二戰時期戰列艦，主要是巨炮，沒有艦載機，更沒有防空能力

航空母艦上，一架架飛機呼嘯而過。世界上第一艘航空母艦是日本1919年建造的“鳳翔號”（也有一說是英國的“競技神號”，兩者的時間差不多）。在第二次世界大戰以前，人們認為能搭載更多火炮的軍艦和更大口徑的火炮具有更大的威力，即“口徑即正義”。但在偷襲珍珠港事件和之後的中途島海戰中，人們發現發展的飛機和魚雷使艦船顯得越來越脆弱。於是海戰的主角變成了能搭載飛機的航空母艦，而評價航空母艦的便準就變成了能搭載多少艦載機和能在更短的時間裡起落更多的艦載機。在此情況下，人們想要一種能將飛機“仍出去”的裝置，飛機彈射器的探索就開始了。

火藥動力彈射

在第一次世界大戰時隨著馬克沁重機槍等自動化火藥武器的出現，人們震撼於火藥的威力，自然而然地想到了用火藥為動力生產一種能利用爆炸能量自動化地將飛機“仍出去”的裝置，據說最早是日本在期研究並使用的，由於早期飛機均為螺旋槳機甚至還有木製的飛機所以重量較輕，用火藥彈射的想法還是比較現實的。日本人在伊勢級航空戰列艦（非航空母艦）上裝備了初期的火藥彈射器並以此成功地發射了小型水上飛機，這可以看作是最早地水面彈射裝置。但是在實際使用中火藥彈射器有著難以克服的缺點，問題之一就是隻能在甲板上使用，而航空母艦內艙的飛機無法使用；其二是火藥爆炸產生的動能並不穩定，極易發生事故；第三是此種方式產生的升力小且時間短，即使是早期的螺旋槳式飛機也並不實用。事實上，火藥彈射器最終也只能發射早期的螺旋槳水上飛機。

火藥彈射器

美國海軍也曾經使用此方法試驗性地進行了火藥動力彈射，但遇到了與日本同樣的問題，最終確定這種方法效果並不如液壓彈射器，於是便試著採用液壓方式進行飛機彈射。

液壓彈射器

二戰開始前，美國在“遊騎兵”和“約克鎮”級航母上裝置液壓彈射器。具體是先通過動力源擠壓和驅動液壓油，再以高速流動的液壓油推動活塞，由活塞的高速移動帶動滑車、滑輪和纜線機構，然後利用纜線和彈射梭帶動和牽引飛機加速。這種彈射方式一直使用到了二戰末期，其後由於越來越重的艦載機人們不得不尋找新的飛機彈射方式。

液壓彈射器工作原理圖

經過多次實驗後證明液壓彈射器方式完全可行，但也並不是這樣完美。它確實能將幾頓重的飛機拋擲到空中，但問題有二：一方面每次發射後液壓裝置內的能量耗盡，得重新儲能才能進行第二次操作，而這個時間很長（前文說過飛機彈射器主要目的就是能在短時間內起飛更多飛機）；另一方面這種設施操作時磨損很嚴重，彈射幾十次後就會發生漏氣或卡殼現象，從而影響工作效率，更嚴重的是液壓油摩擦會引火自燃；最後隨著戰鬥機越來越重，壓縮空氣的動力也不足以用於彈射飛機，人們必須想出新的辦法進行飛機彈射。

二戰時期美軍使用液壓彈射器彈射飛機

二戰後期，隨著人們認識到航空母艦才是未來海戰發展的方向，戰列艦和巡洋艦等艦種逐漸退出歷史舞臺，飛機彈射器迎來了大發展。

火箭動力彈射

在1950年，美國人又試驗了火箭助推彈射器，這種方式比火藥彈射和液壓彈射都簡單，就是在飛機起落架附近安裝一次性的火箭助推器，飛機起飛時直接點燃火箭，用火箭的動力將艦載機拋至空中實現起飛。

