中国科协 光明网 主办

探秘航母电磁弹射:核动力是“必不可少”还是“锦上添花”

2016-11-11 13:30 来源:科普中国-军事科技前沿 

  作者:孙武

  制作:光明网科普事业部

  出品:科普中国

  近日,有消息称国产歼-15舰载战斗机在我国第一个航空母舰电磁弹射器试验机上完成了弹射起飞。这一消息一经公开即被各大媒体报道,数名军事专家认为,这意味着中国未来大甲板航母关键技术取得重大进步,其意义不亚于一种新型舰载机首飞。并普遍表示,电磁弹射技术是目前包括美军在内的大国海军持续关注和研究的先进航母舰载机弹射技术。中方一定会持续关注并研究相关技术。

  同时,对于电磁弹射这个话题,经久以来均有这样的声音——电磁弹射需要消耗巨大的能量,而必须要核动力航母才可以负载。那究竟电磁弹射自身的特点是否要巨大的能量来支持呢?电磁弹射的完成,是否意味着国产核动力航母呼之欲出?核动力航母对电磁弹射技术而言究竟是“必不可少”还是“锦上添花”?

探秘航母电磁弹射:核动力是“必不可少”还是“锦上添花”

电磁弹射可以为歼-15带来巨大的起飞动能,可提升战机的战备效率和制空时间

探秘航母电磁弹射:核动力是“必不可少”还是“锦上添花”

海军司令员吴胜利(右二)和电磁弹射专家马伟明(右一)

  电磁弹射技术其实由来已久,未能逐步发展的原因之一,就是能耗太高。早在1945年,美国海军就和西屋公司在夏威夷机场上一起建造了一台电磁弹射器,它可以在178米的距离上把4吨重的飞机加速到180千米/小时。但这个能力较之当时主流的液压弹射器还有很大的距离,并且制造时需要消耗大量的铜,使用时也需要非常强大的电能供应,因此这台弹射器尽管非常可靠和耐用,但并没有获得什么发展。而随着材料科技和动力科技的进步,电磁弹射的诸多优势,便一一显现出来。

  首先,电磁弹射可以实现加速均匀且力量可控。以美军现役的蒸汽弹射器为例,它发射是最大推力在可以达到6g,而整个行程的平均加速度却仅有2g多一点。换句话说,被弹射的战斗攻击机飞行员会明显感觉到弹射器在后段往往没有飞机自身的发动机加速得快。那是因为随着速度和气缸容积的增加,过热蒸汽的膨胀绝大多数能量用于蒸汽本身的加速和推动上了,而体积增加后气体膨胀所需蒸汽的比例成立方关系增加。目前的蒸汽弹射器厂度和气缸容积几乎达到极限,到弹射冲程的末端,蒸汽基本上只能加速活塞,对飞机的帮助不大。反观电磁弹射,弹射器的推力启动段没有蒸汽那种突发爆炸性的冲击,峰值过载从6g可以降低到3g,这不仅对飞机结构和寿命有着巨大的好处,对飞行员的身体承受能力也是一个不错的改善。

探秘航母电磁弹射:核动力是“必不可少”还是“锦上添花”

除美海军外,美国航空航天局(NASA)也研究过电磁弹射技术,图为电磁轨道。

  其次,电磁弹射在当下对能量的要求已经远远小于其设计之初。从原理上看,每一次电磁弹射持续时间大约不到3秒,但峰值功率高达上百兆瓦,这就需要一个储能设备将航母电站输出的电能储存起来,并一瞬间释放。也就是说,能量高低不重要,但是储能后的瞬间释放非常重要。而这些,是常规动力航母都可以做到的。储能技术的难点就是需要找到能量密度很高的储能方式,否则储能装置本身体积重量超标就不能满足上舰使用的要求。电磁弹射需要精确控制弹射末速度和弹射过程中加速度,弹射控制技术的难点在于对直线电机的实时反馈控制,以及对各种信息的组网、交互与处理。从这个角度看,是否是核动力航母,对电磁弹射器来说并非“必不可少”,而是“锦上添花”。

  随着时代的进步,电磁技术已经日臻成熟。甚至,每个普通百姓均体验过电磁技术——比如直线电机技术在物流传输、直线电梯、电磁的传声器材、车床加工等领域都有涉及,大功率直线电机在磁悬浮列车等轨道交通领域更是得到广泛应用。虽然电磁弹射最近才被美军搬上航母,但实际上研制电磁弹射的关键技术并不是什么高不可攀的技术。早在1996年,中国就已发布口径90毫米的4磁体级的样炮原型机,可以达到电能转换50%以上,瞬间能源有成熟的20兆焦和100兆焦输出级别的器件。同时,我国是稀土永磁体生产大国,在电磁弹射技术上取得重要突破,是科研人员日积月累的研究成果。

  相信在未来的国产航母上,不论是常规动力航母还是核动力航母,高效、高能、高可靠度的电磁弹射一旦应用,将会大幅增加舰载机的备战和制空时间,捍卫祖国领海领空。

探秘航母电磁弹射:核动力是“必不可少”还是“锦上添花”

[责任编辑:赵清建]

手机光明网

光明网版权所有

光明日报社概况 | 关于光明网 | 报网动态 | 联系我们 | 法律声明 | 光明员工 | 光明网邮箱 | 网站地图

光明网版权所有