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帖子主题:都是弹飞机,电磁弹射器比蒸汽弹射器好在哪里?到底有多少优势?

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都是弹飞机,电磁弹射器比蒸汽弹射器好在哪里?到底有多少优势?

2020年02月21日 22:33:20

来源:和风漫谈

蒸汽弹射器是现代航母上最重要的设备之一,它能让几十吨重的舰载战斗机以满油满弹状态起飞,大大提高了战斗力。

二战后英国率先发明了蒸汽弹射器,后在美国发扬光大,装备到十多艘航母上弹射战斗机、攻击机、运输机、预警机等大大小小重量不同的飞机,比滑跃起飞方式性能好很多。还出口到法国。

都是弹飞机,电磁弹射器比蒸汽弹射器好在哪里?到底有多少优势?

▲蒸汽弹射起飞效率高

但随着未来飞机重量越来越大,蒸汽弹射器受长度、气缸容积等条件限制已接近极限。再加上体积庞大、维护复杂、人员众多、污染严重等缺点,所以人们在不断寻求新方式替代,于是电磁弹射技术便应运而生。

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早在19世纪初,就已经有人提出电磁推进技术构想。20世纪40年代,美国利用感应电动机进行过飞机弹射试验,后因技术不成熟、成本太高而在二战结束时匆匆放弃。1992年,美国又重启航母电磁弹射器可行性研究。

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▲电磁炮实验

电磁弹射其实是电磁发射技术的延伸,与电磁炮花开两朵,各表一枝。只不过电磁炮发射弹丸小,质量几克到几千克;电磁弹射器则用于大载荷物体低速弹射,如几十吨重的各种飞机。

电磁炮初速高,弹丸速度达2、3千米/秒;电磁弹射器速度只有几十到几百米/秒,两者差异显著。

对蒸汽弹射器,电磁弹射器更是全面碾压,就像磁悬浮列车对蒸汽机车优点那么多。

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▲电磁弹射器原理

一、体积小、重量轻,节省空间。

现在美国尼米兹级航母上的C-13系列蒸汽弹射器重约530吨,体积1132立方米。管路系统像迷宫一样复杂,灼热的蒸汽到处乱飘,油污遍地,是个非常难伺候的主儿。

而新型电磁弹射器仅重225吨,比蒸弹下降了57%;体积425立方米,减小了62%。省下的空间可以变成机库或电子设备容积,提升战斗力。

低重量、小体积还方便布置,降低航母重心,增强航行稳性。

二、结构简单、维护方便、降低成本。

蒸汽弹射器系统极为复杂,有庞大的储气罐、气缸和海水淡化装置,有无数冗长的管线、气泵、电动机和控制系统,需要大量液压水制动,得几百个人共同操作才能运行。

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▲能量提供-储能-电力控制-弹射电动机

而电磁弹射器结构就简单很多,由储能、电力电子、直线电机和控制系统四大部分组成。制动回收由弹射电动机完成,没有复杂管路,维护方便。

工作人员比蒸汽弹射减少了近30%,大大降低了劳动力成本。这也是为什么美国投入巨资研发的重要原因之一,因为后期节约的成本足以抵消研发费用,功能还更强。

三、弹射能量大、应力均匀、延长飞机寿命。

蒸汽弹射器目前弹射能量已接近极限,最大输出能量约101.69兆焦。弹现在的飞机还行,对未来更重的飞机将无法胜任。

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▲盘式发电机原理

电磁弹射器的储能装置由盘式发电机和自由飞轮组成。巨大飞轮以每分钟6400转高速旋转,每个转子可储存122兆焦弹射能量,比蒸汽弹射器高出20%。这些能量在2-3秒钟内快速释放,将产生超过45吨的推力将飞机推上天空。

蒸汽弹射器高压气流不易控制,所以推力很不均匀。前半段过大,过载达6g;后半段又迅速减小,能量仅够蒸汽自己膨胀,对战机帮助不多,平均加速度只有2g多。飞行员常调侃说,蒸弹后半段加速还没飞机自已的发动机来得快。

