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与 STOVL 和 STOBAR 航母相比,CATOBAR 航母拥有极大的战斗力优势,TG 军迷因此普遍认为未来的国产航母应配备弹射器,而效仿 MD 最新的 CVN-78 "福特" 级,采用重量轻,能效高,易于维护保养,加速曲线平滑,弹射能量得到精确控制的电磁弹射器,则可以说是 CATOBAR 航母党的共识 (尽管仍有人主张发展蒸汽弹射器 )。

电磁弹射器的性能优势非常突出,但并非毫无破绽。不可回避的现实是其技术成熟度较低,成本不菲,能效远未达到预期指标,热管理面临严峻挑战,连续高强度进行弹射作业时尤为如此。假定系统能效为 60%,则以 120 兆焦弹射 1 次便将生成 80 兆焦废热,若按每分钟弹射 1 次计算,冷却系统必须以 1333 千瓦功率持续运转方可维持弹射器主体部分温度的基本稳定 (高温是永磁体的大敌)。如果 3 台弹射器同时工作 (留 1 台备用),需要的冷却功率将高达 4000 千瓦!

对于 MD 海军而言更加糟糕的是,电气功率仅 64 兆瓦,电力捉襟见肘,且配电系统老旧的 CVN-68 "尼米兹" 级航母无法支持电磁弹射器。以计划中的 50 年役龄计算,10 艘 "尼米兹" 级尚有 280 船年即 56% 的剩余寿命。由于 CVN-78 "福特" 级的采购进度受到财政紧缩的影响而放缓 (建造间隔从最初计划的 4 年延长到此后的 5 年,现在又拉长到了 7 年 ),"尼米兹" 级很长时间内仍将是 MD 航母力量的中流砥柱,对其 C-13-1/2 蒸汽弹射器进行升级改造势在必行。

蒸汽弹射器受到其基本工作原理的限制,无法从开放式系统改装为闭环式系统,蒸汽控制阀门一旦打开便开弓没有回头箭,精确控制弹射能量完全无从谈起。而蒸汽压强随着活塞行程增加而下降,意味着弹射器在刚 "开炮" 时火力过猛,舰载机需要承受高至 6 g 的瞬时过载 (即便是开缝 "炮管" 内径从 457 毫米增至 533 毫米,使用 "低压" 蒸汽的 C-13-2,峰值过载仍高达 5 g),后半程的效率却极为低下,几乎不发挥什么作用。所谓 "蒸汽弹射器不能弹射无人机",指的就是围绕远航程,长航时性能设计,结构脆弱的无人侦察-监视-打击平台极易因蒸汽弹射器赋予的巨大瞬时加速度而四分五裂。

显然,"尼米兹" 级需要的是具备电磁弹射器性能特点 (闭环系统,精确控制,均匀加速) 的化学能弹射器,而这样一种弹射器是存在的,那便是内燃弹射器 (Internal Combustion Catapult Aircraft Launcher, ICCAL)。

内燃弹射器并不是什么新玩意。统治 MD 舰队航母甲板逾半个世纪的蒸汽弹射器在 MD 海军眼里原本只是迫不得已的过渡措施,一旦 MD 自行开发,为 CVN-65 "企业" 号配套的 C-14 型内燃弹射器 (在火箭发动机内燃烧 JP-5 航油,氧化剂为压缩空气,加入盐水以产生蒸汽) 性能完善便将被一脚踢开。可惜受到上世纪 50 年代末技术水平的限制,C-14 虽然功率强大,峰值与平均加速度差异小 (测试中实现了以近乎稳定的 2 g 加速度弹射舰载机),却无法稳定可靠地工作 (和 CVN-65 方头棱脑的舰岛上安装的电扫描雷达是一个毛病),最终被 MD 海军放弃。存在诸多缺陷,但可靠性远在 C-14 之上的 C-13 系列蒸汽弹射器则一俊遮百丑,从 "摄政" 摇身一变,加冕称王。