火箭動力彈射器

這種方法的優點是操作十分簡便，只需要事先準備火箭助推器就好了。火箭動力彈射的缺點有以下幾個：首先是火箭燃燒時必然產生高熱的尾焰，這很容易傷到甲板上的人員甚至是點燃油料和彈藥，另外對甲板破壞也很大；其次是尾焰周圍均為高熱範圍，這就使人員和其他飛機不能靠近，這反而降低了飛機的起落效率（比如說雙跑道或多跑道航母由於尾焰的產生只能同時起落一架飛機）；最後是這種方式彈射必須準備大量的火箭助推器，每次飛機起飛均需消耗2-4個火箭助推器，這就意味著一艘艦載機為50架的航空母艦需要準備約200個火箭助推器，航空母艦上的空間寸土寸金，海員們只能龜縮在格子裡睡覺。要拿出這樣大的空間儲備火箭助推器未免不現實。飛機彈射的探索還在進行中….

另外說句題外的話，即使現代出現了蒸汽彈射和電磁彈射後，火箭動力彈射的方式仍然有它存在的必要，這種方式現代主要用於極端情況下的起飛，如在荒無人煙的冰原或原始森林迫降後的再次起飛。

蒸汽彈射

蒸汽彈射簡單來說就是將飛機的前起落架固定在彈射引導器上，彈射引導器連線藏於航母內部的彈射器，航母內部燃氣鍋爐內發出的蒸汽匯入到彈射器，噴射到活塞上進而拉到彈射引導器推動飛機起飛，最後一剎那鬆開拖鎖丟擲飛機。

蒸汽彈射原理圖，紅色部分為蒸汽

蒸汽彈射的彈射引導器

蒸汽彈射與之前的彈射器相比有了巨大的進步， 它可以在一分鐘內起飛2架飛機，而美國的大型航母一般裝備有4個蒸汽彈射器，已經能滿足飛機起落的基本需求了。但蒸汽彈射器缺點還是不小，首先來說它的體積還是過大；其次它彈射一次需要消耗600公斤左右的淡水，這反而變得不經濟（海水由有雜質和腐蝕性並不適合用於蒸汽彈射）；最後它的維修保養都十分麻煩，難以進行長時間的工作。

彈射引導器也有一個發展的過程，如下圖

F-4B鬼怪式戰機，其沒有彈射引導器，可以看到2根鋼索

在蒸汽彈射的初期沒有彈射引導器，人們只是想到了用2根鋼索拖拽飛機向前起飛，後來才慢慢地出現了彈射引導器拖拽前起落架地方式。

電磁彈射

先來看看電磁彈射器是什麼樣子，如下圖：

電磁彈射器

電磁彈射其實就是一個巨大地直線電機，讓巨大地電流通過感應線圈從而同時產生向前的磁感力推動飛機起飛，它可以使飛機可以更平穩地加速起飛。

直線電機示意圖

電磁彈射器由四個部分組成，分別是感應電動機（使電流通過）、儲能子系統、功率轉換子系統和控制檯。使用電磁感應電動機在電流中產生磁場，從而沿軌道推動飛機起飛。控制檯向其他部件發出命令，在飛機起飛的一瞬間需要巨大的能量所以儲能子系統在平時就蓄積電能，拋射系統的主要結構為一連串的磁感線圈。起飛時儲能子系統供電給拋射系統，電流通過拋射系統的磁感線圈產生磁感力從而將飛機推向空中。

電磁彈射器四個主要部件分佈圖

與蒸汽彈射相比，它重量輕、成本低、所需維護少，另外還沒有蒸汽彈射對淡水的巨大需求。可以說是未來飛機彈射器的主流發展方向。但其也不是盡善盡美的，對電力的巨大需求限制了其發展。這裡我們要提到一位偉大的中國人——馬偉明院士，其發展的中壓直流技術可以將航母自身用電、生活用電和艦載武器用電三者合一，從而從根本上解決了電磁彈射器的“缺電”問題。

中國產“中壓直流供電系統”