蒸汽弹射器是航空母舰上的飞机起飞装置，用于舰载机蒸汽弹射起飞，使用一个平的甲板作为飞机跑道。起飞时一个蒸汽驱动的弹射装置带动飞机在两秒钟内达到起飞速度。蒸气弹射器是一个非常复杂的系统工程，是由起飞系统、蒸汽系统、归位系统、液压系统、预力系统、润滑系统和控制系统等组成。

说出来大家肯定都不信，蒸汽弹射最早不是弹飞机的，而是弹火车的。早在1799年，英国的工程师梅德赫斯特设想：可以在铸铁管道中利用空气压力为交通工具提供动力。

这个想法理论上是行得通的，其实它与汽车内燃发动机的工作原理一样，只是它不通过内部燃烧推动活塞运动，而是将内部抽成真空，内外形成的压力差推动活塞。汽车发动机是从内向外运动，而梅德赫斯特的想法是从外向内运动。

1938年，英国发明家平库斯利用梅德赫斯特的设想申请了空气推进的铁路专利。这个专利就是在两条铁轨之间铺设一条铁铸的气缸，火车头与气缸上的滑动活塞相连。每隔3英里就设置一座拥有80匹马力蒸汽机的泵站，泵站负责为气缸提供气压。

就像航母弹射飞机一样，以3英里为单位，每个泵站负责将火车从自己管辖区内“弹走”。通过测试，铁路上的火车平均时速达到了每小时65公里，最高速度为每小时110公里。

可结果大家都懂得，如果这项技术很优秀很实用想必世界范围内的铁路都会采用平库斯的专利，但最终平库斯连设想好的12英里铁路都没建成。原因很简单，那个时候的工业技术解决不了汽缸的密封问题，而且铁路运营需要极高的气压值，这是当时蒸汽机都无法胜任的。

蒸汽弹射器是第二次世界大战后现代航空母舰中唯一使用的飞机弹射器，主要是由于喷射飞机的出现，舰载机重量大幅提升，自力起飞和原先的弹射器设备已不足以应付其需求，于是1951年，英国柯林·米切尔中校（Colin C. Mitchell）提出将航母蒸气轮机的蒸气连动到弹射器上，进而发明了航母用的蒸气弹射器。

目前只有美国与英国拥有制造技术，并于航舰上使用着，前者为C-13型，后者为BS5型，C-13型除了供给美国海军使用外，法国海军也使用此型。

由于它体积庞大，需要消耗大量的蒸汽，所以除了弹射器本身的设备，还有海水淡化设备、贮水池、高压水泵、锅炉、加热装置等诸多附属设施，是一套非常复杂的系统。

蒸汽弹射有两种弹射方式，一种是前轮弹射，由美国海军于1964年试验成功，弹射时由滑块直接拉着飞机前轮起飞。这样不用8~10人来为飞机挂拖索和减拖索，弹射时间减短，飞机安全性好，美国现役航母都采用这种方式。

另一种是拖索式弹射，顾名思义，就是用钢质拖索牵引飞机加速起飞，这种弹射方式比较老，各方面都不如前者好，只有巴西的"圣保罗"号航空母舰(原法国"福煦"号航母)使用。

蒸汽弹射器基本工作过程：概念上蒸汽弹射器只是一个大型蒸汽汽缸和一个蒸汽控制系统，将高压蒸汽能量转化为动能进行弹射。然而由于飞机结构强度上的限制，弹射器不但要有足够的输出功率，而且要把输出功率准确控制在飞机可以接受的程度以内。

弹射的时候，蓄压罐内的蒸汽由弹射阀门释放到弹射汽缸内，缸内压力上升推动活塞前进。弹射阀门的另外一个更重要的作用是精确控制蒸汽进入弹射汽缸的流量变化，以此控制推力和弹射的加速度，以保证飞机结构不会超负荷。飞机升空后，蒸汽排放阀打开，让汽缸内蒸汽排出。同时，活塞和飞机牵引器被水刹器减速后停下，然后由归位系统拉回起跑点

航母舰载机被蒸汽弹射的工作原理

既然原理这么简单，为什么目前只有美国能造出可弹射重型舰载机的第三代蒸汽弹射器呢？这是因为蒸汽弹射器存在三个制造难点，阻碍了大多数国家对其的探索和发展。

①弹射器的核心部件：开口气缸。就是由它和活塞共同产生的约束力把高压高温蒸汽中的热能转化成拉动飞机的巨大动能。开口气缸之所以难造就是因为它是开口的，由于气缸每一次弹射都要经历加压、减压的过程，所以开口气缸的变形是免不了的，但要保证开口汽缸在频繁加压减压过程中的变形量保持一致，以避免影响活塞的顺畅运动就比较困难了。

整条弹射器的轨道长度约80米，由两排平行的气缸并排组成，每排气缸又由20多个气缸连接而成，每个气缸长4米，体积大、重量大，而且是钢结构件，先不说气缸内的高压蒸汽会导致缸体变形，光是外界的温度变化就会让其产生不小的变形，所以如何保证这几十个气缸的加工精度、变形量和安装精度保持规律一致，对加工工艺水平要求很高。

②气缸的密封问题。在弹射器运转时，缸内压力非常高，一个手指间大小的压力就有20至80千克（弹射不同飞机时功率不同，压力也不一样），因此弹射器在工作时如何保持密封，这个问题可以说难倒了全世界，不是一般国家能玩转的。

蒸汽弹射器的密封槽

弹射器的汽缸有两种密封方法，老式弹射器采用的是设置在汽缸开口两侧的橡胶带形成“拉链”式密封，这种方法的缺点是橡胶容易磨损和老化，需要经常更换。现在的弹射器密封采用的是“填条”式方法，是用活塞带动一根柔性金属条，活塞在前进的同时将密封条推入汽缸盖和气缸缝的缝隙中完成密封。

但是要知道弹射器工作时，气缸内的蒸汽压力高达20-80千克/平方厘米，如何保证这么长的开口汽缸在高压下保持足够的密封度也不是容易的事。

③弹射储气罐。弹射器的储汽罐是一种大尺寸的高压容器，虽然储气罐没有活动部件，结构也相当简单，但由于要承受高压，尺寸又大，而且对于航母弹射器来说，又有使用次数、重量限制和耐高温方面的要求，所以必须要有很好的蠕变性能和抗拉强度，而且还要承受几十万次的弹射加压/卸压疲劳循环，因此对制罐材料、制造设备和焊接工艺等方面提出了特殊的高要求。

这种储气罐制造工艺也是相当的繁琐，先是用钢杵穿过钢锭，反复锻压制成环节状，经车削加工后，再将几个环节焊成筒体，两边封头用万吨以上的水压机整体压出或分块压出，然后经过切削加工再焊接，而且焊接的要求更高，稍有不慎，就会使部件报废。实际上，就连制造弹射储气罐所用的耐高温特种合金钢，目前也只有几个国家才能制造，可见其制造难度。

蒸气弹射器造价昂贵、设计、制造和安装技术均复杂、保养维护非常费时，成本大，又需占用航母大量空间和消耗大量淡水，美国曾为此考虑过蒸汽冷凝回收装置，终因体积大及效率低而取消。因此美国海军目前正尝试采用新式的“电磁弹射器”，其原理类似磁浮列车，能有效降低维护和发射成本，并能提升航母自动化程度。

来源：疯狂机械空