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电磁弹射器

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电磁弹射器所使用的直线感应电动机结构草图

电磁弹射器（electromagnetic catapult），是一种飞机弹射器。目前只有美国与中国研制成功，分别搭载在福特级核动力航空母舰和福建号航空母舰上。与磁悬浮列车类似，电磁弹射器使用一台直线电动机作为动力来源，而不是传统的蒸汽弹射器使用的蒸汽活塞。电磁弹射器的优势在于其更安全可靠，因为相较于蒸汽弹射器，其加速过程更均匀，对飞机的结构伤害更小。它的其他优点还有重量轻、造价适中、维护成本较低、可弹射更重的大型飞机、节约淡水、更节能等。

设计与发展

美国海军的电磁弹射器由通用原子公司负责研发，2010年底第一次测试成功。[1]2013年5月8日，第一套电磁弹射器被安装在建造中的福特级核动力航空母舰上。

美国电磁弹射方案

直线感应电动机

电磁弹射器的主要部件是一套直线感应电动机，利用强大电流通过线圈产生的磁场推动滑块高速前进。[2]电磁弹射器主要以下几个特点：电流通过的线圈包裹着衔铁嵌在弹射轨道的内侧，产生强大的磁场；滑块在强大磁场下高速前进；在滑块滑行的时候，只有滑块周围的线圈通电产生强大的磁场，以保证系统的损耗降到最低；整个系统长约91米（300英尺），能将45吨（100,000磅）的飞机加速到130节（时速240公里）。[2]

能量存储系统

弹射器自带的能量存储系统能在几秒内释放出惊人的电能。其能量来源是由核反应堆驱动的四个独立发电机组。[3]发电机组带动一个由磁浮轴承悬吊的飞轮储能装备，转子转速6400rpm。每个发电机组透过飞轮的磁力减速效应，能在极短时间内产生超过121兆焦耳 (121 MJ)的能量。这套系统每45秒能够完成一次充电，并可在2到3秒内释放。即最短弹射间隔为45秒，比传统的蒸汽弹射器速度快。[2]

功率转化系统

当系统弹射飞机时，发电机产生的电能通过交交变频电路释放到螺线管。[2]由于交交变频电路的频率可变，船员能够设定不同的能量输出来达到不同的弹射加速度。[3]

控制装置

电磁弹射器有一套独立的控制系统。利用霍尔效应，检测系统的运作，精确地控制弹射速度。由于这套系统能让加速度更稳定，使得弹射系统对航母甲板造成的损伤也更小，使用的可靠性更高。[2]

项目进展事记

2010年12月18日美国海军在莱克赫斯特海军航空兵工程站成功弹射F/A-18E超级大黄蜂战斗机。

性能特点

相较于传统的弹射器，电磁弹射器的重量更轻，只有20吨左右。而且占用的空间更小，运作需要的人力也更少，可靠性也更高。一台传统蒸汽弹射器弹射一次，将要消耗614公斤的蒸汽，并且要在航母甲板下安装庞大的机械，气动和液压系统。相对电磁弹射器不消耗蒸汽而使用来自航母产生的电能，在航母上的安装也更为简易。[10]而将大量的水烧开产生蒸气储备需要十几小时，电磁的充能只需要数分钟，这种紧急应战能力是最大优势。

电磁弹射器其加速度可以精确地控制，针对重型的战斗机和小型的无人机可调节不同能量输出，以适应其不同起飞速度要求。[10]美国的电磁弹射器弹射速度的范围为每秒28至103米，中间为无档段，但传统蒸汽结构只有几个较粗档段，飞机设计重量只能落在特定几种重量，过轻或过重都不行。

另外电磁弹射器的最大弹射输出功能够达到122兆焦，而传统的蒸汽弹射器只有95兆焦。[3]相较之下，电磁弹射器的能量输出多出了29%。其次，电磁弹射器能量利用率高达90%。[2]

