福建舰没有弹射歼15T、歼35以及空警600三型战机之前,有些人说中国电磁弹射超越美国是吹牛,我可以不计较,毕竟美国的军工科技之前一直领先。但如今央视都把高清弹射画面怼脸上了,还跪舔美国那就是睁眼说瞎话了,中国的电磁弹射技术已经独步全球。
现在开始我们今天的主题:碾压美国的福建舰电磁弹射。
能量之源
美国福特号尽管是电磁弹射的先行者,但在后来居上,同样为“福”字辈的福建舰面前,简直就像一个新兵蛋子。宣布服役都七八年的福特号,居然从未电磁弹射过F35C舰载机,结果等到中国福建舰成功电磁弹射歼35,反超成为世界第一款电弹隐身战机的航母,恐怕是美国海军的耻辱了吧。
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有人说美国还有大把的蒸汽弹射航母,早已成功弹射了F35隐身舰载机。但蒸汽弹射和电磁弹射根本不能相提并论,要理解电磁弹射的革命性,倒是得先看看它的前辈蒸汽弹射。
在电磁弹射面前就像一个老人的蒸汽弹射,其实就是一个巨大的“蒸汽锅炉”,通过储存和释放高温高压蒸汽来推动活塞,从而带动舰载机加速。
这套弹射结构虽然基础原理相对简单,但却因为蒸汽锅炉的存在非常笨重,一套系统甚至重达500吨,严重占用了航母的空间和载重。
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同时依靠锅炉烧水的效率低下,不仅能量利用率仅4%到6%,而且无法精确控制。如果需要依次弹射不同重量的飞机,比如从轻型无人机到重型战斗机,就需要不同的蒸汽压力,而这个调节过程复杂缓慢,还无法保证一定合适。如果力度过大就会对飞机结构造成过山车一般的应力冲击,直接影响飞机寿命。
相比之下电磁弹射原理类似于电磁炮,就是利用强大的电流通过线性电机产生电磁推力,直接推动舰载机滑行。
它的优势也是压倒性的,可以通过调节电流,做到无极变速,精确控制弹射力度,完美适配从轻巧的无人机到重达40吨的歼15T等所有机型,弹射力度也对机体结构更加友好。
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更重要的是它的效率极高,不仅能量利用率达到60%以上,是蒸汽弹射的10倍,而且准备时间短,蒸汽弹射每次弹射后需要时间重新积聚蒸汽,但电磁弹射只需快速充电即可再次使用。
储能对决
不过这说起来容易,做起来可不简单,电磁弹射最核心最艰难的技术,就是在于如何解决储能和瞬时能量爆发的难题。
一般弹射一架战机需要在极短的2到3秒内释放超过100兆焦耳的能量,瞬时功率堪比一个小型城市的用电峰值。
为此中美两国选择了截然不同的技术路径,而这也直接决定了两者系统性能的天壤之别,甚至可以说美国福特号上的电磁弹射器,不光是一个不太中用的“半成品”,而且和中国福建舰的电磁弹射器,更不是同一类产品。
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虽然表面上都是电磁弹射,但美国福特号选择的是飞轮储能,简单来说就是先用电力驱动四个重达上百吨的巨型钢制飞轮,使它们加速到每分钟6400转以上,从而将电能转化为机械能进行储存。
需要弹射时再利用飞轮的动能进行瞬间发电,将机械能转化回电能进行释放,这样2到3秒钟就能产生数万千瓦的功率,便能将飞机弹射出去。但这套系统却有一个巨大的BUG,数百吨的巨大飞轮不仅占地方,而且使得整套系统的总重比蒸汽弹射还重,直接违背了电磁弹射减重的初衷。
更严重的是高速旋转的巨型飞轮,会产生巨大的离心力和金属疲劳,平均每200多次弹射就会出现严重的机械故障,故障率也远超设计指标。
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令人无语的是美国在设计这套系统时,还让四个飞轮是串联工作,也就是说一个故障,就全线罢工。再加上飞轮储能的电磁弹射,先将飞轮从静止加速到工作转速需要足足45分钟,战时应急能力非常差。
这恐怕也就是福特号电磁弹射快要成为“花瓶”,至今不敢频繁弹射隐身舰载机F35C的原因吧,弹射其他飞机的日均弹射次数也极低,严重制约了航母的战斗力。
超级电容
相比之下福建舰的选择就没有这么抓马,福建舰电磁弹射采用的新型超级电容,作为储能装置。就像一块超大号充放电极快的“电池”,不仅能直接储存电能,并且在需要时能够瞬间释放。由于它的功率密度极高,放电速度也比飞轮储能的电磁弹射快千倍以上,能轻松满足电磁弹射的瞬时功率需求。
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而且响应速度也极快,哪怕是从冷启动到具备弹射能力,也只需要15分钟,战时反应速度肯定远超福特号。甚至它可以充放电百万次以上,循环使用的寿命远超飞轮的机械寿命。
特别打脸美国的就是它整体系统的体积小、重量轻,不同的电容模块之间甚至可以灵活布置在舰体各个角落,然后通过导线相连,不占用航母的核心空间。
外加电能直接储存再释放,避免了其他二手环节后,能量损失也非常小。简直就是真正电子化的电磁弹射器,对美国机械式电磁弹射的降维打击。
既然超级电容这么好,为何美国电磁弹射却要搞出个让人费解的飞轮储能。美国当然知道电能直接储存直接使用更好,奈何超级电容内阻很高,只能使用直流电,研发难度高。
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美国在这方面研究技术不成熟,因而最终用的还是更常见的中压交流系统,交流电虽然适合远距离传输,但在需要精确快速和大功率分配的舰船上,存在先天不足。
它不仅需要大量笨重的变压器、变频器来调节,而且系统复杂效率较低。用一套粗放式的电网,去伺候电磁弹射这种对电能质量要求极高的精密仪器,自然力不从心。
中压直流
不过中国福建舰电磁弹射的利器是中压直流系统,马伟明院士极具前瞻性地跳过了中压交流,直接攻克了技术难度更高的中压直流技术。
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不仅省去了大量的变压器、变频设备,使得系统体积重量大幅减小,可靠性提升。而且利用直流电更易于进行精细化的智能分配。
系统可以像智能管家一样,根据电磁弹射、雷达以及推进系统等不同用户的实时需求,动态精准地分配电力。甚至不用像美国福特号一样,电磁弹射时居然会影响航母舰载雷达的使用,加上它的兼容性极强,天生就与超级电容和激光武器,以及电磁炮等未来高能武器完美匹配。
实际上通过中压直流电网加超级电容这套“黄金组合”,已经奠定了福建舰电磁弹射系统碾压性的优势。更说明福建舰可以在更短的时间内,出动更多的舰载机,并以极高的可靠性持续作战,而福特号却要时刻担心它的弹射器会不会“掉链子”。
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因此这份功劳首先就要给当初力排众议,敏锐判断出中压直流才是未来舰船电力系统方向的马伟明院士,也正式他和团队敢于直接挑战最高端技术,“要领先,就领先美国”的魄力,才让中国舰船动力技术实现了“弯道超车”。
我们也没有重复美国走过的弯路,而是直接站上了更先进的技术路线起点。马伟明院士团队攻克的中压直流技术,也不仅用于航母,更能应用在055万吨大驱等新型舰艇上,彻底实现中国领跑。
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