半个世纪的技术进步给了内燃弹射器重新焕发青春的机会。与采用单燃烧室设计的 C-14 相比,新一代的多燃烧室内燃弹射器 (见上图) 通过在电脑控制下精确调节各独立燃烧室的燃料和氧化剂流量,以及根据需要增加或减少处于工作状态的燃烧室数量,可更为有效地调控系统输出功率,加速曲线甚至可能比电磁弹射器的还要平滑。内燃弹射器的燃烧室可效仿 C-14,使用目前已相当成熟的煤油-液氧火箭发动机 (亦可考虑其它燃烧室-燃料-氧化剂组合),不会带来额外的后勤负担 (舰载机烧的就是煤油,液氧可以很容易地从空气中制得;与使用压缩空气相比,使用液氧时燃烧效率更高,且污染物排放较少)。现有技术条件下,内燃弹射器的最大弹射能量可达 200 兆焦级,远高于蒸汽弹射器的 95 兆焦和电磁弹射器的 122 兆焦。煤油的燃烧热为每千克 43.1-46.2 兆焦,若假定内燃弹射器的系统能效为 25%,则每次 100+ 兆焦级弹射只需要大约 10 千克航油。每个弹射循环中 1 具内燃弹射器需消耗不超过 20 升的淡水,用以控制排气温度及增加弹射功率。相比之下,C-13-2 每次弹射用去的蒸馏水多达 600+ 升。由于省略了电磁弹射器庞大的储能装置阵列,也不需要功率强大的冷却系统,内燃弹射器的体积和重量均低于新锐的 "电弹弓",以其取代蒸汽弹射器可节省 1000 吨以上的顶层重量,有效地改善 CVN-68 "尼米兹" 级航母经过多次升级,吨位膨胀后,头重脚轻,稳定性下降的问题。与电磁弹射器相比,基于成熟技术 (液体火箭发动机,内燃机,导弹冷/软发射等),并可沿用蒸汽弹射器 "炮管" 的内燃弹射器具有明显的成本优势,据其支持者称每套仅需 1000 万美元。即使考虑到放卫星因素,将该成本数字翻上两翻,内燃弹射器的价格仍远较电磁弹射器低廉。由于使用燃气-蒸汽混合物而非纯蒸汽驱动,且消耗蒸汽量比蒸汽弹射器低一个半数量级,内燃弹射器的水汽凝结问题远比蒸汽弹射器易于解决。

长远而言,能效高,可靠性好,维护保养要求低,清洁环保的电磁弹射器具有难以抗拒的魅力,但近中期内,缺乏海上运行经验,技术尚不成熟,又无法安装至现役航母上的电磁弹射器则未必是最为理想的选择。内燃弹射器使用的燃油和氧化剂的安全防护和损害管制体系早已成熟,而电磁弹射系统 "内力充盈" 的储能阵列 (按照 120 兆焦弹射能量,60% 系统能效,同时使用 3 台弹射器计算,至少需储存 600 兆焦能量;TNT 的爆炸能为每千克 2.8 兆焦) 一旦战损将如何表现则无人能够断言。TG 的电磁弹射器虽然据说进展顺利,但技术积累显然无法与已经在该领域耕耘数十年的 MD 相比,是否能够赶上第一代国产航母的进度尚未可知。MD 进行 CVN-78 "福特" 级预研时曾考虑过内燃弹射方案,后因自视电磁弹射功力深厚,又希望充分利用新型航母强大的电气功率,以及尽可能减少航空支持系统所需维护保养人手,最终决定 "取电舍燃"。对于缺乏 "电气化" 战舰技术积淀的 TG 而言,内燃弹射器则不失为可认真考虑的后备方案 (正所谓有备无患,C-13 和 C-14 的历史便是最好的例子,何况盲目效仿 MD,追逐所谓最尖端技术并不明智,前车之鉴不胜枚举: F-35,DDG-1000,LCS,FCS,787 的锂电池...),其所需材料,制造,控制等诸项关键技术均在 TG 能力范围之内。TG 的内燃弹射器不仅可供本国航母使用,还有潜力穿透 MD 的 "尼米兹" 级航母升级市场 (更奇怪的事历史上也发生过),甚至可以考虑以 TG 的内燃弹射器燃烧室及控制模块置换 MD 的二手弹射器,省下研制开缝汽缸的力气 (刚刚退休的 CVN-65 "企业" 号上就有 4 具状态相当好的蒸汽弹射器,得让它们发挥余热啊 )。2030 年之前 MD 将退役至少 2 艘 "尼米兹" 级,腾出 8 具弹射器,加上 "企业" 号的 4 具共可改装出 12 具内燃弹射器,足以装备 6 艘 6-7 万吨级的大型航空母舰 (TG 第一批国产航母 2 艘,雄鸡国 1 艘,桑巴国 1 艘,毛熊 1 艘,大象 1 艘 )。(转载)

本文内容于 2013/10/15 14:27:11 被西流水编辑

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