2022年6月17日,我国首艘电磁弹射航母—福建舰,在江南造船厂顺利下水,并于2025年9月完成三型舰载机(歼-15T、歼-35、空警600)的弹射起飞和降落。
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现在网络上有一群人,总认为国外的月亮是圆的,国外的军事装备就是比国产装备强,这种自卑心理让人十分可笑。
那么,美国的核动力航母福特舰,同样是采用电磁弹射技术,至今都还没有弹射F-35C舰载机,而福建舰已经成功弹射歼-35舰载机,它和福建舰又有何技术差距呢?
1.电磁弹射技术差距
首先,福特舰作为全球首款电磁弹射上舰的航母,但是技术成熟度不足,在弹射系统方面故障频发,至今还没有达到美国军方的设计要求,成为制约福特舰战斗力的短板。
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然后,福建舰作为全球第二款电磁弹射航母,采用的是和美国中压交流和飞轮储能技术不同的,中压直流和超级电容技术,故障率仅为福特舰的七分之一,轨道寿命高,能耗也是更低。
其实,电磁弹射的本质,便是将航母电网的电能,在瞬间转化为舰载机起飞所需的动能,这就需要完成能力存储、快速释放、精准控制三个关键动作。
很多人质疑,为何美国人不采用中压直流技术,直流技术究竟有何难点?
我们先看电磁弹射,被加速的舰载机总重3万吨以及3万公斤,加速长度100米,加速时间2.2秒,舰载机末端速度85米每秒就需总耗电能38度,瞬间功率6万千瓦。
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当时,福特号在20世纪90年代立项,但是美国国内没有任何一家公司,能够拿出功率高达6万千瓦的变频器,以及储能40度电的超级电容,而那时更没有超大功率的逆变器技术。
同时,后来的逆变器技术,还是通过特高压直流输电才研发而来;所以福特舰就只有一个选择,上架不需要逆变器的异步电机。
但是,新的问题随之又产生了,发电机直接进行供电时,一旦遇到电磁弹射这种瞬间高负载,发电机的转速,也就是发电频率会往下掉,而且也没有任何动力装置,可以快速调整转速,稳定频率。
后来,美国工程师为了稳定频率,就想到飞轮技术,依靠巨大惯性,不让发电机的转子转速下降,而且通过搭配的异步电机还有个优点,那就是转速超过同步转速,就能自动变成发电机,回收动能也是十分方便。
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但是,缺点也十分明显,由于飞轮内部是机械结构,在每分钟数万转的速度下,轴承、密封和支撑结构很容易产生损坏。
同时,更加麻烦的是,飞轮释放能量时会产生剧烈的反向电流波动,也会直接干扰航母电网的稳定。
根据美国官方测试数据显示:单台飞轮的平均无故障时间不足500小时,而航母全寿命周期内需执行数十万次弹射任务。
那么,这也意味着飞轮需频繁更换,几乎无法满足实战需求!
为解决这个问题,美国人也使用最粗暴的方式,既然一个飞轮不行,那就直接上四个飞轮,并采用多部件并联设计。
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比如舰载机降落时,高速拉动的缆绳就会带动电机发电,电直接进入航母电网,电网电压升高以后,原本的发电机就会变成电动机,从而实现电能的储能。
所以说,美国的这项交流电技术,还是十分稳定和成熟可靠的!
其实,福特舰的电磁弹射技术路线,并非是错误的、不可取的,而是由于当年受技术水平限制,和军费的支持影响,美军只能采取技术更成熟的中压交流技术。
当然,一旦掌握了特高压直流输电,就会研发超大功率直流交流逆变器,而这个逆变器就可以让弹射器实现直流供电。
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所以说,福特号的交流电推进系统为兼容飞轮,保留了大量冗余设备,比如变压器和整流器,这就让其后期改造为直流系统的成本,已经相当于新建一艘航母。
说白了,福特舰不采用超级电容,就是因为没有掌握大功率逆变器技术,超级电容的能量密度太低,而且错失了向直流电力系统转型的关键窗口期。
反观福建舰的中压直流发电机,直接向超级电容组充电,储存电能。和福特舰的飞轮储能相比,超级电容有个最大的优点,那就是充放电时间短,几乎是毫秒级响应。
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再加上20世纪80年代,我国早就启动了电磁弹射技术研制工作,而且还同步启动超级电容和中压直流技术,而国内的高铁发展和特高压输电,都为电磁弹射直流技术提供了宝贵经验。
2.航母舰载机起降
首先,航母的战斗灵魂就是舰载机,而起降系统又决定了作战核心,舰载机的种类和性能,又决定了航母的战场生存能力和战斗适应力。
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无论是福建舰,还是福特舰,两艘航母都是采用电磁弹射系统,但是电力架构完全不同;福特舰使用核动力加全电化解决方案,采用传统的中压交流电力系统,通过飞轮和变电技术供应电能释放。
但是,该系统的可靠性不足,经过多年调试,福特舰的弹射系统依旧在改进当中。
福建舰,采用常规动力,外加全电化的跨越式发展路径,采用先进高效的中压直流电力系统,可以直接从航母电网取电,无需发展变电压过程,能耗小,效率高,完全领先于福特舰。
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在重型舰载机方面,福特舰的先天优势不足,目前仅能弹射中型舰载机F18-A超级大黄蜂,而福建舰全面领先,已经超过验证全球第一款电磁弹射型号的重型舰载机歼-15T,而这也是时间上唯一在役的重型舰载机。
在第五代隐身舰载机方面,福特舰自研首发F-35C舰载机,但是至今也没有在福特舰上完成弹射起飞和降落,有传言说是美军害怕F-35C出现弹射起降事故。
反观福建舰,可以说是后发制人,用真实的起降训练向全世界宣布,歼-35已经成为全球第一款电磁弹射起飞的第五代隐身舰载机。
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美国肯尼迪号航母
所以说,目前都福建舰,在各方面都是完全领先于美国的福特舰,当然就看福特级二号舰(肯尼迪号)的电磁弹射技术水平如何了!
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