摘要：随着中国综合国力的提高，而我国又是一个濒海大陆国家，海洋军事力量的建立也越来越重要，因此对航母的重视程度也日渐高升。而作为航空母舰最关键性的弹射器技术是限制航母发展的一个重要因素，一直以来都是研究的热点，并产生了众多的专利技术。本文将针对弹射器相关专利技术进行统计与分析，简要描述该类技术的起源与技术演进路线，并对其技术发展作出展望。
关键词：弹射器、飞行器、航空母舰、舰载机
航空母舰是一种以舰载机为主要作战武器的大型水面舰艇，是制海权、制空权和制陆权的作战力量三位一体的统一。由于航母上的甲板较短，随着全金属高速螺旋桨飞机的出现，航母舰载机越来越重，需要的跑道也越来越长，难以满足所有舰载机在满载的情况下都能达到最低起飞速度，由此促进了弹射器的发展。一般意义上的弹射器是指航空母舰上推动舰载机增大起飞速度、缩短滑跑距离的装置，利用飞行甲板上布置的弹射装置，在一定形成内对舰载机施加推力，使其达到离舰起飞速度，就跟打弹弓似的。采用弹射起飞方式，有利于提高航母甲板使用效率、舰载机的出动架次率，同时能够起飞重量更大的飞机，使舰载机能够携带更多的武器和燃油，使航母的综合作战能力大大提高。本文主要针对航母上使用的弹射器进行专利技术统计与分析，简要描述该类技术的起源与技术演进路线，并对其技术发展作出展望。
一、弹射器技术起源及演进路线
1．演进路线
第一代－气动转盘式弹射器
A MK1型弹射器是埃利森上尉在第一台弹射器的基础上作出改进的，根据矿山所用的压缩空气机械给的灵感，把提供动力源的重物砝码变换成一个压缩空气推动的气缸，利用气体膨胀直接推动转盘带动绳索，利用压缩空气的压力和喷射量来调节弹射力量的大小。其基本原理是使用一个大的压缩空气瓶向气缸中充压，气缸通过斜盘驱动有一定质量的转盘，转盘通过张索驱动一个弹射车，弹射车用挂索挂住飞机，飞机起飞后挂索被抛弃。
第二代－火药转盘式弹射器
压缩空气的动能太低，速度增加到50节左右就遇到瓶颈，火药推送弹丸可以高达每秒上千米，并且火药使用有多年的军事经验，成熟而稳定。P系列火药弹射器分为炮座回转式和固定式两种。火药动力弹射器沿用了以前的转盘换能方式，由于火药的膨胀力比较大，所以弹射末速度提高较快，不过火药爆轰持续时间太短，弹射负荷的重量很难增加。
第三代－惯性飞轮弹射器
惯性飞轮弹射器的其中一个典型是诺尔顿式弹射器，采用一个6吨重的水平顺时针旋转的飞轮，有粗壮的轴承稳固地安装在甲板下层，启动时让飞轮高速旋转，最快速度可以达到3000转/分，力的传递依靠类似于汽车变速器和刹车盘的综合体，通过控制多个面积不同的摩擦盘控制传动的力量，弹射力量通过缠绕在轮轴上的缆绳传递给飞机，弹射一架飞机仅让飞轮转速减少1000转/分，可以迅速弥补能量。
第四代－液压机械式弹射器
液压弹射器使用一系列高压液压设备，具有很大的牵引重量，液压活动件速度慢，通过3组滑轮车将巨大的牵引力转化为较小的牵引力和较快的速度。液压的能量可以由火药或锅炉的蒸汽提供，也可以是一个自增压的压缩空气瓶，还可以是一个电动机。其主要原理是利用液压设备中大活塞向小活塞传递速度加倍的原理，利用高加压的液压设备驱动3组张索滑车，进一步放大液压活塞的速度。
第五代－蒸汽弹射器
蒸汽弹射器绝对是弹射器系列中的绝对主力，在现役的大中型航空母舰上普遍装备有蒸汽弹射器。蒸汽弹射器实际上是一种活塞冲程很长的往复式蒸汽机，利用舰上蒸汽锅炉产生的蒸汽作动力，将其压缩到特定压强后存储到储汽筒中。弹射飞机时，储汽筒挤压蒸汽，使其通过弹射阀进入弹射发动机汽缸内，进而驱动汽缸内的活塞运动，活塞在带动往复车，将飞机弹射出去。
第六代－电磁弹射器
