[超强科普]中国航母电磁弹射技术纠结怎么样

红尘孤帆 收藏 29 29718

最近辽宁号入役,接下来的国产航妈大家都在翘首以待。到底是滑跃起飞还是弹射起飞?是蒸汽弹射还是电磁弹射?我想大家都希望是电磁弹射,呵呵,关于土鳖电磁弹射发展到哪一步,这个就不好说了。但是下面,我来根据官八股之类的文章,来分析一下这个问题~~

在说起这个问题之前,我们先来认识一个人。是谁呢?当当当当~~~有请我们的马伟明,马总!

下面是百度百科给出的资料(节选):

马伟明(1960.4.6-)。动力与电气工程专家。江苏省镇江市扬中人。1978年毕业于扬中县中学(今江苏省扬中高级中学),1996年毕业于清华大学并获博士学位。现任海军工程大学教授、博导。

长期致力于独立系统集成化发供电、电力电子、电力系统电磁兼容、舰船综合电力系统技术等领域的研究。创建并发展了十二相发电机供电系统的基础理论体系,攻克了系统中稳定性预测、固有振荡抑、复合故障诊断、短路保护等国内外长期未解决的关健技术难题,研制出具有国际领先水平的十二相发电机整流供电系统。

提出M相/N相双绕组电力集成新原理,研制出交直流双绕组电力集成供电系统,为国际首创;研制成功具有世界先进水平的潜艇AIP发供电系统;在独立电力系统电磁传导干扰预测理论和抑制技术上取得重大突破。

马伟明十年磨一剑,成功研制出世界首台交直流双绕组发电机,他说:“这里肯定有风险,没有风险也就没有创新。创新的目的,是为了提高我们的武器装备的战斗力和它的综合性能指标。” 有创新。创新的目的,是为了提高我们的武器装备的战斗力和它的综合性能指标。” 马伟明和他的团队在电机工程、电磁兼容技术等领域,先后攻克重大难题近千个,其中20多项成果世界首创。我海军新型作战舰艇采用这些新装备后,作战效能明显提升。海军工程大学政委郑亨斌:“马伟明创新人才群体,紧贴海军装备发展的需求确定研究课题,他的一个突出特点是自主创新,合力攻关。”

好了,以上就是百度给出的八股文了。同学们,你们从中读懂了什么?“研制成功具有世界先进水平的潜艇AIP发供电系统 ”恐怕是各位童鞋们觉得最牛X的地方了吧?嗯,当然了,这一个成果绝对是杠杠的,直接导致了土鳖AIP的元级潜艇白菜价~~

我说楼上的筒子们,你们慢点X行不行啊?我特么的打字容易么我?搞的大爷都忘记保存一些东西了,完蛋了,又要重新码字了。。

我再强调一次,16号重型载机渔业晾晒船是没有弹射器的,不管是蒸汽还是电磁的~~我写这个玩意的主要意思是想告诉大家,裤衩可以红一点~我土鳖的技术没你们想的那么悲剧!我们可以有信心!

KUMA,吃饭时间到了~~~拉啦啦啦啦~~恰饭去喽~~下午在来继续码字呐~

好了,现在继续填坑。现在用得家里领导的本子,输入法什么的很不习惯,我就随便码点,大家凑合看看哦。

另外,我在标题就说了,这个文章是红裤衩倾向,就是根据一些八股文,结合我的理解和看法,推测出来的东西。大家可以不信,可以当个笑话看。反正第一艘国妈基本不会是核动力,所以直接上电磁弹射的几率不大。

但是我只是想告诉大家,电磁弹射不是多牛X的玩意。

电磁弹射的原理,说白了不过是建立在安培定理和安培力的基础上。这些东西我们在高中物理课本上就已经学过了。电磁炮的原理其实跟电磁弹射是一个概念。

[超强科普]中国航母电磁弹射技术纠结怎么样


如上图,就是电磁弹射和电磁炮的原理。

就是通电导体在磁场中受力。

我们用左手定则可以判定支架上承受的力方向是向左的,大小为

f=ILB

式中f为受力的大小;I为导体中电流的大小;L为导体长度;B为磁场强度。

当然拉,这仅仅是原理而已,高中物理学过的都知道。也没有什么好保密的。但是,现实可不是这么简单。

要实现电磁铁弹射,有三点需要解决:

1、直流线电机

2、大容量储能电容

3、变频器

接着来扯淡。

电磁弹射理论上来说确实很叼,但是再实际应用中却困难重重。其中的一个重要问题就是电,或者说强大的电流~~

再航母有限的空间上,L这个东西直接跟航母空间有关;B这个是磁场强度,能提高也有限。那么就只有I,电流了。从原理公式上可以看出,电流越大,电磁弹射所能提供的力就越大,能够推动的飞机吨位越大,获得的速度越大。

电磁弹射的三要点上面已经说了,也说了电磁弹射需要消耗大量电能,下面根据我的专业来分析一下。

我可以算是搞电力工程吧,虽然跟这边不怎么搭。不过吧里可能也有兔纸们知道我搞撒子的。没错就是做直流输电工程的。这里主要涉及到了交直流转换的问题,这就跟电磁弹射方面的应用有一些重叠区,所以我就来扯淡下~

直流线电机和大容量电容我不好说,这块不是我的专业。土鳖的大容量电容这东西不落后就是了。直流线电机我不懂,我不敢乱讲。

我重点要说的就是其它东西了

变频器,这个玩意主要用途就是改变频率。直流电可是没频率的~~只有交流电才有频率一说。

变频器的原理,就是先把交流电变成直流电,然后再把直流电变成交流电。那我们不禁要问了~(尼玛,这是精英体啊。。)为毛交流变直流,直流又变回交流啊?有意义么?

当然有意义~~举个例子,本子的电网是两个频率的,一个是50HZ,一个是60HZ的。问题来了,我们都知道频率不同的两个电网是没办法直接进行联网的,除非你想玩电网崩溃解列~可是两个电网独立运行的话,又不便于电力的调配什么的。这个时候该怎么办?

答案就是,使用直流输电把两个不同频率的电网进行联系。具体方法就是在系统1这里建立一个整流站,把频率为50HZ的交流电变成直流电,然后通过直流输电线路输送到系统2那里的逆变站。然后再把这个没有频率的直流电变换成频率为60HZ的交流电~如果整流站和逆变站的设备都在同一个变电站,那么我们管这个站叫做背靠背。。。好吧,很邪恶对不对?

说了这么多,就是想形象的具化这个变频器的工作原理。在直流输电工程中,这个进行交直流互换的玩意叫做换流阀,而我接触的这行,换流阀的电压等级基本上就是50万伏起步,再往上一步就是80万伏,再上一步就是100万伏。而现在土鳖国内就有一条在建的试验性质的100万伏的直流输电工程。这个可是独步全球的东西哦~~可以说是世界一流哦,超一流哦~~

而且,这个换流阀啊,它是国产的哦~~亲,国产的呐。我的顶头上司就在生产厂家驻厂监造80W伏的换流阀哦亲们~~

那么好吧,各位兔子们觉得这个变频器还很高端么?嘛,也就那么回事嘛~~

但是有个问题很重要。什么问题呢?

航母它不同于陆地,航母上可是寸土寸金都不止啊。

在陆地上我们可以把用于交直流转换的玩意做很大很大,但是在航母上不行啊。。

就拿我前段时间的工作来说,我现在做FPT试验,屏柜需要使用直流电,在调试车间有两个整流柜,就是把咱们普通交流电整流成100伏的直流电,这个东西容量有限,但是占的地儿可不小~一个整流柜可比当年老娘出嫁时候准备的大木箱子大的多了,而且重的多了,能够通过的电流还有限,电流大点就烧掉~嗯,这是直流设备的通病,过负荷能力低。。就这样,这也不过是220/380V的常用电呐~~

各位筒子们,我们这船上的电是哪里来的?是不是发电机组发的电?我们知道,交流发电机组通常是同步发电机,容易调控,而直流发电机却跟交流发电机结构上有很大不同。这个时候就要考虑个问题了,我这船上有限的空间改装哪种发动机??直流的?还是交流的?

