美军研发新航母电磁弹射器概况.doc

美军研发新航母电磁弹射器概况2010年12月18日，美国海军在莱克湖海军基地使用电磁弹射器成功弹射1架F/A-18E型战斗机建设中的试验用电磁弹射系统(左)以及试验用电磁弹射系统的跑道(右)2010年底，美国海军在多年研制的基础上，使用试验型电磁弹射系统，成功弹射了1架F/A-18E型战斗机，并将继续进行多次试验。这表明电磁弹射系统项目进展得比较顺利，有望于今年前后向福特号航母交付首部电磁弹射器。按此发展进度，到2014年，福特号航母便能正式使用电磁弹射器。美国海军为何放着已十分成熟的蒸汽弹射器不用，偏要花费大量人力物力研制风险较大的电磁弹射器?此举将对世界海军产生什么样影响?进一步扩大与他国的差距航空母舰的战斗力主要来自舰载机，而弹射技术则是舰载机起飞的关键技术。美军现役航母主要采用蒸汽弹射器，虽然技术成熟可靠，但也存在不少缺陷：一是效率低，配套设施多，系统繁琐；二是要频繁更换密封条，维护成本高，且非常麻烦；三是必须耗费大量淡水。为了克服上述缺陷，美军决心研制电磁弹射器。与蒸汽弹射器相比，电磁弹射器有许多优点：能弹射多种舰载机，包括无人机尼米兹级航母上的蒸汽弹射器每天最多出动120架次舰载机，而电磁弹射器可以使舰载机的每日出动量达到160架次。电磁弹射器还可以弹射不同重量的舰载机，甚至几十公斤重的无人机。另外，电磁弹射器的构成组件较少，体积约425立方米，重225吨，不到蒸汽弹射器的一半。大幅延长战机寿命电磁弹射器具有匀速平稳，过渡柔和等特点，因而可以大幅减少对舰载机机体及各部件的撞击，使舰载机的受损度明显降低。实验证明，采用电磁弹射器后，将使舰载机的机体寿命延长31%。操作简单，15分钟即可待用电磁弹射器使用直线电动机进行弹射、制动，在完全关闭的状态下只需15分钟就能达到待用状态(熟练使用后时间会更短)。而蒸汽弹射器在使用前需要预热十几个小时，这就意味着：蒸汽弹射器需要很长的准备时间。无须考虑淡水消耗蒸汽弹射器的机械磨损严重，尤其是金属密封条，舰载机每弹射一次都会与之摩擦一次，更换量大。此外，蒸汽弹射器还需要消耗大量淡水用来产生蒸汽。以美国尼米兹级航母为例，每弹射1架舰载机就需要耗费1吨淡水。电磁弹射器却无需消耗淡水。出动架次大幅增加大量理论与试验表明，美国尼米兹级航母的蒸汽弹射器效率只有5%8%，如果采用电磁弹射器，则可将效率提高到60%。电磁弹射器的输出功率远大于蒸汽弹射器的输出功率，有利于舰载机在较短距离内快速弹射起飞，从而大幅度增加日出动率。未来福特级航母上，电磁弹射器的输出效率将是尼米兹级航母上蒸汽弹射器效率的10倍以上。适合装载于各类航母，及使用全电力推进的大型战舰电磁弹射器不仅适合装载于大型航母，而且首部装有斜坡角的滑跃式飞行甲板也容易装设，因此也适合装载于中小型航母甚至两栖攻击舰。即使对于一些全电力推进系统的大型水面战舰，电磁弹射器也十分适合装设与使用。相比之下，蒸汽弹射器在这方面的缺陷就十分明显，它无法装设于采用滑跃式飞行甲板的中小型航母。研发屡遭失败存在先天不足美军电磁弹射器研制计划自从1982年开始实施以来，就不断遇到问题，试验频出故障，导致计划延迟，费用超标。电磁弹射器自身构件也存在着许多不足。例如：电磁弹射器所需的强迫储能装置不能进行大容量储存；电磁弹射器需要消耗大量电能，导致航母总功率必须达到60兆瓦以上，这就要求航母必须采用核动力装置，否则电磁弹射器充电时将会影响其他系统的用电。要让电磁弹射器及时在新航母上投入使用，仍面临不少技术难题。一是线形同步电机。模型试验显示的效率不高，能量利用率还不明显，无法达到散热需求。二是电磁弹射器中的永磁体对温度比较敏感，存在退磁临界温度(一般在100200之间)，要让磁体的磁强度不受大的影响相当困难。另外，电磁弹射器功率强大，其磁场强度也很大，很可能影响到舰载机上的电子设备，因此要特别加强电磁弹射系统的磁屏蔽工作。三是磁泄露问题。由于电磁弹射器的磁体是开槽形的，和蒸汽弹射器的蒸汽泄露一样会有很强的磁泄露，所以目前设计了复杂的磁封闭条，可确保在离飞行甲板15厘米的高度就将磁场强度降低到正常环境的水准。2012年前后，美军将陆续进行相关的电磁兼容性试验。四是一些关键部件(如高功率循环变频器)刚刚完成计算机模拟，还没有建成工程样机，是否能及时投入使用还存在变数。2010年春，美军开始在试验用电磁弹射系统上进行试验，至今已进行了722次试验，试验小车运行速度可达到180节，这也是对电磁弹射系统的最高要求。2011年，美军将进行包括C-2运输机和T-45苍鹰喷气教练机在内的其他舰载机的弹射试验。预计将于2011年向新航母交付首部电磁弹射器。知识链接电磁弹射器主要部件电磁弹射器是一种正在研究中的航母飞机弹射装置。其组成主要包括：电源装置、强迫储能装置、导轨等。电源装置电磁弹射器用的是直流电源，工作时对负荷的冲击非常大。虽然有储能装置，但由于要求电磁弹射器在短时间内起飞多架舰载机，所以要求的电源容量也比较大，一般在5万8万千瓦左右(输出电压不高)。强迫储能装置强迫储能装置是电磁弹射器的核心部件。它不仅能缓解发电机的压力，而且在不工作时能吸收发电机的能量，使发电机免受冲击性负荷的影响。导轨电磁弹射器的导轨共有4根(上部和下部各2根)。每根导轨都长200米以上，安装在起飞甲板下。每根导轨内部均有超导体与其熔接，中间是