美国花20年都没搞定,却被中国拿下,电磁弹射究竟有多难搞?

开头

放眼全球,目前世界上只有两艘采用电磁弹射器的航母,一艘是美国最新核动力航母福特号,另一个就是中国刚刚下水的003航母福建号。

说到电磁弹射技术,美国那可是花了长达20多年、耗费32亿美元巨资,然而到现在还不断出现问题。

比如2020年,福特号航母的电磁弹射系统就出现严重故障,导致航母在5天内无法弹射飞机。

价格昂贵不说,还老是出问题,换谁也忍不了不是?

也难怪美国前总统特朗普,声称要换掉电磁弹射,改成之前的蒸汽弹射。

那么问题来了:美国搞20年都没搞定的东西,中国又是如何拿下的?电磁弹射究竟有多难搞?

电磁弹射难点

电磁弹射器的基本原理,其实并不复杂。

就是利用通电导体与磁场发生相对运动时,切割磁感线会产生安培力,然后把战机固定在弹射器上,用电磁力在短时间内赋予舰载机一个很快的初速度,最后利用这个力量把飞机弹射出去。

由于电磁驱动力与电流平方成正比,因此只要保证足够的电流输入,就能使发射装置内产生足够大的推力,进而使被弹射物体达到更高的速度。

就拿美国福特号航母举个例子吧。

它上面采用的电磁弹射系统,据说能在极短时间内产生超过121兆焦耳的能量,每45秒能够完成一次充电,并可在2到3秒内释放,换句话说,也就是在2-3秒内就能把舰载机弹射出去。

既然原理如此简单,为何这么多国家造不出来,它的技术难点究竟在哪?

首先要解决的是电力问题,要在那么短的时间内把重达几十吨的舰载机弹射出去,需要峰值功率到达几百兆瓦才行。

这是什么概念呢?

1兆瓦就相当于1000度电,几百兆瓦那是相当庞大的数字,难怪有人就说了,只能上核动力了,常规动力的航母电能不够。

但其实电磁弹射跟是不是核动力,一毛钱关系都没有,常规动力也照样可以电磁弹射,而且性能不变。

这就涉及到能量密度较高的储能方式,目前业界有两种方法。

一种方案是美国目前使用的飞轮储能技术,它的核心部件是一个重达上百吨的巨大飞轮。

在弹射系统未工作时,舰上电力系统使飞轮加速转动,从而将电能转化为动能,相当于实现了“充电”过程。

一旦舰载机需要借助弹射系统起飞,飞轮系统就立刻在2~3秒内输出所蓄积的巨量电能。

另外一种就是我国采用的超级电容储能技术。

它的优点就是体积非常小:一个能存储100度电的超级电容(能弹射2架次重型舰载机),其体积只有5立方米!这种小体积的优势,非常适合对空间紧张的航母进行改装。

更重要的是,我国使用的是中压直流供电系统,而美国使用的是中压交流。

别看一个是直流,一个是交流,这两者区别很大。

比如美国福特号航母使用的飞轮储能,这个转化只可能是交流电,不可能是直流电,并且内部结构复杂,机械能转换损失能量大。

而想要直流电,就不能用飞轮的这种办法,需要像手机电池一样的东西把电存起来。就比如中国的超级电容技术,储存的是直流电,放电时才需要转换交流电。

美国其实也想换成超级电容,但这样一改,整个体系中就需要一道AC-DC-AC(充电时交流转直流,放电时直流转交流)的转换,而我国的技术路线则是直流系统,完全没有多次转换的麻烦。

而且使用超级电容储能,还能分散布置,各个临近需要大功率瞬间供电的电磁炮以及激光武器都可以轻松分配,非常灵活。

当然了,我们国家的这个中压直流系统是处于保密状态的,所以很多细节并不清楚,但是通过和美国的对比,就可以发现这个东西确实比较难做。

储能问题解决后,然后在需要使用的时候,再通过大功率电力调节技术释放出去,而且必须是可控的,这又是另外一个难题。

毕竟不同的舰载机,吨位不同,所承受的电流也不相同,如果都使用一样的,万一烧坏了怎么办?

所以在解决了上述几个难点之后,还有一个难点就是弹射控制技术的问题。

有些几十吨的舰载机是需要非常快速的,控制要相当精准,而有些诸如几百公斤的无人机,则需要速度缓慢就行。

此外还要解决电磁辐射的问题,以防止影响航母内部以及舰载机里面的电子设备正常运行,还有控制系统、导轨设计、电机和辅助系统等等,它们都需要很高的技术要求。

从上面种种技术难题就可以看出来,电磁弹射器的原理虽然不复杂,但是这里面涉及到的工程技术问题是一个比一个难。

最后

正因如此,电磁弹射器发展到现在,真正能够掌握的国家非常有限,准确地说只有中美两国。

五常中的其他三国嘛,英法使用的是美国的技术,而美国自己还毛病不断呢,至于俄罗斯嘛,在电磁弹射技术的积累上还是空白,至今用的还是滑跃起飞。

至于其他国家,拥有航母的都没几个呢。

讲真哦,他们不是不想要航母,主要是这玩意太烧钱了,航母都没钱造,那就更别提去研究所谓的电磁弹射器。

这就相当于是在游戏里面,你连一个装备都没有呢,就去琢磨怎么升级装备,简直是本末倒置嘛!

自从我们掌握了电磁弹射技术,其意义不亚于两弹一星,不仅仅对于航母来说,上面的舰载机可以更快地起飞,同时也意味着,未来还会出现电磁炮之类的动能武器,因为原理都是一样的。

而这一切都是马伟明院士的功劳,难怪美国人说他”一个人可以顶十个师”,不是没有道理的!