Продолжаем серию статей об экзотической паросиловой технике, которая распространена в специфических устройствах узкопрофильного назначения.
Сегодня поговорим о разгонных катапультах для запуска самолетов с авианосцев. И эти катапульты так же являются паровыми двигателями.
Итак, в начале и середине 30-х годов прошлого века резко выросли скорости боевых самолётов. Соответственно, увеличилась скорость взлета боевой авиации, как и увеличилась длина разбега самолета на взлете. На авианосцах с длинными взлетными палубами самолеты того времени с винтами еще самостоятельно могли набрать скорость отрыва после разбега.
А вот самолеты – разведчики (часто это были гидросамолеты), которые устанавливались по 1-2 штукам на крейсерах и линкорах запускались со специальных поворотных горизонтальных решетчатых ферм, оборудованных рельсовыми путями и бегунковыми разгонными тележками. Такие бегунковые катапульты на поворотных фермах приводились в действие гидравлическими или пневматическими механизмами. Гидросамолет – разведчик выстреливался с такой короткой фермы, выполнял взлет, выполнял боевое задание, а затем садился на воду рядом с кораблем и его специальным краном поднимали из воды на борт, и сызнова устанавливали на поворотную ферму- катапульту.
Но в конце 40-х годов и в начале 50-х годов боевая авиация перешла с винтовой тяги на реактивные двигатели, и это привело к значительному увеличению длинны разбега на взлете самолета. И палуба авианосца уже не обеспечивала такой длинны. И тут инженеры предложили ставить на палубы авианосцев стартовые катапульты, чтобы принудительно разгонять и «выстреливать» стартующие самолёты с взлётной палубы.
За последние 80 – 90 лет такой практики было предложено множество разных типов катапульт, прежде всего отличающихся по типу привода силового разгонного блока. Были испытаны и применялись катапульты с приводом от порохового заряда, пневматические и гидравлические приводы. И даже электромагнитные приводы. Но больше всего получили распространение катапульты с паровым приводом.
Но в начале в США авианосцы использовали гидравлические катапульты. Основой гидравлической катапульты был гидроцилиндр с поршнем, относительно небольшого рабочего хода. К рабочему поршню был прикреплен стальной трос, который через сложную систему шкивов и блоков, много кратно увеличивал длину рабочего хода прицепного узла, который и разгонял самолет по палубе. Но конец их использования ознаменовал один крайне трагический случай. 26 мая 1954 года у восточного побережья США на американском авианосце постройки времён Второй мировой войны «Беннингтон» класса Essex разрушился механизм гидравлической катапульты, вытекшая гидравлическая жидкость загорелась от реактивной струи взлетавшего самолёта, что привело к взрывному возгоранию хранилищ и магистралей масла в гидравлических механизмах катапульты. В итоге все это вылилось в большой пожар на авианосце, в результате чего 103 моряка погибли и более двухсот получили серьезные ожоги. Происшествие привело к переходу всех авианосцев США к паровым катапультам на основе образцов, изначально разработанных в Великобритании.
В итоге уже более 70 лет паровые катапульты оказываются ведущими механизмами по запуску самолетов с авианосцев США.
Катапульта представляет собой крайне громоздкое, тяжелое, но вполне эффективное устройство. Под палубой проложено по два цилиндра с протяженной прорезью во всю длину цилиндра. Длина цилиндра достигает до 90 метров, диаметр цилиндра около 450 мм. Внутри цилиндра находится массивный поршень, в прорезь наверх выходит выступ- гребень, который соединен с бегунковым узлом (по английски- «шатл», т.е. челнок), и такой "шатл" бегает по длинной прорези- трекеру в палубе. Вот за этот - то шатл через трос с крюком - гаком и цепляют самолет. В целях страховки от сбоя катапульты, под палубой проложено два цилиндра, работающих одновременно, т.е. шатл движут сразу два гребня от двух поршней в двух цилиндрах. Если один цилиндр откажет, то второй вполне сможет разогнать самолет до взлета.
