本文主要从五个方面讨论了智能化战争的特征。......
2024-11-10 326 智能化战争；特征
福建舰上的电磁弹射技术是什么？为什么能大幅提升航母战斗力？
来源：互联网
2024-11-10 22:17:20 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们
2022年6月17日，中国第三艘航空母舰被正式命名为中国人民解放军海军福建舰，中国海军迈入3航母时代。
和辽宁舰与山东舰一样，福建舰依然是常规动力航母，不过，福建舰的满载排水量已经达到8万吨，超过了日本在二战时期建造的大和号战列舰，是有史以来亚洲最大战舰，也是当前在美国以外建造的最先进的航空母舰。
中国人民解放军海军福建舰
福建舰上有一个引人注目的地方，那就是它采用了电磁弹射技术。你知道电磁弹射是什么意思吗？它对于航母的作战能力有多大意义呢？今天，我们就来简单介绍一下这个问题。
注：由于许多技术细节是军事机密，并没有公开，所以本视频只是原理性的介绍，不保证与实际应用技术完全相同。
一、垂直/短距起飞
我们知道：飞机要想起飞，就需要具有足够的速度。在地面上跑道很长，但是航母上跑道长度有限。所以在二战时，航母舰载机一般都比较轻小，而且油量、挂弹量都不能太大。二战后，航母舰载机越来越大越来越重，已经没办法直接在航母上起飞了。于是，人们就想出了各种办法。比如：英国军队就开发出了垂直/短距起飞方式。
在战争中，如果跑道被敌人毁坏，飞机就无法起飞了。为了克服这个缺点，英国人发明了可以垂直起降的喷气式飞机，这种技术也用在了航母舰载机上。比如英国海军的无敌级航空母舰就是这样。
英国海军无敌级航空母舰
无敌级航母搭载了著名的鹞式战斗机，这是一款喷气式战斗机，但是喷口可以转向。如果需要垂直起飞，只需要把喷口调整到向下喷气就可以了。在空中，鹞式战斗机也可以调整喷口方向，喷口向后时，它就是一种普通喷气式战斗机；喷口向下时，它就可以悬停在空中；喷口向前时，它甚至还可以在空中后退。
鹞式战斗机起飞
鹞式战斗机的战斗力如何？有两个著名的故事：
1982年，英阿马岛战争时，亚音速的鹞式战斗机击败了阿根廷的超音速战斗机，击落敌机23架，自身毫发无伤，鹞式战斗机一战成名。
1983年，一架鹞式战斗机出现通讯故障，在空中迷路。眼看燃油即将耗尽，飞行员突然发现海面上有一艘西班牙货船。飞行员急中生智，利用鹞式战斗机能垂直起降的特点，在货船上安全降落。
鹞式战斗机降落在西班牙货船上
后来，英国政府花了57万英镑，才从愤怒的船长手中把鹞式战斗机赎回来。
飞行员和他的鹞式战斗机
但是，垂直起降的喷气式飞机有严重缺陷——事故率太高了。鹞式战斗机被引入美国后，事故频发，被称为“寡妇制造者“，苏联研制的雅克141垂直起降战斗机更是如此。主要是因为垂直起降飞机在地面上向下喷气时，很难预测湍流走向，极易出现事故。而且，它同样面临飞机重量的问题，限制了燃油和挂弹量。
那么，还有什么别的办法吗？
二、滑跃式起飞
飞机要在航母上起飞，就需要足够的速度。但是航母甲板长度不够，飞机没有达到速度就冲出甲板，有可能落入海中。人们设计了一种方案：让甲板末端翘起十多度，飞机冲出甲板时，速度斜上，这样给飞机额外提供一点滞空时间，让喷气式飞机达到足够的速度飞起来，这就是滑跃式起飞。
滑跃式起飞
滑跃式起飞结构简单，操作容易，世界上许多国家的航母都采用这种起飞方式，比如中国的辽宁舰、山东舰搭载的歼-15战斗机，就采用滑跃式起飞的方式。
