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  • 国产航母何时用上电磁弹射器?和美国航母差距有多大?

    来源:www.jch10086.com 发布时间:2019-09-28

    原始巴山夜雨洗发露2019.7.21我想分享

    目前,中国有两艘尚未投入使用的国内航空母舰。第一艘自制航空母舰使用“滑雪起飞”,第二艘自制航空母舰可配备蒸汽弹射器。结果,很多网友都在谈论它。军事专家尹卓表示,中国未来的国内航空母舰应该通过电磁弹射器起飞,因为航母的甲板效率远远高于滑雪跳跃起飞。

    蒸汽弹射器:半个世纪的荣耀

    为了使基于舰载的飞机在超过100米的短跨度内实现足够的升力,基本思想是为飞机提供额外的推力,同时通过载体自身的装置加速发动机。这就是所谓的航空母舰弹射器。目前,蒸汽喷射器是世界上最成熟的喷射器。它也是西方航空母舰的主流弹射装备。

    最早的蒸汽喷射是英国海军空军预备役指挥官米切尔,他于1951年首次提出并开发了该概念,并装备在海军的航空母舰Moxiens上。从那以后,美国海军购买了这项专利,并将其发展成为美国,英国和法国等航空母舰的标准配置。俄罗斯航空母舰的研究和开发滞后,但蒸汽弹射器的研究始于1982年。预计20世纪90年代服役的乌里扬诺夫斯克级核动力航母将拥有蒸汽弹射器。不幸的是,这艘航空母舰因苏联解体而死亡。

    (戴高乐已准备好射击战士)

    蒸汽喷射的基本原理类似于弹弓。张力和蒸汽压力之间的唯一区别不是橡皮筋。在起飞之前,飞机的尾部被位置保持器钢环“拖动”,而飞机前轮附近的牵引杆被“滑动梭”钩住。在飞机前面的甲板下,有两个平行的圆柱体,每个圆柱体至少长45米。气缸中的活塞与滑动梭连接。蒸汽从母船上的锅炉输出,并在加压后送入滑动梭。

    当载机飞机起飞时,它以全马力启动并开始蒸汽弹射器。发动机加蒸汽压力会产生可怕的推力。与此同时,飞机的尾部被钢圈捕获。这暂停了一会儿,当巨大的推力终于拉开钢圈时,就像弹弹弓的孩子松开橡皮筋一样,飞机以极大的加速度向前冲去。在短短的45米内,速度可以达到每小时250公里,从而弹射和起飞。此时,飞机的牵引杆离开梭子,因此梭子可以移回原来的位置,推动另一架飞机起飞。

    以上是前轮弹射器。目前,只有美国拥有制造这种弹射器的成熟技术,并且它被用于美国,英国,法国和其他国家的活跃运载器。另一种是牵引弹丸,它使用钢制牵引飞机来加速起飞。这种类型的弹射相对较旧并且其性能不佳。它仅供巴西“圣保罗”航空母舰使用。

    (国内蒸汽喷射原型)

    蒸汽弹射器已经使用了半个多世纪,但它们也存在缺陷。首先,蒸汽弹射器的维护工作量非常大。据报道,简单维护和操作蒸汽弹射器的成本占整个航母总维护资金的80%!在美国军方的核动力航空母舰上,需要500人才能维持蒸汽弹射器。当我国有关部门研制出蒸汽弹射器原型时,他们发现故障率极高。

    蒸汽弹射器的原理似乎很简单,其技术要求非常高。核心是高温高压材料。工作时,所有部件必须受到高温和高压蒸汽的冲击。在如此恶劣的环境中如何确保每个系统的稳定运行是最大的问题。此外,蒸汽弹射器消耗大量淡水。美国军用飞机轰炸一架飞机消耗了大量的淡水,这也将给舰载系统带来沉重的负担。此外,美国军方的蒸汽弹射器长度和气缸容积现在几乎达到极限,并且很难增加能量,这将在未来无法满足更重的运载机。

    在辽宁船的甲板上也可以看到一个暂定的弹射装置。但是,由于辽宁船的原始船Varyag没有为弹射器预留空间,因此有必要在辽宁船上安装弹射器。改建工程太大,甚至影响了整艘船的稳定性。因此,目前辽宁船仍然是一个简单的起飞起飞模式。配备2号国产航空母舰的弹射器装置是蒸汽喷射还是电磁喷射也存在争议。

