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【科普中國軍事科技】相較于滑跑起飛航母,采用電磁彈射厲害在哪?

時間:2023-05-23 09:58:59       來源:科普中國-軍事科技前沿

眾所周知,航母戰(zhàn)斗力的發(fā)揮依賴于各種艦載機(jī),而艦載機(jī)的起飛能力和效率很大程度上決定著航母編隊的作戰(zhàn)能力。

未來航母的“標(biāo)配”


(資料圖片僅供參考)

當(dāng)前艦載機(jī)主要有三種起飛方式,如在末端翹起的甲板上直接加速獲得升力來起飛的滑跑起飛;利用向下高溫高速氣流的噴射獲得向上的反作用力的直接起飛;以及利用彈射器助推使飛機(jī)獲得更高加速度的彈射起飛。其中,由于彈射起飛綜合性能最高,因此目前被各國廣泛采用,而近些年來電磁彈射系統(tǒng)(EMALS)開始異軍突起,被視為未來航母的“標(biāo)配”。

電磁彈射系統(tǒng)是采用電能轉(zhuǎn)化為磁能進(jìn)而轉(zhuǎn)化為載荷所需動能來推動物體快速達(dá)到一定速度的系統(tǒng)。作為電磁彈射器動力裝置的是直線電機(jī),系統(tǒng)輸入強(qiáng)大的電流使線圈產(chǎn)生磁場,從而給予與磁力模塊相連接的“往復(fù)車”能量使其加速,推動戰(zhàn)機(jī)加速起飛。

電磁彈射系統(tǒng)主要包括直線電機(jī)、儲能系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電力電子系統(tǒng)等。其中,儲能系統(tǒng)是在一定時間內(nèi)從航母配電系統(tǒng)中獲取并儲存足夠能量,然后再在極短時間內(nèi)釋放。電力電子系統(tǒng)是用來控制脈沖放電,從而控制直線電機(jī)??刂葡到y(tǒng)對各種信息進(jìn)行綜合處理,保證各個裝置正常運行。這些裝置系統(tǒng)一起配合運行,達(dá)到最優(yōu)彈射效果。

正在彈射起飛的戰(zhàn)斗機(jī)(圖片來源:百家號)

電磁彈射可以很大程度提高航母戰(zhàn)斗力

在電磁彈射領(lǐng)域美軍是先行者。20世紀(jì)40年代,美國海軍利用電磁感應(yīng)馬達(dá)技術(shù)設(shè)計、制造并試驗了一套電磁飛機(jī)彈射系統(tǒng),不過由于二戰(zhàn)的結(jié)束及該套系統(tǒng)成本較高,該項目被取消。后來為進(jìn)一步驗證電磁彈射艦載機(jī)的可行性,1982 年美國海軍重新啟動了此類研究項目,并在1988年進(jìn)行了電磁彈射、制動和回收以及系統(tǒng)性能和電磁輻射試驗。20世紀(jì)90年代,美國海軍在設(shè)計下一代航母(CVN-21)時提出了全電軍艦的概念,其中最重要的技術(shù)革新就是電磁彈射器取代蒸汽彈射器,并在論證 CVN-21方案過程中,正式確定研制航母電磁飛機(jī)彈射系統(tǒng)。

由于電磁彈射系統(tǒng)技術(shù)門檻非常高,目前全球除美國外,只有中國還具備完整的研發(fā)和制造能力,如中國自研的第二艘航母福建號就采用了電磁彈射系統(tǒng)。

獨具優(yōu)勢的電磁彈射

比起蒸汽彈射,電磁彈射的優(yōu)越性更為突出。

首先電磁彈射能量幅度更寬。電磁彈射裝置比蒸汽彈射裝置的最大能量幅度高出20%,能夠以更快速度起飛重型飛機(jī),而其細(xì)微精確的控制,使得其又能夠同時彈射較小、較輕的航空飛行器(如無人機(jī)),不用再像使用蒸汽彈射器時擔(dān)心彈力過大造成飛機(jī)損壞或彈力過小飛機(jī)無法起飛,使航母可以搭載更多不同機(jī)型,很大程度上擴(kuò)展了現(xiàn)役航母的作戰(zhàn)能力。而且適當(dāng)?shù)膹椛淞Χ纫材芙档惋w行員在起飛過程中受傷的概率,對維護(hù)飛行員自身健康十分有利。

目前只有中美兩國掌握了電磁彈射技術(shù)(圖片:李唐攝)

其次電磁彈射提高了艦載機(jī)出動效率。按照美國的統(tǒng)計,一艘大型航母如果裝備4臺蒸汽彈射器,通常一天可以最多進(jìn)行200次左右的彈射,如果使用電磁彈射那么可以達(dá)到270次左右。

同時相比蒸汽彈射器,電磁彈射的性能更加穩(wěn)定。電磁彈射擁有先進(jìn)的反饋和閉環(huán)控制系統(tǒng),能夠使得任何一次彈射加速度峰平比更加恒定、末速度變化范圍更小。而且如果使用蒸汽彈射,需要將海水先變成淡水,淡水再變成蒸汽,運營成本很高,而電磁彈射使用電力的成本就低多了。

另外,相比蒸汽彈射系統(tǒng),電磁彈射系統(tǒng)的重量明顯減輕,體積更小,減少了對艦上大量液壓油、淡水和蒸汽等輔助設(shè)備的需求,各組成部分的布局更加靈活,能最大限度地優(yōu)化航母內(nèi)部布置,增加了航母設(shè)計靈活性,潛在地提升了航母的生存能力。

出品:科普中國

監(jiān)制:光明網(wǎng)科普事業(yè)部

作者:蘭順正(軍事科普作者)

科學(xué)審核:費伯禹(資深軍事內(nèi)容編審)

策劃:金赫

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