蒸弹整个弹射过程中应力峰值与平均值之比达1.25-2,起伏太大。小型无人机因受不了巨大推力而无法使用。

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▲直线电机相当于沿半径打开的旋转电机

电磁弹射器全程推力更“温柔”,飞机加速平稳。应力峰值与平均值之比在1.05以下,大大降低了飞机和飞行员的损伤,机身寿命延长30%以上。既节约了一大笔飞机采购费用,也让舰载机运行更安全。

四、精度高,可用于不同种类、重量的飞机。

电磁弹射器精度高,自动控制系统能精确调节推力。大飞机用大推力,小飞机用小推力,解决了蒸弹不能弹小型无人机的问题。

自动控制系统时刻监视运行状态,根据飞机、气象环境、航母状态等各项参数控制电流,既满足飞机弹射要求,又降低对电源和储能系统的冲击。

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▲旋转电刷依次产生磁场,推动弹射器前进

针对不同飞机、不同环境,控制系统智能化管理:同一环境下的不同飞机集合成一个模块,同一飞机在不同环境下集合成另一个模块。工作人员只要选择相应模块就能进行“傻瓜式”操作,弹射效率大大提高。

五、能量利用率高,无故障周期长,可靠耐用。

蒸汽弹射一次要消耗614千克蒸汽,很多蒸汽在中途浪费掉,甲板总是在云雾缭绕中,能量利用率只有4-6%。电磁弹射器通过精确控制、合理分配,能量利用率提高到60-70%,简直天壤之别。

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▲电磁弹射导轨维护方便

蒸汽弹射平均无临界故障间隔为405个周期,电磁弹射平均无临界故障间隔设计要求为1300个周期,更可靠耐用。出现故障时,自动监测系统也会及时提示故障位置和信息,使维修保养更简单。

六、弹射速度更快。

蒸汽弹射器日常工作有一大半时间花费在维护上,平均弹射速度慢。尼米兹级航母每天最大弹射架次约170—190,而福特级航母日弹射架次设计标准为250—270,对战斗力提升意义不言而喻。和风漫谈原创,禁止抄袭。

当然,最早装备电磁弹射器的福特级航母近年来问题不断,一直没有达到当初预想的结果,一度让美军绝望。但这是新技术应用中不可避免的阵痛,待技术成熟后威力不可小觑。

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▲福特号航母

总之,蒸汽弹射器和电磁弹射器虽然功能相同,但弹射动力和原理改变让二者形成了绝对代差。电弹在各方面都优势多多,是未来航母的发展趋势。

此外,未来舰艇上电磁阻拦、电磁炮、各种先进电子设备大量使用,对电能要求越来越高。电磁弹射可以与综合全电推进系统良好融合,不用像蒸弹那样再额外弄设备。

所以世界各国都在加紧研发电磁弹射技术,抢占未来竞争先机。我们也一样不甘人后,勇攀高峰,并取得优异成果。

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      2020/2/23 12:36:56

      网友回复

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      12楼 jiguizi0084
      蒸汽弹射必将被电磁弹射取代,希望我们的航母尽快装备电磁弹射。
      一蹴而就取得好成绩,就靠你的努力啦。

      2020/3/21 15:34:25
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      16楼 acbbli
      就跟高铁和蒸汽机车的区别一样。
      别看不起老蒸汽牵引机,他老人家可以随意跑的许多地方,高小姐就当望尘莫及心有力而就是自己去不了!

      2020/3/21 15:24:05
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      回复11楼,谁失望谁知道。

      已经服役第三个年头的福特,不知道啥时候可以以最先进、战斗力最强悍的名气出马,替换一下已经精疲力竭的尼米兹兄弟们。

      2020/3/20 23:11:09
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      舰载机寿命有限,蒸汽弹对飞机损伤比电弹大的多

      2020/3/18 9:32:25
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      就跟高铁和蒸汽机车的区别一样。

      2020/3/9 22:47:26
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      2楼 袁平4
      电磁弹射器虽然好,但是现在一家也没有装备。
      美帝 福特号,装备的是啥弹射器???难道不是电磁?