Источником энергии в этой катапульте выступает пар из котлов главной энергетической установки авианосца. Пар поступает в паровой коллектор катапульты через мощную систему паропроводов диаметром 200 мм. давлением 60 -80 бар. При этом давление пара на поршни не сразу начинает их двигать в цилиндре. Вначале идет некоторая задержка, чтобы в цилиндре создалось нужное давление. Затем в спец механизме задержки разрывается кольцо-мембрана задержника и с перегрузкой 4—5 G шатл катапульты разгоняет самолет по палубе. В конце разгона челнок резко останавливается тормозным цилиндром (он заполнен водой), после чего буксирный трос отделяется от челнока и летательный аппарат взлетает. Чтобы пар через прорезь по все длине цилиндра под выступ-гребень меньше вырывался наружу, используется специальное герметизирующее устройство, из набора подвижных пластин. Но это устройство не обеспечивает полноценной герметизации, поэтому при взлете самолетов над длинными прорезями бегунковых трекеров на палубе авианосца постоянно поднимаются потоки пара.
Суммарная масса паровых механизмов каждой катапульты авианосца идет на многие сотни тонн. А таких катапульт на корабле несколько. Они обеспечивают взлет летательных аппаратов массой до 37 т и скорость 250 км/ч. Оба рабочих цилиндра и тормозное устройство катапульты расположены под верхней палубой в специальном желобе сечением 1,2 х 1,3 м.
Кроме несомненных достоинств, а это большая мощность и относительная простота устройства, у паровой катапульты имеются значительные недостатки и трудности эксплуатации.
При интенсивной эксплуатации катапульта отбирает заметную часть мощности паровых котлов авианосца. И если для авианосцев с атомной энергетической установкой, это не особо заметно, то для авианосцев 50-х и 60-х годов с котлами на мазуте, это было весьма заметным дополнительным расходом пара и топлива. Тем более что использование энергии пара в катапульте крайне мало – всего 4-6 процентов. Потребление огромного количества пара из пресной воды (особенно для неатомных авианосцев) ложится тяжелым бременем на опреснительную систему авианосца. Например, за одну летную смену одна катапульта выпускает "в небо" до 80 тонн пресной воды.
В итоге суммарный вес паровых катапульт авианосца очень велик. Каждая катапульта со вспомогательными устройствами весит 2800 тонн и они занимают очень много места под палубой корабля. Ввиду того, что все четыре катапульты на авианосце расположены ближе к верхней палубе, они значительно снижают общую остойчивость корабля.
Катапульты весьма затратны и громоздки в техническом обслуживании и ремонте. Большую трудность представляет юстировка отдельных секций рабочих цилиндров и выставление их в одну строгую линию.
Вырывающийся из прорези трекера при рабочем ходе пар ухудшает видимость на верхней палубе и снижает тягу двигателей самолетов. Особенно это становится неприятным в крайних широтах, где в холодную погоду операции на палубе сильно осложняются из-за интенсивного парения, дающего полосы сильного тумана, а на поверхности палубы может даже образовываться наледь.
Кроме того, во влажном морском воздухе паровая катапульта требует особо тщательной антикоррозийной обработки. Обслуживание паровых катапульт входит в число самых грязных корабельных работ из-за большого объема используемой в механизмах устройства смазки.
Движущая сила катапульты системы С-13 создается давлением пара до 70 атмосфер, действующим на два поршня, скользящих внутри двух длинных параллельных друг другу цилиндров, расположенных под полетной палубой. Каждый поршень весом по 2722 кг имеет диаметр 457 мм. Оба поршня жестко связаны между собой и через прорезь-трекер в палубе соединяются с челноком, за который при катапультировании цепляется уздечка стального троса ( т.н. бридель), или непосредственно носовая стойка шасси самолета. Массивный челнок, соединенный с поршнями, имеет свободный ход по катапультному треку длиной 94,5 м. В конце трека челнок и поршни затормаживаются специальным гидротормозным устройством на участке всего 1,5 м.
Катапульта имеет много вспомогательных систем:
– пароприемники;
– кондиционеры воздуха на галерейной палубе;
– дренажная система для конденсата;
– предварительный подогрев рабочих цилиндров;
– дополнительные опреснительные установки и др.
Катапультные палубные команды, экипированные в яркие зеленые шлемы и куртки, работают как на палубе у готовящихся к взлёту самолетов, так и под палубой (где температура редко бывает ниже 37°С), в весьма сложных условиях поддерживая работоспособность своей катапульты, каждый раз после пуска обеспечивая её необходимым давлением пара и смазкой.
В следующих статьях я продолжу как описание экзотических форм применения паро-силовой техники, так и демонстрацию малых паровых машин для автономной генерации электричества на дешевом или даже бросовом твердом топливе.
