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电磁弹射器

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电磁弹射器(EMALS)结构草图
A computer generated model of the linear induction motor used in the EMALS.
目标速度 28至103米/秒
最大峰值与平均牵引力的比值 1.05
最大输出功 122×106 焦耳
最短运转周期 45秒
系统总重 < 225,000千克
体积 < 425米³
目标速度误差 -0至 +1.5米/秒

电磁弹射器英语:Electromagnetic Aircraft Launch System)是美国英国中国等多個国家的海军正在研發的最新一代航空母舰专用飞机弹射器。目前只有美国海军公开宣布研制成功,并且安装在建造中的福特級核動力航空母艦上。与磁悬浮列车的原理相同,电磁弹射器使用一台直线电动机作为动力来源,这是其与传统的蒸汽弹射器最大的不同。电磁弹射器的优势在于其更安全可靠,因为相较于蒸汽弹射器,其加速的过程更均匀,对飞机的结构伤害也更小。

电磁弹射器的其他优点在于装备重量轻,造价适中以及维护成本较低。相反地,相较于传统的弹射器,电磁弹射器反而可以弹射更重型的飞机。另外,系统的淡水消耗量也较少,同时也更节能。

设计与发展[编辑]

美国海军的电磁弹射器由通用原子公司负责研发,2010年底第一次测试成功。[1]2013年5月8日,第一套电磁弹射器被安装在建造中的福特級核動力航空母艦上。

美國電磁彈射方案

直线电动机[编辑]

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塊高速前进。[2]电磁弹射器主要以下几个特点:电流通过的线圈包裹着衔铁嵌在弹射轨道的内侧,产生强大的磁场;滑塊在强大磁场下高速前进;在滑塊运作的时候,只有滑塊周围的线圈通电产生强大的磁场,以保证系统的能耗降到最低;整个系统长约91米(300英尺),能够产生45,000公斤(100,000磅)的推力,最高能将飞机加速到130节(时速240公里)。[2]

能量存储系统[编辑]

弹射器自带的能量存储系统能在几秒内释放出惊人的电能。其能量来源是由反应堆驱动的四个独立发电机组。[3]發電機組帶動一個由磁浮軸承懸吊的飛輪能量蓄電裝備(Flywheel Energy Storeage),轉子轉速6400rpm。每个发电机组透過飛輪的磁力減速效應,能在極短時間內产生超过121億焦耳 (1.21 MJ)的能量。这套系统每45秒能够完成一次充电,並可在2到3秒內釋放。即最短弹射间隔为45秒,比传统的蒸汽弹射器来得快。[2]

功率转化系统[编辑]

当系统弹射飞机时,发电机产生的电能通过交交变频电路释放到螺线管[2]由于交交变频电路的频率可变,船员能够设定不同的能量输出来达到不同的弹射加速度。[3]

控制装置[编辑]

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,使得弹射系统对航母甲板造成的损伤也更小,使用的可靠性更高。[2]

项目进展事记[编辑]

2010年12月18日美国海军在莱克赫斯特海军航空兵工程站成功弹射F/A-18大黄蜂战斗机

优点[编辑]

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。一台传统蒸汽弹射器弹射一次,将要消耗614公斤的蒸汽,并且要在航母甲板下安装庞大的机械,气动和液压系统。相对电磁弹射器不消耗蒸汽而使用来自航母产生的电能,在航母上的安装也更为简易。[10]而將大量的水燒開產生蒸氣儲備需要十幾小時,電磁的充能只需要數分鐘,這種緊急應戰能力是最大優勢。

电磁弹射器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调节不同能量輸出,以适应其不同起飞速度要求。[10]美国的电磁弹射器弹射速度的范围为每秒28至103米,中間為無檔段,但傳統蒸汽結構只有幾個較粗檔段,飛機設計重量只能落在特定幾種重量,過輕或過重都不行。

另外电磁弹射器的最大弹射输出功能够达到122兆焦,而传统的蒸汽弹射器只有95兆焦。[3]相较之下,电磁弹射器的能量输出多出了29%。其次,电磁弹射器能量利用率也高出了5%。[2]

缺点[编辑]

一旦航母的电力系统或核反应堆出现故障,整套系统将不能运作。

另外,由于弹射器需要消耗大量的电力,作为其能量来源的四套发电机组将占用相当大的空间。

正在研制电磁弹射器的国家[编辑]

 美國
美國成為第一個成功研製,並於航母上使用电磁弹射器的國家,它是正在建造中的美国海军福特級核動力航空母艦设计上最受瞩目的亮点。[11]
 中国
中国海军委托湘电集团制造安装在下一代航母上的电磁弹射器。已经在2012年制造出多台样机,目前在上海的海军科研部进行地面测试。據報導,新一代002型航母將會安裝電磁彈射器。[12]根据网上泄露的照片,改进型歼-15可能正在进行弹射实验。[13]

计划研制电磁弹射器的国家[编辑]

 印度
印度海军正在考虑研发电磁弹射系统,应用在其第一艘国产航母維拉特號上。目前,印度海军正在对电磁弹射技术进行评估,尚未有明确的研制计划。[14]

参见[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ Carrier Launch System Passes Initial Tests. Aviation Week. 7 June 2010. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Schweber, Bill. How It Works (PDF). EDN Magazine. 2002-04-11 [2008-02-18]. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 Doyle, Samuel, Conway, and Klimowski. Electromagnetic Aircraft Launch System - EMALS (PDF). 1994-04-15 [2009-01-14]. 
  4. ^ EMALS launches first Goshawk
  5. ^ Photo release: EMALS successfully launches first Greyhound
  6. ^ USN undertakes first EMALS Hornet launch. Air Forces Monthly (Key Publishing). March 2011, (275): page 18. ISSN 0955-7091. 
  7. ^ Navy's new electromagnetic catapult 'real smooth'. Newbury Park Press. September 28, 2011 [2011-10-04]. 
  8. ^ New carrier launch system tested. Security Industry. UPI. October 3, 2011 [2011-10-04]. 
  9. ^ F-35C launches from emals. 
  10. ^ 10.0 10.1 Lowe, Christian. Defense Tech: EMALS: Next Gen Catapult. [2008-02-27]. 
  11. ^ AVIATIONWEEK.COM Carrier Launch System Passes Initial Tests
  12. ^ 实验室中的中国电磁弹射器
  13. ^ 简氏:中国试飞改进型歼-15 或用于测试电磁弹射器
  14. ^ 印度第二艘国产航母或将安装电磁弹射器系统

外部链接[编辑]