通常来说,一般不会只有一组发电机。万一歇菜了,那找谁哭去啊?肯定是有冗余的拉。

还是说这个发电机的选择问题。交流还是直流?我们知道的,电磁弹射需要用到直流电,但是航妈上不是所有设备都使用直流电啊。。这可肿么办呢?

选直流发电机组吧,发出来的电还得转成交流电,而且直流发电机组本身需要的励磁电流就比较大,挺麻烦的,选交流发电机组吧,一样还要转成直流电。为撒?因为特么的用于弹射的电容只能用直流才可以充电啊。。。

这样的话,总是绕不开有个整流设备。。。有这个东西,一是占空间,二是电能转化率,三是发热、绝缘什么乱七八糟的玩意~(按我的理解,一般电厂发出来的电压等级是6~10kV,这个电压级别的换流器跟我接触到的超高压、特高压换流阀在体积上什么的有区别,但是相对于舰体还是太大。。)

要不,直流发电机组、交流发电机组同时都要有?额,这也有点问题。。两种发电机结构什么的有差异。。要搞同轴上两种转子外加两种定子。。。尼玛,有么有这么烦啊?

这不成那不成,到底肿么办?

所以,大家看马总的成果“马伟明十年磨一剑,成功研制出世界首台交直流双绕组发电机 ”。筒子们,这个玩意可是个好东西~~特别特别好用的东西~顾名思义,这个交直流双绕组发电机就是同一台机组可同时发交流电和直流电~

前面我啰嗦了半天的问题在这个发电机面前都是浮云~~

现在我们面临的问题就是,如何把这个交直流双绕组发电机做大,使它能够满足电磁弹射所需要的巨大电能。还一个问题就是发电量中直流/交流各自占有的比例。当然最核心的问题就是这个双绕组发电机的容量到底可以做到多大。这才是能够彻底抛开各种换流设备的基础。如果能够在装机容量上获得一个突破,我想,实现电磁弹射就不是梦了。另外插播一个小道消息,某年马总项目拿到6E资金~~

我们裤衩不妨红一点,电磁弹射技术肯定是一个系统工程。马总的这个交直流两绕组发电机已经有样机,那么其它配套系统呢?比如说大容量电容,直流线电机如果能够跟的上进度~~

筒子们,你们觉得靠谱么?反正我觉得电磁弹射这块应该有了阶段性的成果。如果裤衩红一点,乐观一点,我就预测,可能第二艘国妈会有电磁弹弓~~期限就算10年吧~

补充一点,关于这个交直流双绕组发电机的模型,我想找点论文资料看的,但是网上的论文都收费。。。所以我推测了下这个发电机的构成和特性。这里,必须要说明一下,马总这个发电机中的直流发电机部分是建立在其自己的理论体系上的,就是“十二相发电机整流供电系统的基础理论体系”。由这个理论支撑下造出来的直流发电机结构必然是与常规直流发电机不同的。具体的我就不说了。根据我的推断,这个交直流双绕组发电机是同轴双转子共定子发电机。就是说,轴上有一个直流转子,一个交流转子,两个转子之间是电气绝缘的,它们公用励磁耦合。另外这个交直流两绕组发电机的额定功率P,应该是交流发电部分额定功率P1与直流发电部分额定功率P2的和。就是P=P1+P2。而且这个P1与P2是可调的。也就是说可以根据舰上的用电需求对交流直流比例进行调整!这才是逆天所在~~

补充点东西,找到的马总“交直流两绕组发电机”的模型~

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这个图是CD的热心观众特意花钱去下的论文~~

原理我就不负责解释了~

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这个是贼鹰的原理图,贼鹰的强迫储能装置是用的飞轮盘式电机,个人表示不看好。。。

不过国内同样有类似研究,储能密度已经差不多达到50MW/120MJ,属于可以利用级别的了~

最近辽宁舰和15妹子很火,而且舰上的勤务也很火。

大家都看出来了,兔子这是在模范美帝的范儿,很多明眼的看管都看出来了,兔子这是在准备上弹射~

那么土鳖现在的弹射到底怎样了呢?

