一种新型航母舰载机带动力起飞助力系统

本发明涉及一种新型航母舰载机带动力起飞助力系统，尤其是涉及一种用于滑跃式航母的现有舰载机起飞助力系统。

辽宁舰和我国随后建造正在海试的新一代滑跃式航空母舰，国家在每一艘航空母舰上的投入都在1000亿人民币左右，是我国保卫海疆、维护和平的重器，航空母舰的战力主要由舰载机的投送能力决定，舰载机的投送能力主要是舰载机的出动效率、每架飞机的装弹能力、油料和飞行半径相关，在有的航空母舰上，舰载机可以满油满弹起飞，起飞跑道使用短距跑道，舰载机起飞效率高；辽宁舰和我国国产新型航空母舰使用长距跑道可以实现舰载机满油满弹起飞，但是舰载机使用短距跑道起飞时，无法做到满油满弹起飞，使用长距跑道起飞时单位时间起飞的飞机比短距跑道低很多，影响航空母舰的实战能力，为了提高航空母舰的实战能力，使辽宁舰和我国国产新型航空母舰在使用短距跑道起飞舰载机时也能够使飞机起飞满油满弹，申请号为《201410781130.3》、《201810268299 .7》的发明专利提出了解决方案，但这些解决方案存在以下问题：

1、申请号为《201410781130.3》的发明专利，如果在现有的航母辽宁号或者我国国产新型滑跃式航空母舰在使用时需要改造甲板，改造甲板后飞机降落时会出现轮子和甲板上的凹槽相碰，可能出现轮胎爆裂导致降落的飞机失控，航母甲板上会有其它飞机、弹药等，飞机失控可能导致装上其它飞机、弹药等不可测后果。

2、现有的舰载机和即将投入使用的支持弹射的舰载机，对后起落架结构强度没有做专门的设计，就如弹射式舰载机需要加强前面的起落架，如果不加强前面的起落架，弹射时就会对起落架结构强度造成影响，后起落架也存在同样的问题，申请号为《201410781130.3》的发明专利只考虑到给舰载机一个外部的推力，没有考虑到现有的舰载机和后续研制的舰载机需要将后起落架加强，没有将舰载机和弹射装置作为一个整体的系统进行考虑、设计，会使研发风险过大，即既需要研发新的弹射装置、又需要研发新的舰载机，并且舰载机的研发没有成功先例，风险不可测，并且是不需要承担的风险过多。

3、申请号为《201410781130.3》的发明专利的偏流板（导焰板）设计非常困难，辽宁舰航母上的偏流板设计时非常困难，因为偏流板要承受高温、十几吨的压力，冷却非常困难，但辽宁舰偏流板承受高温的时间不是很长，申请号为《201410781130.3》的发明专利所需要的偏流板需要承受的高温的时间超出辽宁舰偏流板很多，冷却问题很难解决。

4、申请号为《201410781130.3》的发明专利没有考虑到相对运动，即虽然申请号为《201410781130.3》的发明专利所述的装置在运动，但是其上面的舰载机也在运动，并且是一种相对运动，这个相对运动是舰载机相对于申请号为《201410781130.3》的发明专利所述装置，所述装置只有甲板的三分之一长度，由辽宁舰数据可知辽宁舰短起飞跑道只有100米左右，三分之一只有30米多一点，及1.5个机身的长度，就是说舰载机前轮只有不到20米的滑行就需要从申请号为《201410781130.3》的发明专利所述装置滑出，实际就是要在十几米内在申请号为《201410781130.3》的发明专利所述装置达到起飞速度，难度不言而喻，在弹射时加速度对舰载机机体结构和飞行员的损伤很大，不具有实用性。

5、申请号为《201410781130.3》的发明专利所述装置舰载机飞行员控制难度非常高，舰载机飞行员不但要控制飞机，还需要控制申请号为《201410781130.3》的发明专利所述装置，难度大，处理应急情况非常困难，不具有实用性。

6、申请号为《201810268299 .7》的发明专利没有考虑到所述装置在使用时对航母甲板的烧蚀，所述装置在使用时贴紧航母甲板，会对航母甲板产生烧蚀，为解决烧蚀问题，需要在甲板下面铺设冷却系统，对航母改造太大。