    电磁弹射器:未来趋势

    由于蒸汽弹射器的大尺寸,高运行和维护成本以及大量蒸汽的消耗,每个人都在关注一种新型的弹射器,即电磁弹射器。

    所谓的电磁弹射器就是一种利用电磁感应弹射的装置。它分为电磁线圈弹射器和电磁轨道弹射器两种,分别采用交流直线电机和直流直线电机。

    事实上,电磁弹射的研究很早。早在20世纪40年代,美国海军就进行了相关研究。然而,当时,该技术还不成熟,研发成本很高,因此很快就被放弃了。到20世纪70年代末,随着载机飞机重量和速度的增加,蒸汽弹射器无法满足需求,美军于1978年恢复了电磁弹射器的研制。到20世纪末,该项目正式签署合同。 2013年,新一代核动力航空母舰“福特”投入使用,并使用了电磁弹射器。

    电磁弹射器包括强制储能装置,大功率功率控制装置,中央微机工业控制和线性感应电动机。这些的核心是强制储能装置,其在一个周期(约45秒)内累积发电机发出的能量以进行剧烈喷射。据估计,最大的航空母舰需要消耗不超过120兆焦的起飞,而4兆瓦的充电装置在此期间可累积超过140兆焦耳的能量(现有消耗)。福特级航空母舰有四个电磁弹射系统,充电时总功率高达16兆瓦,以及未来的电磁轨道和激光器。航空母舰的总功率可能需要超过60兆瓦。

    电磁弹射器有4段导轨,每段导轨长度超过200米。它安装在起飞甲板下面。导轨内部有超导体,中间有高压冷却油,可实现电超导和物理润滑。在起飞前,飞机牵引杆在上下导轨之间延伸,飞机发动机启动,弹射器在大约一秒钟内通电。导弹从导轨拉出然后返回到另一对导轨以形成强电流回路后,牵引杆很坚固。电磁力被推动以高速运行,并且飞机发动机的推力被组合以实现起飞速度。相对于蒸汽弹射器,它不需要使用蛮力来打破钢圈,而是可以自动断电以实现释放。

    与蒸汽弹射器相比,电磁弹射器具有许多优点:首先,它们可以简化机载维护工作,并且与蒸汽弹射器相比,估计劳动力成本可以节省30%以上。其次,电磁弹射器的精度很高。只能通过控制电流来实现对弹出力的控制。这显然比改变蒸汽流的强度更方便。它使航空母舰很容易从轻型飞机喷射到重型飞机。而且,电磁喷射器的重量和体积约为蒸汽喷射器的一半。此外,电磁弹射器更好地与海军未来的“全电动系统”集成,并且弹射器的控制停靠在整艘船的其他动力系统中,以便于统一操作。蒸汽弹射器的最大喷射能量小于100M焦炭,而电磁弹射器可达到122M焦炭,从而打破了前者的瓶颈。此外,电磁弹射器可以巧妙地与滑动平台集成,因此它具有弹射和享受滑行起飞的优点。

    当然,电磁弹射器也有一些缺点。大功率电磁电机产生电气干扰,高速旋转机械对材料的刚性提出了更高的要求。

    除美国外,中国,英国和俄罗斯也研究过电磁轰炸。其中,中国在海军工程大学和中国工程院院士马伟明少将的带领下,开展了1:1电磁弹射验证设备的开发。

    其他弹射器:各种优点和缺点,各有其优缺点

    除了常用的蒸汽弹射器和新兴的电磁弹射器外,还有其他各种弹射器概念。由于各种原因,这些概念尚未投入使用。

    弹簧复合弹射器是最“纯粹”的弹射器。它直接使用大弹簧,在被电动机或其他装置压缩后,突然释放,飞机被弹出以加速它。然而,这种超强弹簧对材料要求太高,难以达到精度。另一个缺点是弹簧在首次弹射时具有最大的冲击力,而且对飞机来说是一个剧烈的加速度,这对飞机和飞行员来说是一个巨大的考验。

    潜在的能量弹射器类似于斜坡。飞机首先通过升降机等运输到斜坡的顶部,然后飞机在斜坡顶部工作时被“推”,使其受到重力和发动机的综合作用力。推力产生更大的加速度。这种类型的喷射器技术的成分非常低,弹性释放非常均匀。然而,为此目的,必须产生大的斜坡,其在航空母舰的甲板上高度升高,影响各种指标,例如风阻,隐形和防御,并且使用效率低。

    气体喷射器在结构上类似于蒸汽喷射器,除了推动活塞的燃料不是由水蒸发产生的水蒸气,而是由剧烈燃烧产生的燃烧气体。与蒸汽弹射器相比,它不需要消耗大量的淡水,但燃烧对设备有更高的要求,如耐高温,抗氧化和坚固。同时,这种化学反应的燃烧比水的蒸发更加剧烈和危险,并且它还消耗昂贵的化学燃料,具有高故障率和严重污染。最初美国海军试图将其用作飞机弹射器,但最终选择了蒸汽弹射器。

