隻有核航母的澎湃動力才能用電磁彈射?沒那事,常規航母一樣行!

 一直以來,大家對我們新航母是否采用電磁彈射係統非常關心,也擔心如果航母采用常規動力,那麼是否會導致供電不足,導致無法使用電磁彈射,我們今天詳細說說這事。

從美國福特級核航母開始,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,就是利用通電導體與磁場發生相對運動時切割磁感線會產生安培力,把戰機固定在彈射器上,用電磁力在短時間內賦予艦載機一個很快的初速度,利用這個力量把飛機發射出去。安培力的大小和電流的平方成正比,因此可通過調節電流強弱的方式改變推力的大小。

耗費了如此大代價製造出來的電磁彈射係統,其價值自然也是巨大的,電磁彈射係統的航母和其他航母在艦載機的起飛能力上有天壤之別。蒸汽彈射比較笨重,耗費蒸汽量巨大,維修困難且占用工時更多。電磁彈射更加輕便易於維修,相比起蒸汽彈射把熱能經過兩次蒸汽轉化而言,直接把電能轉化為動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製彈射的力度,既可以彈射30噸重量級的重型艦載機和固定翼預警機,也可以發射重量隻有幾百公斤的艦載無人機。而蒸汽彈射提供的推力是固定的,不能調節大小。如果換成蒸汽彈射,前者缺乏動力,後者則會因為動力太大而損壞。僅此一點,電磁彈射多用途的優勢就足以碾壓現有的所有起飛方式。

很多人以為使用電磁彈射的航空母艦,就必須是核動力的航母,他們的理由是電磁彈射的耗電量巨大,隻有核動力那麼強勁的動力才行,常規動力的航母電能不夠。

其實,上述說法是極錯誤的。電磁彈射和核動力,一毛錢關係都沒有,常規動力也照樣電磁彈射,而且性能不變。

起飛一架大型的艦載機,需要的能量超過140兆焦。由於需要推動重達30多噸的艦載機以300公裏/小時的速度起飛,電磁彈射需要瞬間大能量。

如果要在短時間內提供足夠能量,那麼就要求電磁彈射器的強迫儲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,就接近一艘10萬噸航母上30%的用電量。這種幾秒鍾內釋放的巨大電能,任何動力係統都無法支持,就是發電量很高的核航母發電機,也無法直接支持電磁彈射。

也有人建議為電磁彈射設計一個巨大的電容器,但在技術上無法實現。由於發電係統很難提供如此強大的能量,而如此高效率的彈射係統建造起來也就不容易了。此外,控製係統、導軌設計、電機和輔助係統等都需要很高的技術要求。

因此,所有電磁彈射都需要安裝機械強迫儲能裝置,至於電力來源就無所謂的,常規和核能都一樣。

強迫儲能裝置是電磁彈射器的核心部件,它不僅緩解了發電機的壓力,同時在彈射器不工作時儲備發電機的電能量,使發電機的工作幾乎不受衝擊性電負荷的影響。

航空母艦的電磁彈射係統,其實是安裝了飛輪儲能器,以及盤式發電機。航母動力係統輸出帶動發動機正常發電,一部分電力可帶動飛輪儲能,每分鍾可達四千轉,每次儲能45秒,就能讓盤式發電機的瞬間電量進行一次艦載機彈射。這樣,一個儲能-釋放循環,足以讓彈射器每分鍾彈射一次。

強迫儲能裝置原理不複雜,但實施起來很麻煩。美國電磁彈射係統是中壓交流係統,使用的強迫儲能裝置是用一個交流發電機給一個交流電動機供電,這需要一個慣性特別大的自由轉子(約上百噸)一起旋轉。

而中國選擇了中壓直流供電係統。據馬偉明院士介紹,目前中國在電磁彈射技術上已經完成了中壓直流供電係統,比美軍中壓交流係統要領先數十年。中國中壓直流能量轉化的效率達到90%以上,使未來航母上的電力十分充足,可以保證艦載機和其它重型特種機型的正常起飛。