福特号航母电弹问题严重!美海军意外暴露:战机出动速度不如尼米兹

2023年3月11日，美海军学会网站上发布了一篇《海军最新的航母杰拉尔德·R·福特号面临最严峻的考验》事无巨细的介绍了福特号航母入役以来的重大事项，意外暴露出航母的多项先进设备中，只有升降机没有问题，其他几项都存在或曾有过严重问题！

美海军意外暴露：福特航母存在严重问题

这篇文章的作者是海军学会网站编辑Sam LaGrone，他曾在美国海军陆战队以及海军和加拿大海军中任职，曾担任海军采购与运营等岗位，其文章比较严谨，数据比较翔实，可以作为一般参考来源，这篇文章是福特号航母在服役5年后的总结性文章，可以作为评估福特号航母战斗力的参考！

目标：比尼米兹级航母性能要更强

福特号航母从2017年入役美国海军，经过5年的运行，排除了大量故障、经过了多次维修与改进，目前是航母航空联队8号、护航编队和航母打击群12号开始首次全球部署，作为一艘功能齐全的军舰正式加入舰队。

福特号航母编队由5艘水面舰艇组成，未来的部署方向可能在地中海，继续威胁俄罗斯。从上周开始，福特号航母编队已经从诺福克海军基地出发，开始进行最后一项“certified for national tasking”（国家任务认证），这是福特号可以被总统或者国防部长指派部署到全球的最后一道障碍。

5年来，福特号一直在进行测试、培训以及飞行员的资格认证，也曾加入国际演习，但它却一直没有达到为期7个月的航母战斗部署标准：

福特号的设计要求是飞机出动次数比尼米兹级增加30%，这是福特号航母最大的亮点，但福特号甚至都没有达到尼米兹级的出动频率；

福特号航母拥有80架作战飞机，包括四个超级大黄蜂中队、一个电子攻击中队、一个机载预警中队和两个直升机中队，原本应该在2018年就加入部署周期，但目前仍然有待严峻的考验！

4个设计只满足了1个，可能要强行上岗了

这艘航母在2017年入役美国海军后发现了多个问题，电磁弹射与拦阻系统，动力系统和高科技武器升降机等技术问题而被迫多次推迟，一直到现在还在进行最后的战斗部署训练：

电磁弹射与拦阻系统：故障率比设计要求高7倍

EMALS（电磁弹射）系统的原理是利用直线电机运行原理，强迫战斗机在大约70米的距离内加速到起飞速度，由于有一个加速时间，过程可控，所以要比蒸汽弹射要优秀、更节能，比C-13蒸汽弹射相比，紧凑性更好，空间占用小，维护人员从十几人减少到2人，弹射效率与频次更高，而电磁拦阻（Advanced Arresting Gear AAG）代替了之前的液压系统，体积小，并且非常智能，同样大大减少了维护人员。

2023年3月2日，AF/A-18E 超级大黄蜂”准备从杰拉尔德·R·福特号航空母舰上弹射起飞

2019年时航空母舰计划执行办公室宣布，福特号航母正在推动12小时内连续出动160架次的高频作业，与福特级对比，此前的尼米兹级最高频率是120架次。但比较遗憾的是，电磁弹射确实非常优秀，但故障率比较高，USNI给出的资料是在最新的测试报告中，平均614个弹射周期就会有一次失败，远高于此前定下的4166个周期一次故障的水平。

其中最严重的一次发生在2020年6月8日，USNI News（美国海军研究学会新闻网）报道称，6月2日福特号航母的电磁弹射系统出现严重故障，导致航母在5天内无法弹射飞机，一直到6月7日才恢复正常。

另一个故障高发的就是AAG（先进电磁拦阻系统），其原理是降落时拦阻索带动锥形鼓轮传动处理涡轮，吸收70%的舰载机动能，而感应电机则调节主轴旋转的扭矩，调节舰载机降落时的减速曲线，使锥形鼓轮上的缆索以充分恒定的张力释放，还有一套摩擦力减速装置，避免水力涡轮和感应电机失效时使用。

这一整套完美的系统，但故障率却很高，甚至比蒸汽弹射时代的液压拦阻系统相比，都要高得多，要不是还有一套摩擦力减速装置，这个福特号就只能弹射没法降落了。

动力系统问题

2019年3月26日，USNI网站报道称福特号的核动力推进系统也存在问题，不过不是核反应堆，而是在反应堆产生的蒸汽驱动的主涡轮发电机，知情人士表示，两台主涡轮发电机存在非常严重的问题，远未达到大修时间的发电机必须要进行大修，这次事故还导致当年5月份福特号提早返回港口进行维修。

电磁升降机：已经满足设计要求，海军很满意

其实电磁升降机也不是没有故障，2020年6月时候曾报道11台电磁升降机仅有2台无故障还可以使用，其他的全部罢工了，不过后来在改进设计后已经完全解决问题。

USS Gerald R. Ford (CVN-78) 上先进武器升降机的位置。

据最新发布的资料，福特号的电磁升降机工作状态良好，总体上比尼米兹级电梯强200%，而且我们的运行速度约为它们的150%。比尼米兹级更强大、更快，并且能够以更快的速度运行。

福特号最严重的故障还是集中在电磁弹射系统上，尽管在2020年6月2日那次故障后再没有发生4条弹射器同时瘫痪5天的壮观场面，但这个弹射故障率仍然无法满足要求，并且还达不到尼米兹级的12小时内弹射120架次的要求。