    火箭助推器弹射器是使用火箭助推器在载体发射时提供额外的推力。飞机起飞后,火箭助推器将再次脱落。解决方案的结构非常简单,但如何处理助推器是一个大问题。如果它是一次性的,价格太贵;如果它被反复使用,它将需要挽救每次起飞时落入海中的助推器。此外,由助推器本身喷射的高温射流对航空母舰人员构成威胁,并且还产生更多污染物。

    本文为第一作者的原创,未经授权不得转载

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    目前,中国有两艘尚未投入使用的国内航空母舰。第一艘国内航空母舰采用“滑行起飞”,第二艘国内航母可装备蒸汽弹射器。这引起了网民们的激烈争论,军事专家尹卓表示,中国未来建造的国内航母最好用电磁弹射来起飞,因为它的航空母舰甲板比起飞更有效率。

    蒸汽弹射器:半个世纪的荣耀

    为了使运载机能够在超过一百米的范围内达到足够的升力,最基本的想法是在飞机发动机通过航空母舰自身装置加速时为飞机提供额外的推力。这就是所谓的航空母舰弹射器。全世界使用的更成熟的弹射器是蒸汽弹射器。它也是当前西方航空母舰的主流弹射装置。

    最早的蒸汽喷射是英国海军航空储备保护区的指挥官米切尔,他于1951年首次提出并开发了它,并装备在海军的航空母舰“Molex”上。从那以后,美国海军购买了这项专利,并将其发展成为美国,英国和法国等航空母舰的标准配置。俄罗斯的航母发展滞后,但蒸汽喷射器的研究始于1982年。“乌里扬诺夫斯克级”核动力航空母舰预计将在20世纪90年代投入使用,配备了蒸汽弹射器。不幸的是,这艘航空母舰因苏联解体而死亡。

    (戴高乐准备射击战斗机)

    蒸汽喷射的基本原理与弹弓相似。拉力之间的唯一区别不是橡皮筋而是蒸汽压力。飞机起飞前,定位器轮缘被用来“咬住”飞机尾部,飞机前轮附近的牵引杆被一个“梭子”钩住。飞机前方甲板下有两个平行的气缸,每个气缸至少有45米长,气缸中的活塞与航天飞机相连。蒸汽由母舰上的锅炉输出,加压后输入航天飞机。

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    当舰载机起飞时,全马力启动,蒸汽弹射器启动。发动机加上蒸汽压力产生了可怕的推力。同时,飞机尾部被钢圈卡住。这就维持了一段时间,当巨大的推力最终从钢圈上拔下时,就像玩弹弓的孩子松开橡皮筋,飞机以极大的加速度向前冲。在短短的45米内,速度可以达到每小时250公里,从而弹射起飞。此时,飞机的牵引杆脱离了航天飞机,因此可以将航天飞机移回原来的位置,推动另一架飞机起飞。

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    上面是前轮弹射器。目前,只有美国拥有生产这种弹射器的成熟技术,并在美国、英国、法国等国的现役航母上使用。另一种是牵引弹丸,利用钢牵引飞机加速起飞。这种弹射方式比较陈旧,性能不好。它只被巴西“圣保罗”号航空母舰使用。

    (国产蒸汽喷射样机)

    蒸汽弹射器已经使用了半个多世纪,但也有缺陷。首先,蒸汽弹射器的维修工作量很大。据介绍,蒸汽弹射器的简单维修和操作费用占整个航母维修资金总额的80%!在美军一艘核动力航空母舰上,维修蒸汽弹射器需要500人。我国有关部门在研制蒸汽弹射器样机时,也发现故障率极高。

    蒸汽弹射器的原理似乎很简单,其技术要求非常高。核心是高温高压材料。工作时,所有部件必须受到高温和高压蒸汽的冲击。在如此恶劣的环境中如何确保每个系统的稳定运行是最大的问题。此外,蒸汽弹射器消耗大量淡水。美国军用飞机轰炸一架飞机消耗了大量的淡水,这也将给舰载系统带来沉重的负担。此外,美国军方的蒸汽弹射器长度和气缸容积现在几乎达到极限,并且很难增加能量,这将在未来无法满足更重的运载机。

    在辽宁船的甲板上也可以看到一个暂定的弹射装置。但是,由于辽宁船的原始船Varyag没有为弹射器预留空间,因此有必要在辽宁船上安装弹射器。改建工程太大,甚至影响了整艘船的稳定性。因此,目前辽宁船仍然是一个简单的起飞起飞模式。配备2号国产航空母舰的弹射器装置是蒸汽喷射还是电磁喷射也存在争议。

