电磁弹射器与蒸汽弹射器有何不同?:蒸汽弹射器二战后,蒸汽弹射器成为了世界主要航母所采用的的一种舰载机放飞方式。而之所以采用这种放飞系统,就在于二战后喷
蒸汽弹射器
二战后,蒸汽弹射器成为了世界主要航母所采用的的一种舰载机放飞方式。而之所以采用这种放飞系统,就在于二战后喷气战斗机发展迅速,战斗力惊人。所以以美英为首的国家在建造航母时,纷纷配置了大量喷气式舰载机,但是这种舰载机的重量远比二战时期的舰载机重,已经无法使用自身动力和老式弹射器放飞了。
于是在1951年英国的柯林?米切尔中校提出将航母蒸汽轮机的蒸汽连动到弹射器上,进而发明了可供航母弹射放飞舰载机使用的蒸汽弹射器。蒸汽弹射器从牵引舰载机放飞的形式上可分成两种:“拖索式”和“前轮牵引式”。前者是以钢索将舰载机挂载于滑块上,再以其快速向前移动,将飞机沿着甲板上的轨道拖曳加速,进而起飞;后者则是将飞机前轮上的弹射杆挂载于甲板上弹射器的滑块中,经由弹射的拖曳达到加速之效。后者比前者省下大量的人力,弹射时间也更短,但舰载机需要经过专门设计,目前这种弹射法为主流。
美国海军现役的“尼米兹”级航母,全部10艘采用的都是这种“前轮牵引式”的蒸汽弹射器,即C-13型蒸汽弹射器。虽然蒸汽弹射器具有技术成熟度高的优点,可是蒸汽弹射器造价昂贵,在设计、制造和安装上均十分复杂,平时维护保养也非常费工夫,还有占用航母空间过大和过重(以尼米兹级来说,4部蒸汽弹射器重量就有2280吨,体积则有2265立方米)。
一般大型航母上都有2部以上的蒸汽弹射器,可以在2秒内将飞机自0加速到每小时185公里,大约每60秒即可让一架飞机升空。目前世界上只有美国的C-13型蒸汽弹射器准备在航母上使用,甚至连法国海军的“戴高乐”核动力航母也是向美国购买的此型号。
?电磁弹射器
在美国海军在2009年开始建造新一代“福特”级航母首舰时,曾经骄傲地向世界宣布:该级航母将采用世界上首套舰载机电磁弹射系统,将与“先进拦阻系统”一道,将现役“尼米兹”级航母的舰载机出动率峰值120次,大幅提升到每日160次!但在福特号于2017年“被”服役后,其电磁弹射系统与先进拦阻系统就一直状态不佳,故障率远超设计值数百倍,根本难以参加实战,直到现在都在持续改进中,这是美军又一次替我们“淌了雷区”!
其实电磁弹射器的工作原理并不复杂:电磁弹射器的主要部件是一套直线电动机,利用强大电流通过线圈产生的磁场推动滑块高速前进。但从世人皆知的理论转化成可以产生将45吨物体加速到130节高速的电磁弹射器,公开信息还是在2010年底由美国通用原子公司正式测试成功的。但这套系统因为美国海军为了赶“福特”号的工期,这套史无前例的“黑科技”,竟然在没有建设陆基全尺寸测试平台、也没有进行充分测试的情况下,于2013年5月8日将世界上第一套电磁弹射器安装到了建造中的福特号核动力航空母舰上。
电磁弹射器有一套独立的控制系统。利用霍尔效应,检测系统的运作,精确地控制弹射速度。由于这套系统能让加速度更稳定,使得弹射系统对航舰甲板造成的损伤也更小,使用的可靠性更高。相较于传统的弹射器,电磁弹射器的重量更轻,只有20吨左右。而且占用的空间更小,运作需要的人力也更少,可靠性也更高。
电磁弹射器最大的优点在于其加速度可以精确地控制。针对重型的战斗机和小型的无人机,可以调节不同的加速度,以适应其不同的起飞速度要求;另外电磁弹射器的最大弹射功率能够达到122兆焦耳,而传统的蒸汽弹射器功率只有95兆焦耳。相较之下,电磁弹射器的功率足足多出了29%。其次,电磁弹射器能量利用率也高出了5%。
而我国在电磁弹射器这种所谓的“黑科技”方面的研究,其实与美国的差距并不明显,甚至还要超过他们。这在之前央视报道的马伟明教授的科研成果时曾经说过,而且电磁弹射的控制技术在工业及信息领域有大量的方法可以借鉴,如矢量控制技术、直接转矩控制技术、工业总线技术及计算机技术等等。所以我国攻克并应用、完善电磁弹射技术根本不存在无法逾越的障碍。并且先前我国军事专家也透露,几年前我国陆基电磁弹射器就经过了上千次测试。按照这样的技术进展,网上流传我国003就要安装3-4部电磁弹射器的消息,大体还是可靠地。
2电磁弹射是目前世界上最先进的舰载机弹射方式,蒸汽弹射则是应用了半个世纪之久的一种最成熟的弹射方式,目前只有美国将两者弹射都装备齐全了,而我国现在两种弹射都没有,还采用的滑跃起飞方式。不过据说003型航母上就会用到了电磁弹射了,但这些都是网络上的消息,并没有得到证实,甚至传言我国电磁弹射技术比美国的更先进,我们总是在网络上笑话美国人的福特级,服役好几年了结果电磁弹射还不断的发生各种问题,殊不知也许我们的电磁弹射服役后,问题恐怕也不会少吧,毕竟新技术上马出现各种BUG事常有的事,这个非常正常!下面我们就来简单说说蒸汽弹射和电磁弹射两者方式区别:
先说说电磁弹射,高中物理我们就学过洛伦兹力,也就是运动的电荷在磁场中会受到力的作用,这个力的大小F=BIL,F代表受到的力的大小,B代表磁场强度,I代表电流大小。电磁弹射就是按照这个原理在沿着飞机的起飞跑道下铺设两条导轨,导轨中间安上一个滑块,每次弹射都给这个滑块通电,导轨在强大电流作用下会形成一个垂直滑块的磁场,滑块在通电电流作用下就会在这个洛伦兹力的作用下向前加速,当然滑块肯定是带着飞机一起完成整个加速过程并完成起飞,这样就完成了一次电磁弹射。从F=BIL这个公式我们就可以知道,这个弹射的力是可以通过电流来调节的,这一点非常重要。
现代航母在条件允许下会装备多种飞机,比如预警机、各种舰载战斗机,各种型号无人机,尤其是在未来空战中无人机的作用会越来越重要,而电磁弹射可以通过调节电流大小来调节洛伦兹力,这样就能弹射各种不同型号的飞机,尤其是弹射小型无人机,这在以往的蒸汽弹射上是无法实现的。
在说说蒸汽弹射,蒸汽弹射的技术目前已经非常成熟,当然这个成熟也仅仅限于美国,因为只有美国人用这种弹射方式弹射了半个世纪的飞机,像法国的戴高乐号航母的蒸汽弹射系统也都是找美国买的。蒸汽弹射的原理很简单,这就有点像小时候的爆米花,就是不断的加压加压再加压,然后突然释放爆发,依靠这个强大的压力释放一下子将飞机推出去。只是航母上是通过锅炉不断的烧水产生高温高压的蒸汽,然后注入到甲板下发的蒸汽储存罐里,这个罐子通过管子与蒸汽弹射器连接起来,蒸汽阀一打开就会猛推蒸汽弹射器的滑块,然后滑块带动着飞机一起被弹射出去。
电磁弹射和蒸汽弹射比起来有哪些优势呢?电磁弹射是新一代的弹射器,比起蒸汽弹射在原理上优势非常明显,首先蒸汽弹射高压气体的突然释放形成冲击荷载,瞬间的力非常大,这对飞机的机体结构和飞行员都是有不好影响的,飞行员在整个弹射过程中会被瞬间的高速影响而感到不适应,甚至还会有短暂失明的情况,而飞机的机体结构也会因为弹射而进行加强,增加了飞机的死重。电磁弹射就好很多,整个弹射过程是均匀受力加速,弹射同样的飞机对机体强度和飞行员的适应性都要好很多。
第二电磁弹射能更好的控制推力大小,弹射不同的飞机只需要调节电流的大小就行,这样很多小型无人机就可以上航母了,尤其是很多侦查无人机就可以代替战斗机执行巡逻警戒任务,减轻战斗机的负担。蒸汽弹射虽然也能通过调节蒸汽压力和流量方法,对弹射器的输出功率进行调节,但调节的范围很有限,像中小型无人机因为重量太轻,在蒸汽弹射爆发下会被扯碎解体,因此其根本就无法通过蒸汽弹射起飞。
第三蒸汽弹射整套设备体积太大了,蒸汽弹射器可不仅仅只是弹射器这么简单,锅炉烧出来的蒸汽要通过高压管道送到存储罐里,再有储存罐输送到蒸汽弹射器位置,储存罐本身就很大,也切每个弹射器起码至少配2个才能保证连续起飞,整套管道、各种设备、蒸汽储存罐占用了航母大量的体积,这些在电磁弹射就没有这个问题。
第四电磁弹射操控更为简单,美国福特级在电磁弹射方面操纵人数要少百分之三十左右
3电磁弹射的优势在于以下几个方面。其一,他可以更好的调节力度和速度,以匹配不同大小不同重量的飞机,使弹射的过载“恰到好处”,有利于飞机的结构寿命。其二,由于蒸汽发生器、蒸汽管路和弹射气缸变成了换能电机组和电线,因此减小了体积,提高了安全性和可维护性。大家可以想象一下,如果弹射系统被击伤,是修理高压蒸汽管道容易还是接电线容易。其三,蒸汽弹射是无法持续提供动力的,每次弹射都会降低压力,压力低到一定程度就要重新积蓄蒸汽。但电磁弹射采用不同的换能方式,简单的说是把发电机传来的电能传输给转换电机组,这个转换电机是发电/电动一体的,传入电能时他是电动机,把输入的电能转化为转子的机械能,弹射时它是发电机,把转子的机械能转换成电能,瞬间释放。这样一来,理论上只要主发电机组持续供电,就可以一直持续的弹射。弹射间隔取决于蓄能速度。还有,就是电磁弹射不消耗大海上宝贵的淡水。
4从传统意义上说,电磁弹射的发明是对航母的二次革命。其实对于技术上的一些东西说起来太复杂。简单来说有几个不同。
1.电磁弹射更节省空间
2.电磁弹射可以起飞更大飞机
3.电磁弹射更加精炼减少维护和保养得成本
4.电磁弹射对飞机和航母的使用寿命和保护更加先进。等等
但是现在的电磁弹射技术只有美国在用,也出现了很多问题,不过作为趋势,中国也已经研究出来合适自己的电磁弹射技术,我们拭目以待!
