中国福建号航母下水,第一艘电磁弹射航空母舰有多强?

周志宏 2022-06-17 19:10:24

1967年6月17日,中国第一颗氢弹在罗布泊上空爆炸成功。

2022年6月17日,中国第一艘电磁弹射航空母舰在中船长兴造船厂下水。

55载,豪情依旧。55载,改地换天!

003航母“福建舰”下水仪式

或许这是一个刻意安排的“巧合”,同时6月17日是中国农历五月十九,正值天文大潮期,长江入海口水位上涨,潮高约340厘米,有利于满载排水量达8万余吨的巨舰从船坞移出。

在“三胎”安排之前,已经服役的16号“辽宁舰”续建于前苏联未完工航母“瓦良格号”、17号“山东舰”由我国以“瓦良格”为模版完全自主研制。这两艘舰都带有上翘的飞行甲板,舰载机完全依靠自身动力从航母上高速滑跑起飞。

福建舰上有三套电磁弹射器

与滑跃式起飞不同,“福建舰”与美国现役的航空母舰一样,全部都采用弹射起飞方式,它们的甲板是平的,通过安装在航母甲板下的弹射器给飞机提供初始加速度。这样做的好处是飞机可以满载燃油和武器,飞行的距离更远、作战半径更大,并且航母在单位时间里放飞的飞机更多,战斗力更强。

蒸汽弹射装置正在放飞战机

美国现役航母能在短时间内放飞更多飞机,完全仰赖于航母下方几个巨大的锅炉烧开水,因为这些弹射器是由水蒸气推动的长长的活塞。在起飞前,舰上人员需要将飞机前起落架的牵引装置挂在蒸汽活塞的挂钩上,一切准备就绪后,高温水蒸气推动活塞向前移动,进而拖着十几、几十吨重的舰载机加速起飞。

美国航母舰员在做弹射前准备

蒸汽弹射器在美国航母上已经使用了几十年,照理说已经驾轻就熟,为什么新的“福特级”航母要转而使用电磁弹射器,并且中国新建的“003”航母也跨过蒸汽弹射,直接采用电磁弹射器呢?

一个重要原因就是:蒸汽弹射的效率相对低。

相较于电磁弹射,蒸汽弹射需要有巨大的锅炉来烧开水,一套弹射装置重量超过500吨,体积约1000立方米。而电磁弹射器总重量约225吨,体积也仅425立方米左右,还不到前者的一半,空间利用效率大大优化。由于水蒸气会大量泄漏,每弹射一架飞机需要消耗610公斤水,航母上需要一套巨型海水淡化装置来不停生产纯水。

美国现役航母都采用核动力,由于高压水蒸气从产生到推动弹射活塞的整个过程步骤繁多,能源利用效率不到6%,其它都被热能带走。电磁弹射由电能直接驱动,其能量利用率超过60%,是蒸汽弹射的10倍以上。这对于常规动力的“福建舰”而言非常重要,它意味着我们能以更少的燃油消耗发射更多战机。

蒸汽弹射后有大量水蒸气泄漏

第三就是时间利用效率,蒸汽弹射航母需要耗费大量时间来烧开水以产生高压蒸汽,它的准备时间很长,锅炉不能停。相比之下电磁弹射仅需进行电能转化和存储,只要储能装置够先进,就能在40秒内发射一架飞机。另外,蒸汽弹射装置几十米长的活塞是整体的,其中有非常复杂的密封与机械构件,故障率相对高,维修时间长。电磁弹射器则是模块化,日常检测与维修都很方便,哪个模块出问题换掉就行了。

鉴于上述几点,尽管蒸汽弹射技术已经很成熟,但它被电磁弹射淘汰也是必然趋势。

电磁弹射装置是怎么推动飞机起飞的呢?这就需要用到一种直线电机。

我们都知道电动机有定子和转子,定子通常是永磁铁,给转子通上电,电流产生磁场,转子就能在磁力的作用下高速旋转。

电动机转动原理

如果把这个电动机“展开”、“抹平”,它就成了一台直线电动机。

交流直线电机滑块受到电磁力推动

这时候我们给“定子”(滑块)通上电,它就能在电磁力的推动下在磁场轨道上高速滑行了。

直线电机早就运用在我们生活的方方面面,从自动化生产线、3D打印设备、高速织机,到高速铁路、磁悬浮列车等等。但是要想用它来弹射飞机、发射电磁炮弹却需要克服许多难关。

作为全球第一艘使用电磁弹射系统的航空母舰,美国“福特号”2005年8月开建,2013年10月下水,2017年5月交付,但直到今天它依然有一身毛病没有解决,无法形成作战能力,其中有许多问题都与电磁弹射系统有关。

中国航母在电磁技术上领先美国

据公开渠道消息,中国航母电磁弹射系统的研制在时间上要晚于美国,但我们走的是与美国不同的两条技术路线,美国使用的是交流直线电机驱动,我们用的是直流。在马伟明院士的带领下,我们不仅完成了“直道超车”,甚至在电磁弹射、电磁阻拦着舰、综合电力驱动等多方面的指标都遥遥领先于“福特号”。

未来“福建舰”不仅能弹射和接收各种舰载战斗机,还能很自如地弹射更重的预警机和更轻的无人机。对于无人机而言,蒸汽弹射和拦阻装置太“硬”,加速与减速不柔和,很容易造成飞机损坏,电磁弹射可以很完美地解决这一难题。

“003”福建舰下水了,要不了多久它就将劈波斩浪,守卫我国的海疆,为实现国家完全统一贡献力量。从今天起,让我们共同期待“004”和“005”吧!

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周志宏

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