    电磁弹射器:未来趋势

    由于蒸汽弹射器的大尺寸,高运行和维护成本以及大量蒸汽的消耗,每个人都在关注一种新型的弹射器,即电磁弹射器。

    所谓的电磁弹射器就是一种利用电磁感应弹射的装置。它分为电磁线圈弹射器和电磁轨道弹射器两种,分别采用交流直线电机和直流直线电机。

    事实上,对电磁弹射的研究还很早。早在20世纪40年代,美国海军就进行了相关研究。但当时技术不成熟,研发成本高,很快就被废弃了。到20世纪70年代末,随着舰载机重量和速度的不断增加,蒸汽弹射器已不能满足需求,美军于1978年恢复研制电磁弹射器。到20世纪末,该项目正式签订合同。2013年,新一代核动力航母“福特”号服役,并使用了电磁弹射器。

    电磁弹射器包括强制储能装置、大功率功率功率控制装置、中央微机工业控制和直线感应电动机。其中的核心是强制储能装置,它在一个周期(约45秒)内将发电机发出的能量累积起来,进行猛烈的喷射。据估计,最大的舰载机在起飞时需要消耗的能量不超过120兆焦耳,而一个4兆瓦的充电装置在这段时间内可以累积超过140兆焦耳的能量(现有消耗)。福特级航空母舰有四个电磁弹射系统,充电时总功率高达16兆瓦,还有未来的电磁轨道炮和激光。航空母舰的总功率可能需要60兆瓦以上。

    电磁弹射器共有4段导轨,每段导轨长度超过200米。它安装在起飞甲板下面。钢轨内部有超导体,中间有高压冷却油,实现电超导和物理润滑。起飞前,飞机牵引杆在上下轨道之间延伸,飞机发动机启动,弹射器在大约一秒钟内通电。导弹从导轨上被拉出后,再返回到另一对导轨上形成强电流回路,牵引杆很强。电磁力被推动高速运转,飞机发动机的推力被结合起来达到起飞速度。相对于蒸汽弹射器,它不需要用蛮力就可以折断钢圈,而是可以自动断电实现释放。

    与蒸汽弹射器相比,电磁弹射器具有许多优点:首先,它们可以简化机载维护工作,并且与蒸汽弹射器相比,估计劳动力成本可以节省30%以上。其次,电磁弹射器的精度很高。只能通过控制电流来实现对弹出力的控制。这显然比改变蒸汽流的强度更方便。它使航空母舰很容易从轻型飞机喷射到重型飞机。而且,电磁喷射器的重量和体积约为蒸汽喷射器的一半。此外,电磁弹射器更好地与海军未来的“全电动系统”集成,并且弹射器的控制停靠在整艘船的其他动力系统中,以便于统一操作。蒸汽弹射器的最大喷射能量小于100M焦炭,而电磁弹射器可达到122M焦炭,从而打破了前者的瓶颈。此外,电磁弹射器可以巧妙地与滑动平台集成,因此它具有弹射和享受滑行起飞的优点。

    当然,电磁弹射器也有一些缺点。大功率电磁电机产生电气干扰,高速旋转机械对材料的刚性提出了更高的要求。

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    弹簧复合弹射器是最“纯粹”的弹射器。它直接使用大弹簧,在被电动机或其他装置压缩后,突然释放,飞机被弹出以加速它。然而,这种超强弹簧对材料要求太高,难以达到精度。另一个缺点是弹簧在首次弹射时具有最大的冲击力,而且对飞机来说是一个剧烈的加速度,这对飞机和飞行员来说是一个巨大的考验。

    潜在的能量弹射器类似于斜坡。飞机首先通过升降机等运输到斜坡的顶部,然后飞机在斜坡顶部工作时被“推”,使其受到重力和发动机的综合作用力。推力产生更大的加速度。这种类型的喷射器技术的成分非常低,弹性释放非常均匀。然而,为此目的,必须产生大的斜坡,其在航空母舰的甲板上高度升高,影响各种指标,例如风阻,隐形和防御,并且使用效率低。

    气体喷射器在结构上类似于蒸汽喷射器,除了推动活塞的燃料不是由水蒸发产生的水蒸气,而是由剧烈燃烧产生的燃烧气体。与蒸汽弹射器相比,它不需要消耗大量的淡水,但燃烧对设备有更高的要求,如耐高温,抗氧化和坚固。同时,这种化学反应的燃烧比水的蒸发更加剧烈和危险,并且它还消耗昂贵的化学燃料,具有高故障率和严重污染。最初美国海军试图将其用作飞机弹射器,但最终选择了蒸汽弹射器。

    火箭助推器弹射器是使用火箭助推器在载体发射时提供额外的推力。飞机起飞后,火箭助推器将再次脱落。解决方案的结构非常简单,但如何处理助推器是一个大问题。如果它是一次性的,价格太贵;如果它被反复使用,它将需要挽救每次起飞时落入海中的助推器。此外,由助推器本身喷射的高温射流对航空母舰人员构成威胁,并且还产生更多污染物。

    本文为第一作者的原创,未经授权不得转载

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