都是弹飞机,电磁弹射器比蒸汽弹射器好在哪?(组图)

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。

▲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。



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。



▲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。



▲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。



▲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。



▲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。



▲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。



▲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。



▲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。



▲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。 阅读原文