投入使用

正在使用国家

 美国
美国成为全世界第一个成功研制，并于航母上使用电磁弹射器的国家，它是美国海军福特级核动力航空母舰设计上最受瞩目的亮点[11][12]。
 中国
中国已成功研制电磁弹射器，与美国不同，中国采用直流电电磁弹射系统（美国则采用交流电电磁弹射系统）[13]，已安装在福建号航空母舰上。[14][15]

计划使用国家

 法国
2021年12月21日，美国批准出售2条电磁飞机发射系统和先进阻拦系统给法国，价值13.21亿美元，应用在新世代航空母舰上。
 俄罗斯
在军队-2020防务论坛上，俄罗斯首次展出了国产的电磁弹射器模型，模型上还有一架苏-57隐身战斗机[16]。
 印度
印度海军正在考虑引进电磁弹射系统，应用在其第二艘国产航母维沙尔号上。[17]

使用的航船

已安装的舰船

计划安装的航船

参见

参考文献

  1. ^ Carrier Launch System Passes Initial Tests. Aviation Week. 7 June 2010 [2020-09-15]. （原始内容存档于2012-09-28）. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Schweber, Bill. How It Works (PDF). EDN Magazine. 2002-04-11 [2008-02-18]. （原始内容 (PDF)存档于2011-05-25）. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 Doyle, Samuel, Conway, and Klimowski. Electromagnetic Aircraft Launch System - EMALS (PDF). 1994-04-15 [2009-01-14]. （原始内容存档 (PDF)于2004-10-25）. 
  4. ^ EMALS launches first Goshawk. [2013-06-10]. （原始内容存档于2011-12-23）. 
  5. ^ Photo release: EMALS successfully launches first Greyhound. [2013-06-10]. （原始内容存档于2011-12-23）. 
  6. ^ USN undertakes first EMALS Hornet launch. Air Forces Monthly (Key Publishing). March 2011, (275): page 18. ISSN 0955-7091. 
  7. ^ Navy's new electromagnetic catapult 'real smooth'. Newbury Park Press. September 28, 2011 [2011-10-04]. 
  8. ^ New carrier launch system tested. Security Industry. UPI. October 3, 2011 [2011-10-04]. （原始内容存档于2011-10-04）. 
  9. ^ F-35C launches from emals. [2013-06-10]. （原始内容存档于2013-12-03）. 
  10. ^ 10.0 10.1 Lowe, Christian. Defense Tech: EMALS: Next Gen Catapult. [2008-02-27]. （原始内容存档于2013-12-03）. 
  11. ^ AVIATIONWEEK.COM Carrier Launch System Passes Initial Tests. [2020-09-15]. （原始内容存档于2012-09-28）. 
  12. ^ 簡氏:中國試飛改進型殲-15 或用於測試電磁彈射器. [2016-12-01]. （原始内容存档于2016-12-02）. 
  13. ^ 我国福建号航母的中压直流电磁弹射技术，优于美国的中压交流式. [2022-06-23]. （原始内容存档于2022-07-21）. 
  14. ^ China’s New Aircraft Carrier Is In Same League As US Navy’s Ford Class. [2021-04-24]. （原始内容存档于2021-04-17）. 
  15. ^ 15.0 15.1 布蓝. 【國產航母】003型航母進入最後組裝進程 高清航拍照曝光. 香港01. 2020-08-03 [2021-03-30]. （原始内容存档于2021-11-23） （中文（香港））. 
  16. ^ 俄公开电磁弹射器，苏57变身舰载机！印度大喜：国产航母有救了
  17. ^ 印度第二艘国产航母或将安装电磁弹射器系统 互联网档案馆的存档，存档日期2013-07-28.
  18. ^ Joe, Rick. Whispers of 076, China's Drone Carrying Assault Carrier. The Diplomat. 21 August 2020 [3 January 2021]. （原始内容存档于2022-05-31）. 

外部链接

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