，牵引带15缠绕在位于机箱1中的传动轴3上，机箱1两侧伸出的传动轴3上对称设置有圆盘制动器、蓄能电机、离合器和蓄能取力器；

圆盘制动器包括制动盘10和制动钳11，制动盘10的中心与传动轴3连接，制动盘10的边缘与设置在机箱1外侧的制动钳11配合，圆盘制动器的外侧设置有内置蓄能电机；

内置蓄能电机是由转子9和定子绕组8组成，转子9中心设置有轴承与传动轴3转动连接，定子绕组8通过电机壳体2与机箱1两侧连接固定；

离合器设置在传动轴3的最外端，离合器的内摩擦盘7中心与传动轴3固定，离合器的外摩擦盘6的内侧面与内置蓄能电机的转子9外侧面连接固定；

蓄能取力器包括凹形蓄能盘5和取力器4，凹形蓄能盘5的內圆与离合器外摩擦盘6的外圆连接在一起；

机箱1的顶部设置有跑道沟，跑道沟中设置有导向辊17，滑梭连接板14固定在牵引带15的中间，牵引带15经导向辊17延伸进跑道沟从托辊组19的两个托辊中间穿过，经反向辊18和各托辊组19顶部的托辊上部滑动返回，再经归位模块机箱上的导向辊17与归位模块的传动轴3连接；

弹射控制器由单片机采用无线遥控方式，控制弹射模块和归位模块中的圆盘制动器和离合器工作，弹射跑道的起点和终点设置有位置传感器为弹射控制器提供控制信号；

（一）弹射器***分散蓄能集中做功方法如下：

每个弹射模块设置两个内置蓄能电机，同时通过变频器控制内置蓄能电机的转速，内置蓄能电机的转子在传动轴上空载转动同时带动蓄能取力器转动进入动态蓄能状态，取力器上的蓄能凹盘是一个与电机转子直径质量相当的飞轮，盘式制动器处于制动状态，离合器处于释放状态，传动轴静止，缠绕在传动轴上的牵引带不对滑梭牵引做功，静止在归位模块上方的弹射跑道起点；

在弹射模块弹射大质量物体时，两个内置蓄能电机分别通过两个蓄能取力器与两个外置动力设备连接，获取额外的轴功率以增加模块的弹射功率；

两个蓄能电机不通电时，由两台外置动力设备通过蓄能取力器带动其转动，两个蓄能电机作飞轮使用；

由于两个内置蓄能电机和两个外置动力设备能够通过取力器将轴功率分开或合并，使弹射模块能够灵活地选择不同的轴功率弹射不同质量的舰载机；

若干弹射模块纵向排列在跑道沟的底部，每个弹射模块都有一组牵引带连接在传动轴与滑梭之间，以纤夫拉纤或众人拔河的方式把所有内置蓄能电机、蓄能取力器和外置动力设备的转动轴功率传递给滑梭，滑梭则把牵引功率和牵引速度传递给舰载机；

（二）弹射器***的使用方法如下：

1）舰载机滑行到弹射跑道的起始端，舰载机的牵引杆与滑梭钩挂在一起进入准备弹射状态；

2）指挥员通过无线遥控器发出弹射信号，弹射控制器控制离合器吸合，内置蓄能电机进入动态蓄能做工状态，传动轴通过离合器向内置蓄能电机的转子取力，传动轴转动牵引牵引带在传动轴上缠绕，每缠绕一圈，牵引带就牵引滑梭行进一个周长的长度，同时增加一个加速度，当传动轴在设定的转速下3秒内100米长的牵引带全部缠绕到传动轴上时，滑梭就将舰载机模拟训练车牵引到弹射跑道终点，舰载机就能加速到设定的加速度，调节内置蓄能电机的转速就能获得所需要的设定弹射速度；

3）当滑梭行进到弹射跑道终点时，触发制动传感器，弹射模块和归位模块的盘式制动器同时制动，弹射模块的离合器同时释放，传动轴不再从内置蓄能电机上取力，传动轴瞬间刹车制动，同时牵引带反向牵引滑梭制动，滑梭质量产生的弹射惯性被牵引带的弹性张力抵消，滑梭停止在弹射跑道终点；

4）弹射控制器控制弹射模块和归位模块的盘式制动器同时制动延时1-3秒，再同时释放，归位模块的离合器吸合，传动轴向转动的内置蓄能电机转子取力，传动轴转动反向缠绕弹射介质，牵引滑梭返回弹射跑道起点时，同时触发起点传感器，弹射控制器再次控制弹射模块和归位模块的盘式制动器同时制动，归位模块离合器释放，滑梭静止在弹射跑道起点，等待下次弹射信号。

所述的弹射器***，外置动力设备是指增加弹射质量时通过蓄能取力器为内置蓄能电机从模块外部获取额外动力的电动机、柴油机或涡轴发动机的一种或两种以上动力设备的组合体。

所述的弹射器***，蓄能取力器是皮带轮、联轴器或离合器中的一种。

所述的弹射器***，离合器是气动离合器或电磁离合器中的一种。

所述的弹射器***，牵引带是工业片基带或钢丝绳中的一种。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

