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为何003国产常规动力航母也可以用电磁弹射和拦

时间:2022-07-16 21:17 点击:239 编辑:邮轮网

谢邀!其实,电磁弹射和阻拦技术在真正的工程实现上要比蒸汽弹射更简单、更高效、更低成本。

仔细看这个电磁弹射的动图,你会发现飞机在弹射的过程中从轨道上并没有溢出物。

相反,再看一下蒸汽弹射:

你会发现大量蒸汽从弹射轨道上泄露出来。

我们看一下蒸汽弹射器:

蒸汽弹射器是利用航母储存的高压蒸汽推动的一个滑动的活塞。由于这个活塞很长,就不能仅仅从活塞的头部来输出动能,而是在活塞的侧面开了一个滑轨道来拖动飞机前进。一般的蒸汽活塞汽缸应该是完全封闭的。但为了驱动滑车,在航母上的蒸汽弹射器的汽缸就只能做成开放结构。

在滑车和活塞连接的位置用橡胶来做密封。

这就导致了在蒸汽弹射器工作的时候有大量蒸汽外溢。

而电磁弹射系统本身并不存在活塞,而是一个直线电机。

它并不需要像蒸汽弹射器一样要在开放的空间内封闭高温高压的蒸汽。在工程上电磁弹射器可以做得更小巧也更简单。

而对于电磁弹射器的最大障碍其实就是储能结构。蒸汽弹射器可以利用高压蒸汽罐来储存蒸汽。将能量储存为蒸汽的内能。而电磁弹射器是要用电的。这就需要有高效的电能储存装置。

大功率的电储能并不是靠电池或者电容器来完成的。例如福特级航母上的电储能技术是利用了飞轮储能的方式为电磁弹射器来储能的。

这是一套内部可以转动的飞轮。在需要储存能量的时候,在电磁的作用下让内部的飞轮高速旋转,这样电能就储存为了动能。当需要输出电力的时候,反向操作,动能转化为电能。

这里面就有 电-磁-动能的转换过程。

很牛的是,我们在常温超导材料上似乎是要领先了美国一大步。这就导致了我们的飞轮储能系统要比美国的还要高效。

那么常规航母的发电系统能驱动这个飞轮吗?当然是可以的。虽然常规航母依靠燃油为动力来源,但依旧是和核动力航母一样是烧开水驱动蒸汽涡轮发电的。发电的效率并不差。

所以短时间内给飞轮储能系统充电也是够用的。

至于电磁阻拦系统并不需要发电,而是讲动能高效的转化为电能的一套设备。

这个东西在很多电动车上都有类似的装置,只不过航母上用的这种功率更大而已。

18号航母没有在端午节下水,但是这并不影响他即将下水的进度。不过,比起他何时下水,很多人更加关心18号航母的性能,有人用“史上最强常规动力航母”来形容18号,那么18号凭什么这么强呢?答案就是电磁弹射器。18号航母将装备电磁弹射器,这是他最与众不同之处,也是他最引人关注的技术。要知道,在18号航母之前,世界上只有美国的“福特”级航母使用了电磁弹射器,这意味着,18号航母将会是世界上第二型配备电磁弹射器的航母。

图为18号航母和他搭载的舰载机设想图。

18号航母是我国海军的第3艘航母,很可能被赋予“003”的代号。该航母一共配备3条弹射器,应该都是电磁弹射器。和过去的蒸汽弹射器比起来,电磁弹射器有很大的优势。首先在于他的结构上更加简单。要知道,蒸汽弹射器是一套复杂的机械结构,依靠机械装置释放强大的动能,弹射近30吨重的战斗机升空,显然需要一个极端复杂的结构。

图为我国在珠海航展上展示的电磁弹射器结构模型。

根据美国海军的实践,蒸汽弹射器的发展已经走到了极限。目前,美国“尼米兹”级航母上,4条蒸汽弹射器的总重量超过了5000吨,堪比一艘驱逐舰的吨位了。其复杂的结构中,弹射器轨道只是一个小部分,最主要的是蒸汽的产生和压力储存、释放的机构,他有两条巨大的蒸汽压力罐,在弹射器工作时,将压力罐内的蒸汽压力瞬间释放出来,弹射飞机升空。由于蒸汽的量是有限的,因此“尼米兹”级航母在连续弹射5次后,就需要进行气压补充,否则就无法让飞机满载升空。

图为美国电磁弹射器测试。

电磁弹射器要轻很多,“福特”级航母上4条电磁弹射器的总重量大约为1000吨左右,这就很轻便了。事实上,电磁弹射器就是一根电磁轨道,和电磁炮是一个原理。另外,电磁弹射器还有弹射吨位大、弹射功率可调节等优势。比如,电磁弹射器弹射的吨位目前已经超过蒸汽弹射器,付出的重量和能源代价却要小很多;电磁弹射器可以根据不同的飞机,设定不同的弹射功率,达到节约能源的目的。

图为18号航母设想图。

不过,电磁弹射器的技术实现难度较大,他的电磁轨道倒没有什么困难的,难点在于能量的供应。要知道,电磁弹射器是瞬间释放电能的设备,较大功率的电能在瞬间突然释放,需要对整个电力系统和供电、储能设备进行专门设计。美国的核动力航母上,可以依靠核动力为储能装置充电,使用时释放即可,能量很难快速用完。但是我国的18号是常规动力航母,他怎么能实现这种能源供应呢?

图为在18号航母上准备弹射起飞的歼-35战机设想图。

答案是飞轮储能。事实上,美国航母虽然是核动力航母,但是也依然使用了飞轮储能装置,我国18号航母也使用了飞轮储能。这可是一个高科技装备,由于其技术结构太过于复杂精妙,世界上目前也只有中美两国能够掌握其技术,所以笔者更是说不清楚其技术原理和实现途径了。但是,据一些媒体的报道称,飞轮储能是依靠机械设备内部的飞轮组转动,储存能量,需要释放能量时,再反向旋转就可以了。

图为电磁弹射器结构图。

当然,电磁弹射器还需要高精度的控制系统。在美国福特级航母上,由于电磁弹射器控制技术的不到位,曾导致福特号航母多年无法正常使用弹射器,当了很多年的“直升机航母”。因为电磁弹射器是一个不断加速的过程,这和蒸汽弹射器一次释放能量、不断减速的过程不同,飞行员很难适应,需要消除加速过程中的顿挫感,给飞行员提供更为舒适的弹射感受。这是美国的一个教训,我们接下来也要解决好这个问题,确保18号服役就可用。

总而言之,强大的科技实力让我们拥有了电磁弹射器航母,向我们的军工科技工作者致敬!

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