电磁弹射器
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电磁弹射器(electromagnetic catapult),是一��飞机弹射器。目前只有美国与中国研制成功,分别搭载在福特级核动力航空母舰和福建号航空母舰上。与磁悬浮列车类似,电磁弹射器使用一台直线电动机作为动力来源,而不是传统的蒸汽弹射器使用的蒸汽活塞。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,其加速过程更均匀,对飞机的结构伤害更小。它的其他优点还有重量轻、造价适中、维护成本较低、可弹射更重的大型飞机、节约淡水、更节能等。
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级核动力航空母舰上。
直线感应电动机
[编辑]电磁弹射器的主要部件是一套直线感应电动机,利用强大电流通过线圈产生的磁场推动滑块高速前进。[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;滑块在强大磁场下高速前进;在滑块滑行的时候,只有滑块周围的线圈通电产生强大的磁场,以保证系统的损耗降到最低;整个系统长约91米(300英尺),能将45吨(100,000磅)的飞机加速到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。其能量来源是由核反应堆驱动的四个独立发电机组。[3]发电机组带动一个由磁浮轴承悬吊的飞轮储能装备,转子转速6400rpm。每个发电机组透过飞轮的磁力减速效应,能在极短时间内产生超过121兆焦耳 (121 MJ)的能量。这套系统每45秒能够完成一次充电,并可在2到3秒内释放。即最短弹射间隔为45秒,比传统的蒸汽弹射器速度快。[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]![](http://178.128.105.246/cars-http-upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d4/US_Navy_101218-N-0000X-002_An_F-A-18E_Super_Hornet_is_launched_during_a_test_of_the_Electromagnetic_Aircraft_Launch_System_%28EMALS%29_at_Naval_Air_Sys.jpg/220px-US_Navy_101218-N-0000X-002_An_F-A-18E_Super_Hornet_is_launched_during_a_test_of_the_Electromagnetic_Aircraft_Launch_System_%28EMALS%29_at_Naval_Air_Sys.jpg)
- 2010年6月1-2日 - 在莱克赫斯特海军航空兵工程站成功弹射T-45苍鹰教练机。[4]
- 2010年6月9-10日 - 在莱克赫斯特海军航空兵工程站成功弹射C-2灰狗式运输机。[5]
- 2010年12月18日 - 在莱克赫斯特海军航空兵工程站成功弹射F/A-18E超级大黄蜂战斗机。[6]
- 2011年9月27日 - 在莱克赫斯特海军航空兵工程站成功弹射E-2空中预警机。[7][8]
- 2011年11月18日 - 成功弹射F-35C闪电II型战斗机。[9]
- 2013年5月8日 - 第一套电磁弹射器被安装在建造中的福特级核动力航空母舰上。
性能特点
[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]而将大量的水烧开产生蒸气储备需要十几小时,电磁的充能只需要数分钟,这种紧急应战能力是最大优势。
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输出,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,中间为无档段,但传统蒸汽结构只有几个较粗档段,飞机设计重量只能落在特定几种重量,过轻或过重都不行。
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高达90%。[2]
投入使用
[编辑]正在使用国家
[编辑]美国
- 美国成为全世界第一个成功研制,并于航母上使用电磁弹射器的国家,它是美国海军福特级核动力航空母舰设计上最受瞩目的亮点[11][12]。
计划使用国家
[编辑]法国
- 2021年12月21日,美国批准出售2条电磁飞机发射系统和先进阻拦系统给法国,价值13.21亿美元,应用在新世代航空母舰上。
俄罗斯
- 在军队-2020防务论坛上,俄罗斯首次展出了国产的电磁弹射器模型,模型上还有一架苏-57隐身战斗机[16]。
印度
- 印度海军正在考虑引进电磁弹射系统,应用在其第二艘国产航母维沙尔号上。[17]
使用的航船
[编辑]美国
中国
法国
- 新世代航空母舰(计划中)
俄罗斯
- 23000E型施托姆级航空母舰(计划中)
印度
- 维沙尔号航空母舰(计划中)
英国
- 伊丽莎白女王级航空母舰(计划改装)
参见
[编辑]参考文献
[编辑]- ^ Carrier Launch System Passes Initial Tests. Aviation Week. 7 June 2010 [2020-09-15]. (原始内容存档于2012-09-28).
- ^ 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]. (原始内容 (PDF)存档于2011-05-25).
- ^ 3.0 3.1 3.2 Doyle, Samuel, Conway, and Klimowski. Electromagnetic Aircraft Launch System - EMALS (PDF). 1994-04-15 [2009-01-14]. (原始内容存档 (PDF)于2004-10-25).
- ^ EMALS launches first Goshawk. [2013-06-10]. (原始内容存档于2011-12-23).
- ^ Photo release: EMALS successfully launches first Greyhound. [2013-06-10]. (原始内容存档于2011-12-23).
- ^ USN undertakes first EMALS Hornet launch. Air Forces Monthly (Key Publishing). March 2011, (275): page 18. ISSN 0955-7091.
- ^ Navy's new electromagnetic catapult 'real smooth'. Newbury Park Press. September 28, 2011 [2011-10-04].
- ^ New carrier launch system tested. Security Industry. UPI. October 3, 2011 [2011-10-04]. (原始内容存档于2011-10-04).
- ^ F-35C launches from emals. [2013-06-10]. (原始内容存档于2013-12-03).
- ^ 10.0 10.1 Lowe, Christian. Defense Tech: EMALS: Next Gen Catapult. [2008-02-27]. (原始内容存档于2013-12-03).
- ^ AVIATIONWEEK.COM Carrier Launch System Passes Initial Tests. [2020-09-15]. (原始内容存档于2012-09-28).
- ^ 簡氏:中國試飛改進型殲-15 或用於測試電磁彈射器. [2016-12-01]. (原始内容存档于2016-12-02).
- ^ 我国福建号航母的中压直流电磁弹射技术,优于美国的中压交流式. [2022-06-23]. (原始内容存档于2022-07-21).
- ^ China’s New Aircraft Carrier Is In Same League As US Navy’s Ford Class. [2021-04-24]. (原始内容存档于2021-04-17).
- ^ 15.0 15.1 布蓝. 【國產航母】003型航母進入最後組裝進程 高清航拍照曝光. 香港01. 2020-08-03 [2021-03-30]. (原始内容存档于2021-11-23) (中文(香港)).
- ^ 俄公开电磁弹射器,苏57变身舰载机!印度大喜:国产航母有救了
- ^ 印度第二艘国产航母或将安装电磁弹射器系统 互联网档案馆的存档,存档日期2013-07-28.
- ^ Joe, Rick. Whispers of 076, China's Drone Carrying Assault Carrier. The Diplomat. 21 August 2020 [3 January 2021]. (原始内容存档于2022-05-31).
外部链接
[编辑]- "Electromagnetic Aircraft Launch System - EMALS" (页面存档备份,存于互联网档案馆), GlobalSecurity.org
- "Electropult" (页面存档备份,存于互联网档案馆)
- 凤凰卫视- 中国电磁弹射 (页面存档备份,存于互联网档案馆)