一直以來,大家對(duì)我們新航母是否采用電磁彈射系統(tǒng)非常關(guān)心,也擔(dān)心如果航母采用常規(guī)動(dòng)力,那么是否會(huì)導(dǎo)致供電不足,導(dǎo)致無法使用電磁彈射,我們今天詳細(xì)說說這事。

從美國福特級(jí)核航母開始,拋棄了蒸汽彈射器,采用了一種新的彈射方式,那就是電磁彈射。所謂的電磁彈射原理,就是利用通電導(dǎo)體與磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)切割磁感線會(huì)產(chǎn)生安培力,把戰(zhàn)機(jī)固定在彈射器上,用電磁力在短時(shí)間內(nèi)賦予艦載機(jī)一個(gè)很快的初速度,利用這個(gè)力量把飛機(jī)發(fā)射出去。安培力的大小和電流的平方成正比,因此可通過調(diào)節(jié)電流強(qiáng)弱的方式改變推力的大小。
耗費(fèi)了如此大代價(jià)制造出來的電磁彈射系統(tǒng),其價(jià)值自然也是巨大的,電磁彈射系統(tǒng)的航母和其他航母在艦載機(jī)的起飛能力上有天壤之別。蒸汽彈射比較笨重,耗費(fèi)蒸汽量巨大,維修困難且占用工時(shí)更多。電磁彈射更加輕便易于維修,相比起蒸汽彈射把熱能經(jīng)過兩次蒸汽轉(zhuǎn)化而言,直接把電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的方式也更少能量損耗,有更高的能量利用率。

最重要的是,電磁彈射可以精確地控制彈射的力度,既可以彈射30噸重量級(jí)的重型艦載機(jī)和固定翼預(yù)警機(jī),也可以發(fā)射重量只有幾百公斤的艦載無人機(jī)。而蒸汽彈射提供的推力是固定的,不能調(diào)節(jié)大小。如果換成蒸汽彈射,前者缺乏動(dòng)力,后者則會(huì)因?yàn)閯?dòng)力太大而損壞。僅此一點(diǎn),電磁彈射多用途的優(yōu)勢(shì)就足以碾壓現(xiàn)有的所有起飛方式。
很多人以為使用電磁彈射的航空母艦,就必須是核動(dòng)力的航母,他們的理由是電磁彈射的耗電量巨大,只有核動(dòng)力那么強(qiáng)勁的動(dòng)力才行,常規(guī)動(dòng)力的航母電能不夠。

其實(shí),上述說法是極錯(cuò)誤的。電磁彈射和核動(dòng)力,一毛錢關(guān)系都沒有,常規(guī)動(dòng)力也照樣電磁彈射,而且性能不變。
起飛一架大型的艦載機(jī),需要的能量超過140兆焦。由于需要推動(dòng)重達(dá)30多噸的艦載機(jī)以300公里/小時(shí)的速度起飛,電磁彈射需要瞬間大能量。

如果要在短時(shí)間內(nèi)提供足夠能量,那么就要求電磁彈射器的強(qiáng)迫儲(chǔ)能裝置的充電功率要超過4兆瓦以上,四部彈射器就是16兆瓦。僅此一點(diǎn),就接近一艘10萬噸航母上30%的用電量。這種幾秒鐘內(nèi)釋放的巨大電能,任何動(dòng)力系統(tǒng)都無法支持,就是發(fā)電量很高的核航母發(fā)電機(jī),也無法直接支持電磁彈射。

也有人建議為電磁彈射設(shè)計(jì)一個(gè)巨大的電容器,但在技術(shù)上無法實(shí)現(xiàn)。由于發(fā)電系統(tǒng)很難提供如此強(qiáng)大的能量,而如此高效率的彈射系統(tǒng)建造起來也就不容易了。此外,控制系統(tǒng)、導(dǎo)軌設(shè)計(jì)、電機(jī)和輔助系統(tǒng)等都需要很高的技術(shù)要求。

因此,所有電磁彈射都需要安裝機(jī)械強(qiáng)迫儲(chǔ)能裝置,至于電力來源就無所謂的,常規(guī)和核能都一樣。
強(qiáng)迫儲(chǔ)能裝置是電磁彈射器的核心部件,它不僅緩解了發(fā)電機(jī)的壓力,同時(shí)在彈射器不工作時(shí)儲(chǔ)備發(fā)電機(jī)的電能量,使發(fā)電機(jī)的工作幾乎不受沖擊性電負(fù)荷的影響。

航空母艦的電磁彈射系統(tǒng),其實(shí)是安裝了飛輪儲(chǔ)能器,以及盤式發(fā)電機(jī)。航母動(dòng)力系統(tǒng)輸出帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常發(fā)電,一部分電力可帶動(dòng)飛輪儲(chǔ)能,每分鐘可達(dá)四千轉(zhuǎn),每次儲(chǔ)能45秒,就能讓盤式發(fā)電機(jī)的瞬間電量進(jìn)行一次艦載機(jī)彈射。這樣,一個(gè)儲(chǔ)能-釋放循環(huán),足以讓彈射器每分鐘彈射一次。
強(qiáng)迫儲(chǔ)能裝置原理不復(fù)雜,但實(shí)施起來很麻煩。美國電磁彈射系統(tǒng)是中壓交流系統(tǒng),使用的強(qiáng)迫儲(chǔ)能裝置是用一個(gè)交流發(fā)電機(jī)給一個(gè)交流電動(dòng)機(jī)供電,這需要一個(gè)慣性特別大的自由轉(zhuǎn)子(約上百噸)一起旋轉(zhuǎn)。

而中國選擇了中壓直流供電系統(tǒng)。據(jù)馬偉明院士介紹,目前中國在電磁彈射技術(shù)上已經(jīng)完成了中壓直流供電系統(tǒng),比美軍中壓交流系統(tǒng)要領(lǐng)先數(shù)十年。中國中壓直流能量轉(zhuǎn)化的效率達(dá)到90%以上,使未來航母上的電力十分充足,可以保證艦載機(jī)和其它重型特種機(jī)型的正常起飛。