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    2013-12-26 10:34
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    电磁弹射器(英语:Electromagnetic Aircraft Launch System)是美国、英国及中国等多个国家的海军正在研发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级核动力航空母舰上。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,对航母的结构伤害也更小。 安装在航母上的美军电磁弹射器     电磁弹射器的优点   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。 相较于传统的蒸汽弹射器,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。一台传统的蒸汽弹射器弹射一次,将要消耗614千克的蒸汽,并且要在航母甲板下,安装庞大的机械,气动和液压系统。相对的,电磁弹射器不消耗蒸汽,而使用来自航母核反应堆产生的电能,在航母上的安装也更为简易。 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***,可以调节不同的加速度,以适应其不同的起飞速度要求。美国的电磁弹射器弹射速度的范围为每秒28至103米。 另外电磁弹射器的最大弹射功率能够达到122兆焦,而传统的蒸汽弹射器功率只有95兆焦。 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;磁力模块在强大磁场下高速前进;在模块运作的时候,只有模块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45,000千克(100,000磅)的推力,最高能将飞机加速到130节(时速240千米)。 电磁弹射器的心脏就是100多米长的直线感应电动机,它推动与飞机相连接的电枢。而目前电枢基本上是一个U形铝块,装在定子的3个侧面。直线电机的原理并不复杂。设想把一台旋转运动的感应电动机沿着半径的方向剖开,并且展平,这就成了一台直线感应电动机。在直线电机中,相当于旋转电机定子的,叫初级;相当于旋转电机转子的,叫次级。 初级中通以交流,次级就在电磁力的作用下沿着初级做直线运动.这时初级要做得很长,延伸到运动所需要达到的位置,而次级则不需要那么长。 实际上,直线电机既可以把初级做得很长,也可以把次级做得很长;既可以初级固定、次级移动,也可以次级固定、初级移动。然而,电磁弹射器也决不是仅靠直线电机工作的,它总共有强迫储能装置、大功率电力控制设备、中央微机工控控制及直线感应电机。   无刷感应直线电机的励磁线圈   二、 能量存储系统,强迫储能装置 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。其能量来源是有反应堆驱动的四个独立发电机组。 每个发电机组能产生超过100兆焦耳的能量。这套系统每45秒能够完成一次充电,即最短弹射间隔为45秒,比传统的蒸汽弹射器来得快。     强迫储能装置是电磁弹射器的一个瓶颈,在国防方面一直是高度机密的。作用就是能平时储能,然后把大功率能量在短时间内释放出来。电磁弹射器工作时间不长,但是在做功时段是个加速度做功的过程,因此不能把它当成恒功率设备来考虑。 电磁弹射系统的强迫储能系统要求在45秒内充满所需要的能量。最大的舰载机起飞一般需要消耗的能量不会超过120兆焦,而这强迫储能系统最大能储存140兆焦的能量,此时充电功率为3.1兆瓦,算上损失,4兆瓦左右(实际上达不到的),四部电磁弹射系统同时充电,充电总功率可达16兆瓦(1兆瓦=1000KW),可见没有强大的电源是无法满足电磁弹射需求的。   三、功率转化系统 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。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。 四、控制装置   编码器可以提供方波脉冲序列形式的数字输出信号,该信号可以用于确定延伸管的位置。伺服电机系 统中的编码器信号与运动控制器相连,因此能够控制伺服驱动并关闭位置反馈环路。   电磁弹射器的方波脉冲时序仿真   以上过程实际上是脉冲发生器完成的。蒸汽弹射器为使发动机与弹射器同步运行(缩短起飞距离),用一根钢棍先挡住飞机运行,由于飞机发动机推力无法推断钢棍,但与弹射器合力却可推断钢棍,从而使飞机在弹射器与发动机合力下起飞。但电磁弹射器却无需钢棍挡住,在飞机起飞时电磁弹射器同步通电,但电流是逐渐增加起来,而且在起飞末段将电流截止。     五、导轨   电磁弹射器的导轨与电磁轨道炮的差异很大,也比其复杂的多。 电磁弹射器的导轨共有4个,分别为上部2个,下部2个。但每跟导轨都非常长(200米以上),安装在起飞甲板的下面。并且每跟导轨内部均有超导体与其熔接,中间是高压冷却油,其冷却油在进入导轨前的温度低于-40℃,而从导轨出口的温度低于-30℃。 不仅如此,导轨与飞机牵引杆的接触面至导轨中心还有很多特细的小孔,所以其冷却油不仅仅是为超导体降温,还有润滑的作用,而且会使飞机牵引杆在运行时降温。 飞机牵引杆是在飞机前轮下与飞机前轮连为一体的装置,可收缩并放置在飞机的腹腔内。其中间也为超导体,但无油冷确通道,而且与导轨连接处面积较大,均为软接触。 在起飞前,飞机牵引杆伸出至上下导轨之间,飞机发动机起动并开如运行,但约一秒钟时弹射器通电,强大的电流从导轨经飞机牵引杆后再流回另一对导轨并形成回路,牵引杆在强大的电磁力下被推动运行到高速(未到起飞速度,但只差一点)后电流被强制截止,牵引杆将不再受力,但在飞机发动机的推力下达到起飞速度。 为什么未达到起飞速度就断电呢?是因为由于飞机牵引杆与飞机连为一体,如果这时继续通电的话,飞机起飞时将把飞机牵引杆拉出,断电时会产生强大的电弧灼伤飞机牵引杆。 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。 当然,航母上耗电的又岂止是四部电磁弹射器,另外还有电磁轨道炮、升降机、激光(目前激光的功率都不算大)等其它用电加起来的话必须要航母总功率达60兆瓦以上,否则电磁弹射器充电时也会影响其它系统用电的。 电磁弹射器难就难在电能不象蒸汽,根本不适合大容量储存,象储存弹射舰载机这样的能量更是难上加难。通用原子公司在实验电磁弹射器时对强迫储能装置只字不提,可见其技术的高度机密性非同一般,想突破也非易事。     六、坊间传闻   近日,多幅疑似中国航母弹射器试验装置的卫星图片出现在国外军事网站上,照片中清晰的出现了一条弹射器轨道和其辅助实验设备。有外媒称,中国正在进行蒸汽弹射器和电磁弹射器系统的研制工作,早在上世纪90年代就开始相关的预研工作。中国海军委托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,近年来已经成功开展了重载荷弹射试验。             军事观察人士认为,中国未来的国产航母必须装备舰载机弹射器,这是迟早的事情。为国产航母装备舰载机弹射器而努力,欢呼吧!