申请号为《201410781130.3》的发明专利所述装置没有考虑到不同质量的飞机，所述装置没有调节推力的装置，对于不同型号的飞机、飞机不同的状态（负载情况），推力无法控制会导致大飞机弹不动、小飞机加速度太大机体容易损坏。

本发明所述一种新型航母舰载机带动力起飞助力系统。是针对航母舰载机弹射的目的而言，主要是尽量少消耗舰载机的燃油，保证航母舰载机满油满弹的情况下使用短距起飞跑道起飞，即辽宁舰和我国国产新型航空母舰使用短距跑道可以同时让两架舰载机满油满弹起飞，在保证满油满弹的两架舰载机起飞的同时，不对航母和舰载机做改动，本发明所述装置通过短时改变舰载机发动机进气的成分，使舰载机发动机不做改动的情况下，获得额外的推力，从而使舰载机在满油满弹的情况下可以使用短距跑道起飞，本发明所述一种新型航母舰载机带动力起飞助力系统包含控制部分、固定部分、喷射部分、储存部分、动力部分、刹车部分、轮子、还可以有牵引绳，每一部分具体如下：

1、所述控制部分，用于控制其它几个部分，主要功能如下：

启动侦测，侦测舰载机是否开始加速滑跑准备起飞，侦测方式可以是通过2个红外线TOF测距传感器，红外线TOF测距传感器1在侦测舰载机后机翼下面，红外线TOF测距传感器2在舰载机后机翼外面，如果红外线TOF测距传感器1没有被遮挡，即红外线TOF测距传感器数值从超出5米以内到5米以上，即判定为舰载机已经启动；

测速，侦测本发明所述装置的速度；

控制速度，用于控制本发明所述装置与舰载机同步前进，相对速度差值在可接受范围内，可以根据红外线TOF测距传感器1测出的数值是否5米以内，如果5米以内则按照当前速度前进，如果超出5米则加速。

脱离控制，在舰载机速度超出设定的阀值或者舰载机已经飞起，或者本发明所述装置已经到航母甲板边缘，即进行脱离操作；

控制喷射，在侦测到舰载机已经启动并且速度未达到设定阀值、飞机没有起飞离地、没有进行脱离，即控制所述喷射部分将所述存储部分内的气体进行喷射；

控制固定部分，在舰载机已经起飞完成时将本发明所述装置与舰载机脱离，在舰载机已经飞离航母甲板时控制本发明所述装置与舰载机脱离；

2、所述固定部分，用于将本发明所述装置固定在舰载机上，并在所述控制部分的控制下，在适当的时候解除固定，使本发明所述装置与舰载机脱离；所述固定部分可将本发明所述装置固定在舰载机机腹下，固定部分可以使用喷射部分的喷嘴作为所述固定部分的固定装置；

3、所述喷射部分，完成的功能是将所述储存部分的气体混合，混合后的气体送到多个喷射点，控制多个喷射点均匀喷射，喷射部分的喷射点是在舰载机发动机进气口，舰载机每一个进气口可以有多个喷射点，喷射点喷出的可以是气态的气体，也可以是液态的气体，还可以是燃料，或者上述几种的混合，所述喷射部分确保喷射到每一个舰载机发动机进气口的气体、液体有相同质量、成分、压力、均匀度，为确保喷射质量所述喷射部分还可以有泵用于混合气体、使气体流速得到控制，喷射部分有伸缩装置，可以从进气口伸到发动机最前面风扇边缘处；

4、所述储存部分，用于存储气体、液体，气体可以是氧气或者其他助燃剂、燃剂，液体可以是航空煤油或者其它助燃剂、燃剂，燃剂、助燃剂确保在混合后并与空气按任意比例混合得到的气体在舰载机发动机内涵道、外涵道压缩时不会压燃；

5、所述动力部分，用于给本发明所述装置提供动力，使本发明所述装置可以跟上舰载机起飞时的速度，让本发明所述装置可以与起飞中的舰载机在航母甲板水平方向保持没有相对位移。