除本发明的说明书公开的技术特征外均为本专业技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.机电一体化动态储能式舰载机弹射器***的设计使用方法，***包括弹射模块、归位模块和外置动力设备，弹射模块与归位模块结构相同，归位模块与一个以上弹射模块配合进行分散动态蓄能和集中全部动能驱动牵引带双向牵引滑梭直线做功，将舰载机弹射升空，其中：

弹射模块的结构是由机箱、传动轴、牵引带、盘式制动器、内置蓄能电机、离合器、蓄能取力器、弹射控制器组成，传动轴通过轴承设置在机箱的中间，牵引带缠绕在位于机箱中的传动轴上，机箱两侧伸出的传动轴上对称设置有圆盘制动器、蓄能电机、离合器和蓄能取力器；

圆盘制动器包括制动盘和制动钳，制动盘的中心与传动轴连接，制动盘的边缘与设置在机箱外侧的制动钳配合，圆盘制动器的外侧设置有内置蓄能电机；

内置蓄能电机是由转子和定子绕组组成，转子中心设置有轴承与传动轴转动连接，定子绕组通过电机壳体与机箱两侧连接固定；

离合器设置在传动轴的最外端，离合器的内摩擦盘中心与传动轴固定，离合器的外摩擦盘的内侧面与内置蓄能电机的转子外侧面连接固定；

蓄能取力器包括凹形蓄能盘和取力器，凹形蓄能盘的內圆与离合器外摩擦盘的外圆连接在一起，取力器与外置动力设备的动力输出轴连接；

机箱的顶部设置有跑道沟，跑道沟中设置有导向辊，滑梭连接板固定在牵引带的中间，牵引带经导向辊延伸进跑道沟从托辊组的两个托辊中间穿过，经反向辊和各托辊组顶部的托辊上部滑动返回，再经归位模块机箱上的导向辊与归位模块的传动轴连接；

弹射控制器由单片机采用无线遥控方式，控制弹射模块和归位模块中的圆盘制动器和离合器工作，弹射跑道的起点和终点设置有位置传感器为弹射控制器提供控制信号；

其特征在于

（一）弹射器***分散蓄能集中做功的设计方法如下：

每个弹射模块设置两个内置蓄能电机，同时通过变频器控制内置蓄能电机的转速，内置蓄能电机的转子在传动轴上空载转动同时带动蓄能取力器转动进入动态蓄能状态，取力器上的蓄能凹盘是一个与电机转子直径质量相当的飞轮，盘式制动器处于制动状态，离合器处于释放状态，传动轴静止，缠绕在传动轴上的牵引带不对滑梭牵引做功，静止在归位模块上方的弹射跑道起点；

在弹射模块弹射大质量物体时，两个内置蓄能电机分别通过两个蓄能取力器与两个外置动力设备连接，获取额外的轴功率以增加模块的弹射功率；

两个蓄能电机不通电时，由两台外置动力设备通过蓄能取力器带动其转动，两个蓄能电机作飞轮使用；

由于两个内置蓄能电机和两个外置动力设备能够通过取力器将轴功率分开或合并，使弹射模块能够灵活地选择不同的轴功率弹射不同质量的舰载机；

若干弹射模块纵向排列在跑道沟的底部，每个弹射模块都有一组牵引带连接在传动轴与滑梭之间，以纤夫拉纤或众人拔河的方式把所有内置蓄能电机、蓄能取力器和外置动力设备的转动轴功率传递给滑梭，滑梭则把牵引功率和牵引速度传递给舰载机；

（二）弹射器***使用方法如下：

1）舰载机滑行到弹射跑道的起始端，舰载机的牵引杆与滑梭钩挂在一起进入准备弹射状态；

2）指挥员通过无线遥控器发出弹射信号，弹射控制器控制离合器吸合，内置蓄能电机进入动态蓄能做工状态，传动轴通过离合器向内置蓄能电机的转子取力，传动轴转动牵引牵引带在传动轴上缠绕，每缠绕一圈，牵引带就牵引滑梭行进一个周长的长度，同时增加一个加速度，当传动轴在设定的转速下3秒内100米长的牵引带全部缠绕到传动轴上时，滑梭就将舰载机模拟训练车牵引到弹射跑道终点，舰载机就能加速到设定的加速度，调节内置蓄能电机的转速就能获得所需要的设定弹射速度；

3）当滑梭行进到弹射跑道终点时，触发制动传感器，弹射模块和归位模块的盘式制动器同时制动，弹射模块的离合器同时释放，传动轴不再从内置蓄能电机上取力，传动轴瞬间刹车制动，同时牵引带反向牵引滑梭制动，滑梭质量产生的弹射惯性被牵引带的弹性张力抵消，滑梭停止在弹射跑道终点；

4）弹射控制器控制弹射模块和归位模块的盘式制动器同时制动延时1-3秒，再同时释放，归位模块的离合器吸合，传动轴向转动的内置蓄能电机转子取力，传动轴转动反向缠绕弹射介质，牵引滑梭返回弹射跑道起点时，同时触发起点传感器，弹射控制器再次控制弹射模块和归位模块的盘式制动器同时制动，归位模块离合器释放，滑梭静止在弹射跑道起点，等待下次弹射信号。