      2020/3/9 17:18:45
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      10楼 袁平4
      但缺点也很明显,那就是战机出动时需要前期准备工作,战机出动效率不高,对机身重量的限制比较大,
      1.蒸汽弹射前期不需要准备?

      2.出动效率不高?你说电磁弹射为何效率不高?是弹几个架次就不能弹射了、? 蒸汽弹射弹几架次,也是一样的。

      2020/3/9 17:17:11
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      看过一篇文章,对电磁弹射有一个大缺点就是在短时间内多次弹射会产生高温,这个得解决,陆地上的实验数量和频率都要加强,达到实战频率发射才能真正移植到航母上,不然会重走福特级的老路。

      2020/3/9 15:23:16
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      蒸汽弹射必将被电磁弹射取代,希望我们的航母尽快装备电磁弹射。

      2020/3/5 13:50:02
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      5楼 石板河的舰队
      目前来看福特的电弹只是纸面上遥遥领先尼米兹的蒸弹而已,也许再有三年五载的成熟期能够体现出应该具备的高效低费用长寿命的优势吧。
      很让你失望,我看到的视频是福特号航母在海上连续弹射了好几架大黄蜂战斗机,还有大黄蜂在福特号上降落。另外,既然你认为电磁弹射器如此不堪,为什么中国第一艘弹射型航母还要步美国的后尘要选用电磁弹射器?你当然可以吹中国的电磁弹射器比美国的更牛逼,然而你根本无知的是,美国的电磁弹射器在装舰之前同样也在陆地上进行过数千次弹射试验,认为没问题之后才装到航空母舰上去的,然后出了问题,美国人把它报道出来了,并且已经解决了。国产装备出了问题能报给你看吗?!中国的电磁弹射器从来没有装舰试验过,你怎么就知道装舰后就不会出现问题?!

      2020/3/4 1:34:57
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      但缺点也很明显,那就是战机出动时需要前期准备工作,战机出动效率不高,对机身重量的限制比较大,

      2020/3/3 9:23:39
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      蒸汽弹射技术的优势就是技术成熟,毕竟美国海军已经使用了几十年,而且装备的成本也更加低廉,

      2020/3/1 9:13:17
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      而弹射起飞方式又可以分为蒸汽弹射与电磁弹射技术,这两种弹射方式也是各有优缺点。电磁弹射还未有航母实际装备。

      2020/2/29 10:40:37
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      但在这三种起飞方式中,弹射起飞是出动效率最高的一种起飞方式,所以美国海军发展的航母一直采用这种方式起飞舰载机,

      2020/2/27 19:21:43
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      4楼 ksk98
      蒸汽弹射有两个问题,其中一个最大的问题是消耗大量的淡水,海上淡水很珍贵的,第2个是补充蒸汽的速度比较慢。连续出动率并不高。
      这个是正解。

      2020/2/27 5:48:27
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      目前来看福特的电弹只是纸面上遥遥领先尼米兹的蒸弹而已,也许再有三年五载的成熟期能够体现出应该具备的高效低费用长寿命的优势吧。

      2020/2/27 0:00:10
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      蒸汽弹射有两个问题,其中一个最大的问题是消耗大量的淡水,海上淡水很珍贵的,第2个是补充蒸汽的速度比较慢。连续出动率并不高。

      2020/2/26 15:56:17
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      目前海军航母的起飞方式一共有三种,除了弹射起飞外,还有滑跃起飞与垂直起飞,

      2020/2/26 15:49:58
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      电磁弹射器虽然好,但是现在一家也没有装备。

      2020/2/23 20:06:28

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