6、所述刹车部分，用于在舰载机起飞后给本发明所述装置刹车。

7、所述轮子，可以有多组，处于本发明所述装置下面，用于提供本发明所述装置与航母甲板之间的摩擦力。

8、所述牵引绳，起保护作用，在本发明所述装置有可能冲出航母甲板时为本发明所述装置提供保护，拉住本发明所述装置使之不能冲出航母甲板落入海中。

使用时将本发明所述装置喷口固定在航母上没有起飞的舰载机上，本发明所述装置在舰载机下方，本发明所述装置的喷口在舰载机发动机进气口，舰载机起飞时，所述控制部分侦测到舰载机启动，控制所述喷射部分开始喷射高压燃剂、助燃剂，使发动机进气道所进的气体压力增加，本发明所述装置喷射的燃剂、助燃剂经过内涵道的部分经过几级压气机进入燃烧室，燃剂、助燃剂在燃烧室燃烧使舰载机发动机功率增加；发动机进气道所进的气体压力增加使燃烧室的气体密度增加，从而使发动机的功率增加；发动机进气道所进的气体温度因所述喷射部分喷射液态气体气化使温度降低使燃烧室的气体密度增加，从而使发动机的功率增加；本发明所述装置喷射的燃剂、助燃剂经过外涵道的部分，经过风扇，在舰载机发动机加力燃烧时一起燃烧做功，使舰载机发动机功率增加。在舰载机已经起飞或者速度已经达到起飞速度时，所述控制部分控制所述固定部分与舰载机脱离，完成舰载机起飞助力。

舰载机降落时尾勾需要勾住航母上的拦阻索，在舰载机没有降落时还没有勾住拦阻索时需要开加力，以防舰载机没有勾住拦阻索时因为舰载机速度不够复飞，导致舰载机复飞失败掉入海中。在舰载机降落开加力勾住拦阻索时，舰载机的机体因为发动机的加力动力和拦阻索的拉力是相反的两个方向，并且降落时滑行的距离比起飞时短，所以降落时舰载机机体所承受的力非常大，机体需要专门的加固，这种加固保证了本发明所述装置在起飞时为舰载机发动机增加的推力对飞机机体不会造成额外的损害，所以本发明所述装置在现有舰载机上直接可以使用，舰载机机体可以承受。

舰载机在起飞时发动机可以控制成刚开始启动不久，舰载机发动机叶片还没有达到可承受的最高温度，本发明所述装置喷出的气体因为是从液体迅速气化，温度很低，虽然经过舰载机发动机几级压气机压缩，综合的看增加的那部分气体和其它气体总的温度，假设经过舰载机发动机几级压气机压缩后其它气体的温度与没有增加的那部分气体时相同，则增加的那部分气体的温度不会超过还处于液态时的温度，因为这部分气体相对于液态时体积膨胀，即压气机没有将本发明所述装置喷出的气体压缩成液态，从系统的角度看，本发明所述装置喷出的气体与发动机吸入的其它气体在压气机压缩后的温度比单纯发动机吸入的其它气体压缩后温度低，本发明所述装置喷出的气体在舰载机发动机燃烧室燃烧后温度因为有本发明所述装置喷出的燃料，温度增加会比舰载机发动机不用本发明所述装置高，但是因为本发明所述装置喷出的气体降低了舰载机发动机燃烧室的温度，又因为可以控制舰载机发动机启动后尽快起飞，使舰载机发动机叶片还没有完全达到可承受的最高温度，虽然本发明所述装置喷出的气体含有燃料，会造成舰载机发动机燃烧室内燃剂、助燃剂比正常情况下多，燃烧做功后发热多，但是因为燃烧前的气体温度低、发动机叶片还没有完全热到最高可承受温度，舰载机起飞在不到10秒钟内完成，发动机叶片完全可以承受这一段时间内的温度提升。

本发明的有益效果如下：

1、 现有的辽宁舰和国产新型航母不需要改造即可直接使用本发明所述装置对舰载机起飞进行助力，如果航母的效能用舰载机 吨·公里/小时·亿元投资 来计算，以歼十五为例，歼十五空重17.5吨，最大起飞重量32.5吨，可得知燃料和弹药15吨，短距起降最低为半载25吨，短距起降时单发WS10的加力推力为132kn，单发WS10不加力最大推力为76.2kn，可以得知加力燃烧增加了55.8kn，本发明所述装置将燃剂、助燃剂直接喷入加力燃烧室，提高加力燃烧室内的燃剂、助燃剂，即可成倍提高加力燃烧的推力，即WS10单发增加一个或者几个55.8kn，由计算可知，WS10单发增加40kn即可实现满油满弹起飞，航母效能增加一倍，按照 吨·公里/小时·亿元投资算，可以使增加航母使用价值几百亿。