随着舰艇综合电力系统技术的成熟，电磁飞机弹射系统（EMALS）将代替目前在航空母舰上用来弹射飞机的蒸汽弹射系统。电磁弹射器主要包括储能系统、电力电子系统、直线电机、控制系统，另外还要有冷却系统、预加动力装置、减速缓冲与刹车装置等。这些分系统、装置组合在一起，形成一个高性能的弹射系统。储能系统在特定的时间周期内从航空母舰的配电系统获得电能，并将储存的能量在2－3秒内的弹射期内以脉冲形式转换为电能。电力电子系统控制储能系统脉冲放电，调节直线电机转子速度，使飞机达到起飞速度。控制系统保证弹射过程按规定的参数完成弹射。
电磁弹射器实质是能量型直线电机。直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能、而不需要任何中间转换机构的传动装置。它可以看成是将一台旋转电机沿径向剖开，并展开成平面而成。由定子演变而来的一侧称为初级，由转子演变而来的一侧成为次级。
2．技术发展展望
纵观弹射器的演进路线可以发现，弹射器的演进其实就是动力源的演进历程。随着飞机的发展，飞机重量的增大以及军事任务需求，都是对弹射器的驱动能力以及效率的考验。目前电磁弹射器仍处于验证试验阶段，因此在未来很长的一段时间内，电磁弹射器仍会是发展的主流方向。
二、B64F1/06专利基础状况分析
1．各国申请量统计与分析
经统计分析，得到B64F1/06分类号下各国的专利申请量。如图1所示，当前该分类号下的专利申请量以中国居首，美国、英国和法国紧随其后。在弹射器方面的研究欧美等国家的发展比我国早，为何出现中国申请量排在第一的原因？我想主要有两个原因，首先弹射器涉及到军事建设，对此通常都是保密的，因此申请量会不如预期的多；再者，我国近年来对航母的重视以及宣传，民间对于弹射器的研究热度日渐高涨，因此申请量比较多。
图1 各国申请量统计
2．申请量发展趋势
1）世界申请量发展趋势
经统计分析，得到B64F1/06分类号下各国的专利申请量。该分类号下的专利申请量从2005年至今的十年内有了一个爆发性的增长，而在此之前，每10年的增长量都处于一个平稳的水平。并针对近十年来世界申请量的逐年发展趋势分析，得到从2009年开始该分类号下的申请量开始快速增长，2009－2010年两年内的申请量相当于2005年以前每10年的申请量。并且申请量在2011－2012年达到了巅峰。
2）我国申请量发展趋势
经统计分析，得到B64F1/06分类号下我国的专利申请量。我国从2002年才开始有第一个关于弹射器的专利申请，起步比美国晚了将近一百年。并且从发展趋势上来看，申请量从2009年开始进入快速增长期，该发展趋势与世界申请量的趋势相同，可见世界申请量的突然增长是由我国的申请量所造成的，可见我国的专利发展对世界的专利发展起着举足轻重的作用。专利申请量在2012年达到巅峰，随后呈现了下降趋势。究其原因，我认为有两点，首先2009年开始我国对航母的建设开始重视，从而引起了一波弹射器技术研究的热潮；而在2012年达到巅峰是因为某些个人申请了大量的发明专利，因此导致了申请量猛增。
三、结语
B64F1/06分类号下用弹射器的发射装置专利技术在欧美等大国的出现较早，发展也比较完善，但由于弹射器涉及军事机密，需要保密导致申请量不大；而中国在该方面的起步相对较晚，目前仍处于研究高峰期。本文对弹射器的主流形式进行了分析，从而把握了专利的发展，对专利的检索、理解以及三性的评判都非常有利。
论文作者:温美仪
论文发表刊物:《防护工程》2017年第12期
论文发表时间:2017/9/22
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