相比较来说,我更看好电磁弹射一些。当然了,蒸汽弹射也并非完全不可能。

最近兔子露出了很多底儿,先是马总的这个汇报,让我嗅出了一股浓浓的红裤衩味道。

没多久,王总的3D打印技术让大家想到的更多的是发动机。但是,这个技术用在蒸汽弹射加工上,一样让人期待。说白了,蒸汽弹射对材料要求更胜过技术要求。而对材料这一块,我一向是高举白裤衩的。。。

同时,我也想到了这项技术应用在大型直线电机的制作上~~很会意淫对吧?这不重要。。。

========================我是分割线===================================

我不知道大家从这个新闻里看到了什么,但是我可以明确的告诉大家,我看到的是,土鳖的超级电容已经可以大规模实用化、商品化了。

或许你要问了,这又怎样?没错,可能这项技术跟大家没有太直接的关系,但是,亲们,还记得我前面说过的电磁弹射三要素么?

1、变频器

2、储能元件

3、大型直线电机

关于变频器,我前面已经说了,所以不在累赘了。

大型直线电机,我也不多说了额。。因为不敢信口开河,但是呢,这个请放心,不会差

下面咱说说强迫储能装置。

贼鹰家的电磁弹射使用的强迫储能装置是飞轮盘式电机,关于这个玩意,大家可以简单的想一下:手扶拖拉机见过没的?是不是有一个很大的金属铁盘子?这东西嘛,转动起来是不是应该有很大的能量啊?理解为机械能或者势能都可以,因为我物早死,我到现在也不明白这个飞轮盘式电机到底是属于机械能还是势能。。。。好吧,我匿了。。。

这种飞轮盘式电机,兔子家也有,有几个所啊院校啊神马的在搞,而且储能密度接近了贼鹰的水平。

除了这个玩意儿,还有没有别的强迫储能装置?答案是肯定的,毫无疑问的,超级电容!

电容这玩意不用我多说了,但是要搞电磁弹射,对于超级电容的要求就有些苛刻了,主要难点不外如下:

1、容量。或者说是储能密度,算了,随便怎么叫吧。很简单,如果容量不够大,就不足以储存满足弹射起飞的能量,后果就是机机飞不起来。。。

2、快速充放电能力。这个也很好理解,弹射嘛,本来就是效率第一的。如果你做不到快速充放电,结果就是使用电磁弹射的效率甚至不如滑跃起飞。。。这一点是无论如何都不能接受的。

3、对舰艇电力系统的冲击。学过物理的基本都知道,电容器是会产生容性无功的,是对电力系统稳定有影响的~~毫无疑问,电容的容量越大,充放电速度越快,对电网系统的冲击越大。

OK,现在我们知道使用超级电容所面临的困难了,下面咱们对照新闻逐一分析。

1、关于容量。

“这种具有世界前沿技术水平的新型储能装备,使列车能利用乘客上下车短短约30秒时间在站台迅速充满电。列车充电后能高速驶向相距2公里左右的另一个站点,再上下客并充电,如此周而复始。”

从这个内容里可以推测出什么?呵呵,我来告诉大家,这里可以大概得知这个车车电容能储存的能量。当然拉,不会太准确而已。

假设,电车速度v=80KM/H,换算下大约是22M/S.那么S=2KM=2000m,假设车子重量为10T也就是10000KG,下面,咱们用高中物理解释一下。。。动能就是1/2mv的平方。具体自己去算,结果多少?额,至于这个这个只是动能。。。。说实话,其实我也算不出来。。。哈哈

2、快速充放电。这一点补多少,新闻里讲了,30S,估计如果是电磁弹射使用,充电时间还会更短。。效率应该很客观

3、这一点我真的不好讲,因为舰艇上的电力系统是一个独立的供电体系,跟国家电网、南方电网可不一样。舰艇上的电力系统那是一个弱电网系统,可以看成是一个孤岛,而且容量相对比较小。大家都知道的拉,弱电网系统抵抗冲击的能力比较小,而且直流设备由于自身原因,过负荷能力又比较低。。。但是这不妨碍我红裤衩一下。。。

呐,筒子们,现在知道这个看似不重要的新闻所包含的内容了吧。。。

并非我在过度解读哦。。。

同期的新闻貌似还有国产电动小轿车上市的消息,有兴趣的话可以找找看哦亲们。

这次更新暂时到这里。。。

谢谢大家捧场。。


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