辽宁舰
山东舰
然而，滑跃式起飞也有它的缺点：它只能用于推重比大的飞机，即推力强劲、自身重量又不大的飞机，比如战斗机。但是，对于个头大、动力不足的运输机、预警机，滑跃式起飞的方式就很困难。
以预警机为例。地球是球体，在海平面上，我们很难发现远处敌人的舰队和飞机。于是，人们发明了预警机——让飞机携带雷达，飞到空中寻找敌人。比如：下图就是美国的E2C空中预警机，它头上的圆盘就是雷达。
E2-C空中预警机
预警机重量大，动力没有战斗机强劲，没办法使用滑跃式起飞。但是预警机又特别重要，因为在海战中，尽早发现敌人是胜利的第一步。所以，中国的航空母舰上，配备的是预警直升机。比如下图是辽宁舰上的直-18J预警直升机。它下方的圆柱体就是雷达。
直-18J（辽宁舰）
预警机作为航母的眼睛，直接制约着整个航母战斗群的战斗力。我国的预警直升机在飞行速度、雷达能力上，和美国的大型预警机还有一定差距。
三、蒸汽弹射
那么，美国航母上是怎么起飞预警机的？他们还有一项技术：蒸汽弹射。
蒸汽弹射
航母飞机飞不起来，就是因为甲板不够长，飞机达不到足够速度。如果在飞机起飞时，像打弹弓一样把飞机弹出去，给飞机一个初速度，飞机不就能飞起来了吗？这就是弹射起飞的基本思路。
蒸气弹射的原理是这样的：在甲板下方有一个装满了高温高压蒸气的气缸，气缸连接了弹射轨道下方的气体管道，管道中有一个活塞。在弹射时，把飞机的起落架挂在活塞上，打开气缸阀门，让气缸中的高压气体推动活塞快速向前运动，活塞再拉动飞机起落架，让飞机迅速加速。
蒸汽弹射原理
现在，掌握这种技术的只有美国。美国前一代主力航母尼米兹级航母，每一艘都配备了4条蒸气弹射轨道。
尼米兹级核动力航母
在美国之外，法国海军的旗舰戴高乐号也有两条蒸汽弹射轨道，他们的技术也来源于美国。
法国戴高乐号航母
利用这种方式，在航母上就能起飞大型预警机了。可是这种技术并非完美无缺。首先，蒸汽弹射装置复杂，机械部件众多，故障率高。其次，蒸汽弹射占用了很大的舰船空间，而且每次弹射都要消耗成吨的淡水——这些淡水来源于航母淡化的海水。不能直接用海水的原因是：海水会让气缸中留下大量的盐分，气缸就坏掉了。
蒸气弹射还有一个严重的问题：弹射前，气缸需要24小时以上的预热时间，让气缸缓慢升温，这对于瞬息万变的战场，尤其是遭遇战是非常不利的。
四、电磁弹射技术
为了解决蒸汽弹射的问题，几十年前，美国人就开始研究新的弹射技术——电磁弹射技术。它与蒸汽弹射的目的相同——给飞机一个力，把飞机弹出去。只不过，它不使用蒸汽动力，而是用电磁作用。现在，世界上只有两个国家的海军装备了这种装置，那就是美国最新的福特级航母和中国的福建舰。
美国福特级航空母舰
中国福建舰
电磁弹射系统大体可以分为四个部分：控制系统、电子电力系统、储能系统和直线电机。
控制系统负责对整个流程进行调控，电子电力系统负责电能的发出和使用。在这方面，中国海军工程大学马伟明院士做出了很大突破。他提出了舰船综合电力系统的概念，把发电、推进、武器等系统的用电综合起来，统一调配。马伟明是我国国宝级专家，他有一句名言在网友中广为流传——
马伟明院士
储能系统是干嘛用的呢？我们可以想象：为了在一瞬间把飞机弹出去，需要很高的功率。无论是核动力航母，还是常规动力航母，发电的功率都不够。所以，在弹射之前，必须先利用电子电力系统把大量的电能储存在储能系统中，等到使用时，再把这些电能一起释放出来。打一个不太恰当的比方：在马桶上有一个储水箱，上完厕所按一下按钮，储水箱中一下子放出一箱水，才能把马桶冲干净。如果没有储水箱，直接从水管中放水，那是冲不掉的。
