连续使用60年，核动力航母也无法抛弃它，蒸汽弹射器是如何工作的

现代化的航空母舰，总是令人印象深刻,在全球的军事行动中，也发挥着重要的作用，虽然它们并不适合单独作战，但仍旧不可替代，因为作为移动式空军基地，它们可以被部署到全世界任何地方。

到2020年，全球大约有14个国家的50多艘航母处于服役期，美国海军拥有其中的24艘，几乎占据了半壁江山。

在这24艘中，有11艘属于超级航母，也就是我们所说的核动力航母。每艘的造价都超过了100亿美元。它们的长度大约是333米，宽度大约是77米，高度大约是74米，有20层楼那么高，每艘航母至少可以搭载75架战机，满载时， 战舰总重超过了90000吨。

尽管有着这么多令人咋舌的数据，但它们也没有足够长的飞行甲板，让战机凭借自己的力量起飞和降落。

自20世纪初期，第一艘航母问世以来，这个问题就一直困扰着工程师，同时也促进了辅助起飞和降落系统的发展。

在二战前，美国和其他国家曾使用火药 ，飞轮 ，重力和液压等技术，来让飞机正常起降。直到二战结束，液压辅助起降是航母上应用最为广泛的技术，但这一情况在20世纪50年代发生了改变。

当时 ，英国皇家海军推出了第一台，蒸汽动力飞机弹射器，很快它就成为了辅助起飞的首选方案，而液压系统依旧用于战机的着陆。

直至今日 ，这两套系统仍然被广泛使用，其中就包括了美国海军的10艘尼米兹级航母。

不过 ，海军确实曾计划用一种新型电磁弹射器，来取代这些老旧的技术。2017年 ，电磁弹射器首先应用在了，杰拉德 福特号航母上，没过多久， 这项技术就受到了严厉的批评，因为它的故障率太高，几乎是传统蒸汽动力的9倍。

还有很多国家的航母选择了，辅助起飞的替代方案，比如采用跳台式甲板，或者是像鹞式战机那样，采用垂直起降的形式。

那么，传统的蒸汽弹射器和液压制动器，是如何工作的呢？

以尼米兹级航母为例，在它们的飞行甲板上，都会安装有4条100米长的弹射器，2条位于舰首，另外2条位于左舷。

左舷的2个弹射器，需要穿过一条从船尾，以一定角度倾斜出来的跑道，这样就可以避免与舰首准备降落的飞机 ，发生碰撞的危险。

每个弹射器，都由核反应堆产生的蒸汽提供动力。

在发射前，蒸汽在高压的作用下，被收集到位于弹射器下方的大型储能箱中。

储能箱由弹射器管理员控制，当达到所需压力后，流量控制阀就会被关闭。

弹射器管理员也被称为射手，他们通过甲板上方的小型控制舱，来操控弹射器。

每次发射所需要的蒸汽压力，取决于飞机的重量，通常情况下，最大的工作压力大约是3.2兆帕。

当压力被加满后，战机来到起飞位置。

喷射导向器将会竖起，作用是为了保护人员跟设备，免受喷射流的影响。

战机前起落架上的牵引杆，将会跟穿梭机相连接，穿梭机甲板上的部分，与起落架相连，甲板下的部分，则跟两个矛形活塞相连。

活塞在一个平行于甲板的钢瓶内运行，它贯穿整个弹射器，柔性胶条用于密封气缸的开口槽，以防止蒸汽的泄漏。

在穿梭机下方，还安装有可以在气缸轨道上运行的轮子，在穿梭机的后方，安装有一个叫抓斗的机械装置，它跟穿梭机沿着同一轨道运行，由下方的液压油缸驱动，作用是在发射成功后，将弹射器收回。

当飞机跟穿梭机连接成功后，液压张紧器会推动穿梭机，以消除松弛状态的缆绳。

一切准备就绪之后，飞行员会将发动机调整至最大功率，射手打开阀门，在蒸汽的作用下 ，活塞被向前推动，战机就会加速向前。

弹射器能够在2秒内，将一架20吨重的飞机，从0加速到265km/h，飞行员要受到4个g的重力，而地球上最快的过山车，也只能产生2个g的重力而已。

在起飞的一瞬间，弹射器可以给战机带来750kn的力。

在弹射的最后阶段，矛形活塞会插入到充满水的气缸中，进行减速缓冲 ，直到整个助推系统完全静止

这时 ，另一个传感器被触发，它会关闭储能器释放阀，打开排气口 ，释放掉多余的蒸汽。

然后 ，抓斗移动到弹射器末端，锁定后将它拉回起始位置。

此时 ，单次发射全部完成，下一架飞机可以重新开始整个过程。

在最高效率下，操作人员利用4个弹射器，每40秒可以发射2架飞机。

虽然飞机弹射器的机械结构稍微有些复杂，但从飞行员的角度来说，相比于甲板降落，起飞过程还是十分容易的，降落才是对飞行员驾驶技术的真正考验。

在航母舰尾 ，一般会有3-4根被称为阻拦线的钢缆，它们横跨跑道，飞行员必须用位于机尾的尾钩，钩住其中一根。

这就要求战机要以精确的角度接近跑道。

为了提高成功率，飞行员就要借助到光学制导系统的帮助。

这套系统由许多安装在跑道附近的灯和透镜组成，飞行员在接近战舰时，会根据战机的飞行角度，看到不同颜色的灯光。

在战机着陆的一瞬间，驾驶员要做的并不是熄火，而是要将发动机开到最大功率，以防止没有钩到阻拦线，可以立即进行复飞。

如果顺利钩到了阻拦线，战机的动能，就会被位于跑道下方的液压系统吸收，让战机静止下来。

每条阻拦线的末端，都会连接到缠绕在液压缸周围的钢缆和滑轮系统上，当飞机拉住缆绳之后，液压缸被压缩，迫使液压油从缸中流出，进入到两个活塞式储能器中。

储能器中的压力，会随着注入量的增加而增加，在飞机完全停止时的峰值压力会达到4.5mpa。

一旦飞机从制动线上分离，液压油将回流到气缸中。这套系统能够在100米的距离内，将战机的速度从240km/h 降到静止。

从某种意义讲，如果没有这些发射器和阻拦器，也不会成就现代航母，海上霸主的地位。