弹射器

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导读: [img]http://pic.tiexue.net/pics/2007_9_15_60650_6060650.jpg[/img] 美国海军“福特”级航母(CVN-21)想像图 注:现在美国的一种电磁弹射器可以弹射400吨重的物品 中国未来航母的电磁弹射器 我国目前还没有航母,即便是立刻拥有,也会优先采用滑跃起飞的,因为蒸汽弹射器别人也不会卖给你,同时没有操作及管理经验,反而成了累赘。本人认为,航母在一定时间内是不会过时的,而且新型的航母更具有杀伤力和隐身性能。美国下一代航


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美国海军“福特”级航母(CVN-21)想像图



注:现在美国的一种电磁弹射器可以弹射400吨重的物品



中国未来航母的电磁弹射器


我国目前还没有航母,即便是立刻拥有,也会优先采用滑跃起飞的,因为蒸汽弹射器别人也不会卖给你,同时没有操作及管理经验,反而成了累赘。本人认为,航母在一定时间内是不会过时的,而且新型的航母更具有杀伤力和隐身性能。美国下一代航母CVN-21不仅配备了电磁轨道炮、高能激光、电磁弹射器、电磁制动器等,还备有装备微波武器、高能射线等武器的空间。不管众人对航母的评价如何,但现如今在战斗力方面还没有哪种武器可以与航空母舰相比的,这是不争的事实。


本文将着重介绍未来航母使用的电磁弹射器,虽是未来使用,但目前美国在这方面已经处于现场试用阶段。电磁弹射器就是把电磁能直接转化为动能从而驱动舰载机达到起飞速度,完成飞机起飞的过程。本人在前一段时间内发表了电磁轨道炮这篇文章,与电磁轨道炮相比,电磁弹射器原理上与其基本相同,但具体使用上却有明显的区别,首先电磁轨道炮弹出的是弹丸,质量小、初速度高,而电磁弹射器弹出的是舰载机,质量大,弹出后的速度低(相对电磁轨道炮来说)。故电磁弹射器比电磁轨道炮要复杂的多。



与电磁轨道炮一样,电磁弹射器包括:电源、强迫储能装置、导轨和脉冲发生器等,但弹射器还多了强迫降温及精确控制。分别介绍如下:


1、 电源装置


电磁弹射器用的是直流电源,而且在电磁弹射器工作时是负荷冲击性非常大。虽然有了储能装置,但由于要求弹射器在很短时间内起飞更多架次的飞机,所以对电磁弹射器的电源容量要求也比较大,一般容量在5~8万KVA左右(但输出电压却不高)。这么大的功率的交流发电机当然不是问题,但如果是直流发电机则必须是无刷稳流直流发电机,否则滑环的强大电流会灼伤换向器。


2、 强迫储能装置


强迫储能装置是电磁弹射器的核心部件,它不仅缓解了发电机的压力,同时在弹射器不工作时吸收发电机的能量,使发电机几乎不受冲击性负荷的影响。强迫储能装置原理不复杂,但实施起来很麻烦。早期美国使用的强迫储能装置是这样的:用一个交流发电机给一个交流电动机供电,这其实很容易办到,但这个电动机的转子同时拖动直流发电机和一个惯性特别大的自由转子(约上百吨)一起旋转。我们知道,这么重的自由转子起动起来有一定的难度,然而这么重的自由转子运行到高速时具有非常大的动能。而在弹射器工作时,在发电机看来是接近短路的电流会产生强大的制动力阻止发电机继续运行,电动机将无能力拖动,但此时由自由转子强大的储能强制拖动直流发电机运行,从而完成冲击性负荷过程。自由转子会因此速度降低,但起动结束后电动机会在发电机没有负荷下把自由转子拖动到一定的速度,从而完成储能。但需要说明的一点是,这里的电动机既不是鼠笼式电机,也不是绕线式电机,还是转子有一家电感及线圈的电机。


后来,美国佬干脆用高性能电池代替,为此老美子采用了上万个高性能抗冲击负荷的电池,每个单体电池最大做功能达到5~10KW,有效时效为35S,弹射器工作时由发电机和电池同时为弹射器做功,做功后的电池因强制放电而电压降低,但弹射器工作完毕后发电机将完成对电池的充电。这里也需要说明的一点就是大家不要把这里的电池当成日常生活的铅酸电池,这里的电池内阻很低,有很强的抗冲击能力及快速复充电能力。


但目前美国佬使用的强迫储能装置都不是以上两种。


3、 导轨


电磁弹射器的导轨与电磁轨道炮的差异很大,也比其复杂的多。


电磁弹射器的导轨共有4个,分别为上部2个,下部2个。但每跟导轨都非常长(200米以上),安装在起飞甲板的下面。并且每跟导轨内部均有超导体与其熔接,中间是高压冷却油,其冷却油在进入导轨前的温度低于-40℃,而从导轨出口的温度低于-30℃。不仅如此,导轨与飞机牵引杆的接触面至导轨中心还有很多特细的小孔,所以其冷却油不仅仅是为超导体降温,还有润滑的作用,而且会使飞机牵引杆在运行时降温。


飞机牵引杆是在飞机前轮下与飞机前轮连为一体的装置,可收缩并放置在飞机的腹腔内。其中间也为超导体,但无油冷确通道,而且与导轨连接处面积较大,均为软接触。在起飞前,飞机牵引杆伸出至上下导轨之间,飞机发动机起动并开如运行,但约一秒钟时弹射器通电,强大的电流从导轨经飞机牵引杆后再流回另一对导轨并形成回路,牵引杆在强大的电磁力下被推动运行到高速(未到起飞速度,但只差一点)后电流被强制截止,牵引杆将不再受力,但在飞机发动机的推力下达到起飞速度。为什么未达到起飞速度就断电呢?是因为由于飞机牵引杆与飞机连为一体,如果这时继续通电的话,飞机起飞时将把飞机牵引杆拉出,断电时会产生强大的电弧灼伤飞机牵引杆。


4、 脉冲发生器


以上过程实际上是脉冲发生器完成的。蒸汽弹射器为使发动机与弹射器同步运行(缩短起飞距离),用一根钢棍先挡住飞机运行,由于飞机发动机推力无法推断钢棍,但与弹射器合力却可推断钢棍,从而使飞机在弹射器与发动机合力下起飞。但电磁弹射器却无需钢棍挡住,在飞机起飞时电磁弹射器同步通电,但电流是逐渐增加起来,而且在起飞末段将电流截止。



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