现在比较成熟的储能技术是飞轮储能。即在弹射前，利用电能把一个数吨重的飞轮旋转起来，让它每分钟达到数千转，电能就变成了飞轮中的动能，这个过程大约需要45秒，储存大约120MJ的能量。
飞轮储能
弹射时，利用飞轮的动能迅速发电，在2到3秒的时间内，产生数万千瓦的电功率，把飞机弹射出去。
飞轮放电
除了飞轮储能外，还有超级电容等储能方式。由于没有解密，我们也不清楚福建舰采用了哪种。
能量从储能系统释放出来后，来到了拉动飞机的直线电机。直线电机和我们通常使用的电机并没有本质区别，只不过平时的电机是旋转的：通电后转子在定子中旋转。直线电机相当于把旋转电机剖开，拉直。通电后，次级（相当于转子）会在初级（相当于定子）轨道上运动。
旋转电机和直线电机的类比
具体来讲，直线电机又可以分为几种形式。例如比较简单的导轨式直线电机，与电磁炮的原理相同：在导轨上放一个导电滑块，当导体通电时会产生磁场，磁场又能推动导电滑块运动。把滑块和飞机轮子相连，飞机就能被弹射出去了。
不过，这种方式相当于一个单匝电机，要想产生强大推力，需要很大的电流，有可能会把导轨烧坏。线圈式的直线电机应用更加普遍。通过给轨道上的线圈通电，就能让轨道变成电磁铁。如果滑块是一个磁铁，就会和轨道发生同性相斥、异性相吸；如果滑块是一个导电金属，就会和导轨发生电磁感应，从而具有磁性，也能发生同性相斥、异性相吸。控制系统控制通电的时间，就能让滑块在导轨上运动起来。
线圈式直线电机示意图
相比于蒸汽弹射，电磁弹射具有多方面的优势：
从弹射能量看，一次蒸气弹射释放能量大约95MJ，而电磁弹射是120MJ，电磁弹射高出大约1/4；而且，蒸汽弹射能量利用率只有6%，电磁弹射可以达到60%，是蒸汽弹射的十倍。
蒸气弹射系统复杂，事故率高，平均事故周期405周；电磁弹射结构简单，安全性好，平均事故周期1300周。
蒸气弹射无法直接控制弹射时的推力变化，根据气体状态方程，刚开始的时候弹射力度大，后来力度逐渐减小，加速度最大值和平均值之比超过200%。而电磁弹射可以实现人为控制和平稳加速，加速度波动在5%以内，更加安全，对驾驶员也更友好。
蒸气弹射之前要对气缸进行预热，时间超过24h，而电磁弹射准备时间只需要15分钟，这对于遭遇战尤为重要：早升空一架战机，可能就决定了战争的胜败。
而且，蒸汽弹射对飞机的重量有一定要求，太轻了的飞机用不了，而电磁弹射对200kg到35吨的飞机都能用，这就包含了无人机、战斗机、运输机，以及非常重要的空中预警机。
中国军事科学家跳过了蒸气弹射，直接实现了目前世界上最先进的电磁弹射技术，这是我国军事科技的辉煌成就。当然，无论从排水量、武器装备、舰载机还是动力系统，我国和美海军还存在很大差距。
也许不久的将来，我国也会拥有核动力航母，那么，你想给未来的核动力航母起什么名字呢？
来源：李永乐老师
以上内容由办公区教程网摘抄自中国科普网可供大家参考！
标签：
相关文章
- 详细阅读
- 详细阅读
-
28256，28257，你念童谣时不理解的数字，竟是我国首颗原子弹的密语！详细阅读
你知道吗？“小皮球，架脚踢（香蕉梨）马兰开花二十一……”这首从小唱到大的童谣唱的其实就是我国研制第一颗原子弹的故事其中包含了许多密语一起揭秘↓↓↓......
2024-11-10 350 涨知识 我国研制第一颗原子弹