5从理论上讲蒸汽弹射器和电磁弹射器是有严格区别的,蒸汽弹射器起步早,电磁弹射器是在蒸汽弹射器基础上升级改进而来的,它们二者有不同特点。
蒸汽弹射器是航母最早使用的一项推动战斗机起飞的技术,对提高舰载机战斗力起到了巨大作用。它的弊端就是占据航母三分之一的空间必须建造大型储气罐来满足蒸汽弹射器需母甲板要,弹射器速度较慢推力没有电磁弹射器推力大。蒸汽弹射器将航母甲板剖开装备储气管道,另外,由于储气罐体积大占据航母大部空间使舰载机数量减少影响航母的战斗力。
电磁弹射器它分直流电力综合系统和交流电力系统,马伟明院士团队发明直流电力综合系统而是在常规动力航母上研制成功的领先美国20年。美国采用交流电力系统它的弊端就是必须在核动力航母上才能实现,在常规动力航母上无法完成。
电磁弹射器优点:
1是节省了航母内部大量空间,由于马伟明院士研制电磁弹射器是直流电力综合系统尤如一个储电柜,将巨大电能储存起来随时随地都可以用不影响航母速度。
2是增加大量舰载机,由于省去了储气罐面积可以增加近20架舰载机数量提高了航母作战能力,对敌人构成巨大威慑力。
3是电磁弹射器增大对舰载机的推力使舰载机载弹量增加可以达到满负荷载弹量。推力大势必造成舰载机飞行速度加快减少事故率。
4是电磁弹射器对航母甲板破产性小有利于航母的保养,对舰载机损害少。
5电磁弹射器比蒸汽弹射器频率高,可以在短时间内快速将舰载机弹射升空抢占制空权改变战争格局。
因此,电磁弹射器比蒸汽弹射器性能先进作战效率高是决定战争胜负的关键技术。
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如今,美国航母舰队时不时就来南海和台湾海峡耀武扬威,我们需要更大更先进的航母编队来抗衡,走出近海,走进太平洋,挺近美国西海岸……
中国003号电磁弹射起飞示意图
何为先进,除了先进的挂载,先进的防护,那就舰载机的弹射起飞系统,而弹射起飞更为先进的就是电池弹射起飞。我国正在制造当中的航母很有可能就是电磁弹射起飞。那么电弹射和蒸汽弹射有什么不同呢。
蒸汽弹射起飞的舰载机
首先,动力不同,顾名思义,蒸汽弹射,利用的高压锅炉产生高压蒸汽储存到高压储能罐里,通过蒸汽卸放的强大推力,带动滑块,弹射飞机起飞。而电磁弹射则是利用通电导体在磁场中受力原理,推动飞机起飞。
电磁弹射起飞的滑道
其次,蒸汽弹射,需要大锅炉,特大储能气罐,占用空间大,笨重,而且气压卸放不好控制,不能弹射过小的飞机,而且每次气压卸放之后储气时间长,弹射间隔时间长,弹射效率低。电磁弹射,电流大小容易控制,弹力大小更容易调节,可以弹射不同种类大小的飞机,而且,能量转换迅速,弹射效率高。提高战时飞机起飞频率,提高战斗力。
电磁弹射能效更好,转换率更好,占用空间不仅更小,而且环境更容易保持清洁。
电磁弹射示意图
据说我国电磁弹射已经非常成熟,已建有路基电磁弹射系统,成功弹射几千次。在马伟明教授的带领下,综合航电管理系统已独霸天下,即便是常规航母都可以用电磁弹射,而电力也能做到完美分配,期待中国的003航母电磁弹射的到来……