2、 使用本发明所述装置，可以节省舰载机飞行员培养费用，每一个飞行员每天起飞降落次数不能太多，因为降落时加载在飞行员身上的加速度太大，每天起飞降落次数过多会对飞行员身体造成伤害，本发明所述装置因为增加了战时单位时间内满油满弹舰载机起飞的速度，所需要的飞行员的数量可以减少，节约了飞行员培养的费用。

3、 使用本发明所述装置，舰载机不需要改造，可以直接使用，如前述所分析，舰载机因为要用拦阻索辅助降落，降落时舰载机发动机需要开加力，机体已经加固，不会因为舰载机发动机在起飞时功率增加导致舰载机机体结构受到金属疲劳、损伤等影响，现有的舰载机都可以使用。

4、 使用本发明所述装置，战时舰载机执行相同的任务所需要的架次比没有使用本发明所述装置时减少50%左右，飞机起降时风险最大，使用本发明所述装置，飞机起降风险减小。

5、 使用本发明所述装置，每次使用费用低，装置的成本很低，只有燃剂、助燃剂的费用，可靠性高。

附图1为本发明实施例流程示意图；

附图2为本发明实施例系统组成模块示意图；

附图3为本发明实施例垂直剖面透视示意图；

附图4为本发明实施例水平剖面示意图。

下面通过实施例来说明本发明的具体工作方式。

本发明实施例流程如附图1，本发明实施例系统组成模块如附图2，本发明实施例使用时处于歼十五机体下，喷口设置在发动机进气口，本发明在此实例上包含201控制部分、202固定部分、203喷射部分、204储存部分、206动力部分、207刹车部分、208轮子、209牵引绳，具体每部分如下：

1.201控制部分，用于控制其它几个部分，主要功能如下：

启动侦测，侦测歼十五舰载机是否开始加速滑跑准备起飞，本发明实施例在歼十五舰载机下方，两个后起落架之间，侦测方式是通过304红外线TOF距离传感器、305红外线TOF距离传感器、307红外线TOF距离传感器、308红外线TOF距离传感器，排列如图4所示，左侧朝机头方向，右侧朝机尾方向，以机头为前，机尾为后，304红外线TOF距离传感器、305红外线TOF距离传感器在飞机左侧，307红外线TOF距离传感器、308红外线TOF距离传感器在飞机右侧，304红外线TOF距离传感器在机翼下方、305红外线TOF距离传感器在304红外线TOF距离传感器后，不在机翼下方；307红外线TOF距离传感器、308红外线TOF距离传感器在飞机右侧，307红外线TOF距离传感器在308红外线TOF距离传感器前方，307红外线TOF距离传感器在飞机右侧机翼下方、308红外线TOF距离传感器不在飞机右侧机翼下方。歼十五舰载机起飞时，飞机向前滑动，304红外线TOF距离传感器、307红外线TOF距离传感器侦测到的数值从小于5米到大于5米，即判定为舰载机已经启动；

测速，通过加速度传感器从歼十五开始起飞对本发明实施例的加速度进行积分，估算出歼十五舰载机实时速度；

速度控制，在304红外线TOF距离传感器、307红外线TOF距离传感器侦测到的数值从小于5米到大于5米，则加速，使304红外线TOF距离传感器、307红外线TOF距离传感器侦测到的数值从大于5米到小于5米；305红外线TOF距离传感器、308红外线TOF距离传感器侦测到的数值从大于5米到小于5米，则减速，使305红外线TOF距离传感器、308红外线TOF距离传感器侦测到的数值从小于5米到大于5米。在304红外线TOF距离传感器侦测到的数值从小于5米到大于5米，则传感器所在的左侧加速，直到304红外线TOF距离传感器侦测到的数值从大于5米到小于5米；在307红外线TOF距离传感器侦测到的数值从小于5米到大于5米，则传感器所在的右侧加速，直到307红外线TOF距离传感器侦测到的数值从大于5米到小于5米；在305红外线TOF距离传感器侦测到的数值从大于5米到小于5米，则传感器所在的左侧减速，直到305红外线TOF距离传感器侦测到的数值从小于5米到大于5米；在308红外线TOF距离传感器侦测到的数值从大于5米到小于5米，则传感器所在的右侧减速，直到308红外线TOF距离传感器侦测到的数值从小于5米到大于5米；