笔者很好奇，这次为期数月的“国家任务认证”要是达不到设计要求的话，美军是不是会捏着鼻子用？因为据笔者所知，美军的EMALS（电磁弹射）的问题是骨子里带出来的，想要彻底解决必须要推倒重来，美军不是不能解决这个问题，而是完全没有足够时间，因为中国的003电磁弹射航母要下水了，并且全球第一艘装备电磁弹射的两栖攻击舰076也已经在紧张的建造中。

电磁弹射与电磁拦阻：中国003航母也有问题吗？

前车之鉴后事之师，相信很多朋友都以为中国电磁弹射器装备时间比美国要晚，所以参考了美军弹射器的缺陷与故障方向，等到我们装备的时候已经成熟！其实完全不是这样，因为中美电弹走的是两条路，而美军一开始就选错道了。

舰载全电推进系统：是电磁弹射的基础

舰载电力推进并不是一个新概念，但应用于现代水面舰艇的舰船综合电力系统（IPES）却是一个相当先进的概念，综电系统由发电、输配电、变配电、推进、储能、能量管理6个分系统组成，实现了全舰能源的综合利用。

目前综合电力系统分为中压交流电制和中压直流电制，各国开展研究与应用的基本都是中压交流，无储能分系统，供电可靠度严重依赖发电系统，如果要设置储能装置难度比较大，并且变频比较麻烦，需要交流-直流-交流转换，设备体积与重量偏大、系统效率低等比较大的问题。

中压直流电制可以很容易分配备储能分系统和智能化能量管理系统，不需要大容量变压器，变频只需有一次转换，设备体积与重量都大幅减小，系统效率和可靠性都大大提升，由于可以灵活布置储能系统，高功率密度的能量武器上舰成为可能。

舰船综合电力系统（IPES）使用发电机与配电系统以及电缆代替了舰船的变速箱与传动大轴，噪音大幅降低，而且主机配置可以来自柴油机、燃气轮机等，或者两者配合工作在最佳动力输出曲线上，高效运行，降低油耗，大幅降低舰载各类小型发动机数量，降低了资金成本与维护成本。

因此全球多国都在研制舰船综合电力系统（IPES），目前已经有英国、西班牙、澳大利亚与美国以及中国等实用化，但美国和西方大多数国家使用的都是中压交流推进系统，这个系统门槛低，但由于布置交流蓄能与频率转换成本很高，故障率也非常高。

最典型的就是DDG-1000朱姆沃尔特级驱逐舰的几次趴窝，甚至在经过巴拿马海峡时动力系统故障结果不得不紧急中断任务回港口维修。

电磁弹射：走中压直流才是正道

我国的舰船综合电力系统一开始走的就是中压直流，不存在中压交流这种从娘胎里带出来的问题，电磁弹射由于对电力需求极大，这是依托于舰船综合电力系统上的，目前的电磁弹射一般都由储能系统、电力电子系统、直线电机、控制系统、冷却系统、预加动力装置和减速缓冲与刹车装置等构成：

其工作原理是：通过储能系统在一定的时间内从航母的配电系统获得电能，并在 2-3 秒的弹射期内以脉冲形式将所储存的能量转换为电能。电力子系统通过控制储能系统脉冲放电，调节直线电机动子速度，使飞机达到起飞速度。控制系统保证弹射过程按规定的参数完成弹射。

这个系统的关键是直线电机、强迫储能系统与电力电子系统，这三个子系统工作条件太恶劣，比如直线电机要在2~3秒内将一架30~40吨的战斗机从0速度加速到起飞速度，直线电机在弹射时的峰值功率高达130MW，1MW=1000KW，16MW就是16000KW。

如此高功率用舰载发电机肯定是无法胜任的，必须要有强迫储能系统，而控制如此高功率的电力电子系统同样是一个地狱级难度的系统，在中压交流下，强迫储能基本都是电动机发电机一体化的飞轮储能，而在电子电力系统中，则要将飞轮发电机输出的电能变频转换成直线电机的需要的变频电源，控制系统则是协调这些子系统的工作。

由于中压交流下的电力电子系统太过复杂，据网上给出的资料，福特号航母的四条弹射器用的都是一套电子电力子系统，这就是2020年6月2日的福特号电弹一次挂了四条的主要原因，要不然怎么可能会4条电弹全部瘫痪？

我国的电磁弹射在中压直流下就少了很多交流中会遭遇的难题，比如储能系统，可以选择电池与电容结合的方式，也无需因为交流电在变频时转来转去，大幅减少系统复杂度，并且在未来提高电压后，还可以将功率密度提高。

这种方式还可以把能量武器的储能就近分散布置，利用舰艇上难以利用的空间，另外也可以将电磁弹射器安装到比航母小得多的两栖攻击舰上，比如我国近期在建造的076两栖攻击舰就用了一台中压直流的电磁弹射器，这对于飞轮发电机来说是不可想象的。

003航母已经确认用的是电磁拦阻，相信076也会用类似的系统，相对于液压拦阻系统，电磁拦阻也能调节拦阻的速度曲线，可以拦阻小到无人机，也可以大到重型舰载机，而在076上的主要应该是20吨以内的无人机，不知道未来是否能扩展到中型机J-35，从理论上来看这个可能性还是非常大的，期待未来的076小平顶下水。