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借得雷霆登九霄:略谈中国航母电磁弹射器_高清图集_新浪网
来源:http://www.migrashun.com 作者: * 发表时间 : 2018-10-03 19:29 * 浏览 :

  11月4日,中国工程院院士、中国电磁弹射器专家马伟明少将荣获本年度何梁何利基金最高级别项科学与技术成就。而11月7日在上海落幕的中国国际工业博览会上,中国参展商更首次展出了超导电磁弹射器模型。中国航母电磁弹射器再次引起热议,本期出鞘,小编就和您聊聊这一线

  目前世界的航母舰载机起飞技术有滑跃起飞和弹射起飞两种,后者又分为蒸汽弹射和中美正在研发的更先进的电磁弹射,中国首艘航母辽宁舰的舰载机即采用滑跃式起飞。舰载机弹射器对航母作战能力起着非常重要的作用。那么在未来中国国产航母上,将采用蒸汽弹射器还是电磁弹射器呢?

  蒸汽弹射器已有几十年的使用历史,其结构、效能、制造工艺都有公开的资料及案例可供参考。电磁弹射器真正步入工程设计和制造,还是最近十几年的事,而美国首台电磁弹射器近年才实际装舰。因此有人认为,中国国产航母应按部就班,先研制装备蒸汽弹射器,再研制装备电磁弹射器。

  这种观点看似符合工程技术发展的一般规律和原则,即先易后难原则。但实际上这个观点是建立在“蒸汽弹射器是电磁弹射器”的技术基础上的。事实上,蒸汽弹射器与电磁弹射器虽功用相同,但技术实现手段差距甚大,所依托的基本技术、材料、工艺也有相当大的不同,技术上没有继承性。

  而电磁弹射器则是根据电磁原理:切割磁感线可产生电流,反之电能也可为机械能。电磁弹射器就是根据这个原理,将电能为机械能,将舰载机从航母上弹射起飞。电磁弹射主要技术难点有弹射控制技术、直线电机技术、储能技术等。

  直线电机是电磁弹射器的执行部分,大型永磁直线电机如何设计、电采用何种材质,是必须重视的问题。在弹射的瞬间,大电流通过直线电机,导线也因电流而迅速发热,由此需要进行耐高温设计和安装复杂的冷却系统。当然,如果高温和常温导技术获得突破,可以一劳永逸地解决发热问题。

  中国航母未来的电磁弹射系统长度可能会超过100米,使用直线电动机,有复杂的供电和指挥系统,其中最为关键的高效储能装置能在45秒内积聚舰载机弹射起飞所需的电能。为最重的舰载机起飞,弹射器需要消耗的能量大约为120兆焦,而高效储能装置最多可储存140兆焦的能量。

  那么当前中国为什么要发展电磁弹射技术呢?比之蒸汽弹射技术,电磁弹射技术有什么优势呢?首先蒸汽弹射器的弹射能力可调范围较低,这样就意味着在弹射较轻的飞机就要使用较大的功率,导致功率的损失和浪费,并且飞机也承受了不必要的应力,还白白消耗了机体寿命。

  此外,蒸汽弹射器弹射过程中的高过载,除了前面提到的对机体寿命的影响,其对载机的纵向强度要求很高,这就增加了舰载机的设计难度和空重,空中增加则战机性能也同样受到影响。目前我国的歼15舰载机前起落架较高,用于蒸汽弹射器,对强度的要求更高,增重必然较大。

  而根据美国海军福特号航母上的电磁弹射器来看,电磁弹射的最大弹射能力高达122兆焦耳,比蒸汽弹射器高出约29%,可以弹射重量更大的舰载机。其弹射时加速更可控,更平稳,可大幅减小对舰载机和各部件的冲击,有利于飞机结构可使机体的使用寿命延长31%,也有助于飞行员的健康。

  蒸汽弹射器起飞战机时需要50人同时工作,而整个系统及相关的保障、维修人员总数超过500人。同时由于蒸汽弹射器需要大量的淡水,一次弹射需要大约2吨左右的淡水,其中近半生成蒸汽而散失,因此在进行连续弹射时就会严重消耗主动力。

  因为蒸汽弹射器结构复杂零部件众多,且其工作为高温高压高湿,加上蒸汽弹射器为开口汽缸结构,需要采用金属密封条保持活塞运动时汽缸内压力,受损更换极为频繁,几十次弹射之后,密封条等部件就要更换,要拆开弹射器忙个大半天。导致蒸汽弹射器的可靠性不高。

  蒸汽弹射器的适装性也很差,美国现役航母1座C13型蒸汽弹射器的总质量为538吨,体积超过1100立方米,仅与飞机连接的滑车重量就超过10吨,储气罐体积200立方米。其大部分重量位于上层甲板,导致船体重心升高,不利于航行稳定性,庞大的体积和重量使其难以在中小型航母上安装。

  电磁弹射器采用模块化设计,直线电机可以分段安装拆卸,各部件通过电缆或信号网络连接,适装性好,可用于轻型、中型、大型航母,装于两栖舰上还可解决固定翼战机上舰问题。电磁弹射器是闭环控制的高冗余系统。美国福特号航母上四个电弹使用8套系统交联,都可为弹射轨道服务。

  那么我国电磁弹射技术的水平如何呢?在海军工程大学教授、中国工程院院士马伟明少将的带领下,我国于2008年首次完成电磁弹射器原理样机的攻关。此后,我国又开展了1:1电磁弹射器验证设备的研制工作,为表彰马伟明少将的突出贡献,前曾签署通令为他记一等功。

  不过,因为当初中国海军在蒸汽弹射器和电磁弹射器两个领域均立项,因此两类弹射器实际上一直是并存的,从兴城在建的两条弹射器来看,一条是蒸汽弹射器,一条是电磁弹射器,可见蒸汽弹射和电磁弹射方案都在军方的选择方案中,而蒸汽弹射器更有可能率先装备国产002型航母。

  当然,从未来发展方向来看,电磁弹射器依旧是未来发展的主流,并将有更多的新技术加入进去。开头提到的超导电磁弹射器就是。该弹射器在介绍中称,目前应用于战机起飞以及电磁炮的电磁弹射技术多是以电容器列阵或飞轮两种方法储存能量,超导电磁弹射器则以超导线

  所谓高温超导储能技术是利用超导线圈存储电磁能、需要时再到电网的一种技术。相较于其他储能技术,具有能量转换损耗低、响应速度快、功率密度高的优势,已成为国际上超导电力应用技术研究的热点。这让小编想到了2014年国家电网牵头研发的高温超导储能系统磁体技术。

  该项目开展高温超导复合化导体及大容量高温超导储能系统磁体技术研究,将解决高载流复合化导体和工程化高温超导储能磁体设计等应用技术问题,还将解决结构设计、性能分析、工艺摸索、样品/模型比对和成本核算等工程化高温超导储能系统磁体关键技术问题。

  而在未来,一旦中国的超导电磁弹射器技术产生突破。则中国在电磁弹射器技术领域完全可以对美国形成,这对中国航母未来的威慑力起到至关重要的作用。当然,中国航母目前还处于起步阶段,它们的未来需要我们用时间和耐心去默默的关注。本期的出鞘就到这里,我们明天见。