脱离控制，在舰载机速度超出设定的阀值或者303红外线TOF距离传感器得到歼十五垂直向上的位移超出阀值，即进行脱离操作；同时侦测歼十五舰载机是否已经飞出航母甲板，侦测方式是用309红外线TOF测距，测量本装置与前斜下方航母甲板的距离，在本实例所述装置与前斜下方航母甲板的距离本实例所述装置超出阀值后，即进行脱离操作；

控制喷射，在侦测到歼十五舰载机已经启动，即控制203喷射部分将204存储部分内的气体进行喷射。

控制202固定部分，在歼十五舰载机已经起飞完成时将本实例所述装置与歼十五舰载机脱离，起飞的标志是速度达到180公里/小时；在歼十五舰载机已经飞离航母甲板时控制本实例所述装置与舰载机脱离，判断舰载机飞离航母的标志是本实例所述装置上的303红外线TOF传感器探测出超出正常值1米的高度。

2.202固定部分，通过301喷嘴将本实例所述装置固定在歼十五舰载机进气口，脱离时如下：

201控制部分控制脱离，201控制部分控制301喷嘴缩短、302变长，本实例所述装置加速导致301与发动机进气口向前脱离。

3.203喷射部分，可伸缩，将氧气和燃料充分混合后喷入歼十五发动机进气口，喷射时保证喷射出的气体到两个发动机的气体质量、成分、均匀度、位置相同，因为拉伸喷口可以紧贴发动机前面风扇的边缘，喷射到发动机进气口的气体会大部分进入外涵道。

4.204储存部分，本实例所述装置喷出的气体在加力燃烧室燃烧做功，主要是燃料和氧气燃烧， WS10每秒进气120kg，大气中氧气含量21%，即每秒氧气进气量25kg左右，WS10涵道比为0.78，即每秒11kg氧气进入外涵道，204储存部分储存110公斤液态氧和相应的航空煤油用于喷射。

5.206动力部分，为本发明实例提供动力，使本发明实例能跟上歼十五舰载机起飞时的速度、加速度；

6.207刹车部分，为本发明实例轮子提供刹车摩擦力，为鼓式刹车并且有刹车冷却系统；

7.208轮子，为本发明实例提供与航母甲板之间的摩擦力；

8.209牵引绳，在本发明实例高速靠近航母甲板边缘时，将本发明实例拉住防止本发明实例掉入海中；

9.图3中301为喷嘴，还可以在201控制部分的控制下伸出到发动机前风扇的边缘，使喷出的大部分氧气和燃料进入WS10外涵道；

10.图3中302为支撑装置，还可以在201控制部分的控制下向前向下从发动机进气口中抽出301喷嘴；

11.图3中306内有204储存部分，储存氧气与燃料；

12.图4中303为红外线TOF传感器，方向朝上，探测本发明实例与舰载机的距离，在距离超出阀值时认为舰载机已经升空；

本实例所述装置在使用时步骤如下：

1、在歼十五舰载机起飞前用将本实例所述装置301固定于歼十五两侧发动机进气口，将本实例所述装置置于机体下, 304红外线TOF距离传感器、307红外线TOF距离传感器侦测到的数值小于5米，305红外线TOF距离传感器、308红外线TOF距离传感器侦测到的数值大于5米；

2、在歼十五舰载机开始起飞；

3、201控制部分侦测到飞机正在起飞；

4、201控制部分控制203喷射部分在歼十五发动机外涵道旁开始喷射氧气与燃料；

5、歼十五舰载机起飞离地；

6、201控制部分侦测到飞机已经离地；

7、201控制部分控制202固定部分脱离；

8、201控制部分控制207刹车部分使本发明实例刹车；

9、在本发明实例来不及刹车可能冲出航母甲板时，209牵引绳收紧将本发明实例装置拉住防止本发明实例冲出航母甲板掉入海中。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例和附图并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。