电磁弹射器
电磁弹射器（英語：electromagnetic catapult）是一种基于直线电动机技术的飞机弹射器，运作原理与磁悬浮列车和磁轨炮类似。与使用过热蒸汽推动活塞提供加速度的传统蒸汽弹射器不同，电磁弹射器使用电磁场内的拉普拉斯力作为动力来源，其优势在于重量轻、占据空间小、造价适中、维护成本较低、更安全可靠、能效更高、节省淡水等，且加速过程更均匀可调，对机体结构的应力伤害更小，而且可弹射更重的大型飛機。
目前只有美国与中華人民共和國成功研制出了电磁弹射器并实现军事应用，分別搭載在福特級核動力航空母艦、福建号航空母舰以及076型两栖攻击舰。
设计与发展
[编辑]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級核動力航空母艦上。
直线感应电动机
[编辑]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
[编辑]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]發電機組帶動一個由磁浮軸承懸吊的飛輪儲能裝備，轉子轉速6400rpm。每个发电机组透過飛輪的磁力減速效應，能在極短時間內产生超过121兆焦耳 (121 MJ)的能量。这套系统每45秒能够完成一次充电，並可在2到3秒內釋放。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
[编辑]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
[编辑]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
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- 2010年6月1-2日 - 在莱克赫斯特海軍航空兵工程站成功弹射T-45苍鹰教练机。[4]
- 2010年6月9-10日 - 在莱克赫斯特海軍航空兵工程站成功弹射C-2灰狗式运输机。[5]
- 2010年12月18日 - 在莱克赫斯特海軍航空兵工程站成功弹射F/A-18E超級大黃蜂战斗机。[6]
- 2011年9月27日 - 在莱克赫斯特海軍航空兵工程站成功弹射E-2空中预警机。[7][8]
- 2011年11月18日 - 成功弹射F-35C閃電II型战斗机。[9]
- 2013年5月8日 - 第一套电磁弹射器被安装在建造中的福特級核動力航空母艦上。
- 2024年12月27日 - 第一型非航母平台且搭载电磁弹射器（亦为弹射辅助起飞拦阻回收系统的首次）的舰船，076型两栖攻击舰（四川号两栖攻击舰）下水。
- 2025年9月22日前 - 人类历史上第一次从航空母舰（福建号航空母舰）上实现电磁弹射起飞舰载型第五代战斗机（歼-35）。[10]
性能特點
[编辑]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，而且占用的空间也更小，运作需要的人力更少，可靠性也更高。一台传统蒸汽弹射器每弹射一次要消耗614公升（135英制加侖；162美制加侖）的淡水来产生蒸汽，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[11]。而將大量的水燒開產生蒸氣儲備需要十幾小時，電磁的充能只需要數分鐘，這種緊急應戰能力是最大優勢。
电磁弹射器可以通过调节电流和电压来精确地控制输出功率和加速度，针对重型的战斗机和小型的无人机可调节不同能量輸出，以适应其不同起飞速度要求[11]。美国的电磁弹射器弹射速度的范围为每秒28至103米，中間為無檔段，但傳統蒸汽結構只有幾個較粗檔段，飛機設計重量只能落在特定幾種重量，過輕或過重都不行。
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
[编辑]正在使用
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美国- 美國的“电磁飞机发射系统”（Electromagnetic Aircraft Launch System，简称EMALS）由通用原子公司研发，是全世界第一款於航空母舰上成功使用的电磁弹射器系统，是美國海軍福特級核動力航空母艦設計上最受矚目的亮點[12][13]。
中国- 中國已由中船重工和中国工程院马伟明团队成功自主研制了电磁弹射器，并已安装在海试待役的福建号航空母舰和正在舾装的四川号两栖攻击舰上[14][15]。與美國不同，中國採用直流电动机原理的弹射系統，而美國採用的则是交流电动机原理的彈射系統[16]。
计划使用
[编辑]
法國- 2021年12月21日，美國批准出售2條電磁飛機發射系統和先進阻攔系統給法國，價值13.21億美元，應用在新世代航空母艦上。
俄羅斯- 在軍隊-2020防務論壇上，俄羅斯首次展出了國產的電磁彈射器模型，模型上還有一架蘇-57隱身戰鬥機[17]。
印度- 印度海军正在考虑让美国通用原子公司协助开发自产的电磁弹射系统，应用在其第二艘国产航母維沙爾號上[18]。
使用的航船
[编辑]已安装
[编辑]计划安装
[编辑]- 中国
- 004型航空母艦（計劃中）
- 法國
- 新世代航空母艦（計劃中）
- 俄羅斯
- 23000E型施托姆級航空母艦（計劃中）
- 印度
- 維沙爾號航空母艦（計劃中）
英国
- 伊麗莎白女王級航空母艦（計劃改裝）
参见
[编辑]参考文献
[编辑]- ^ Carrier Launch System Passes Initial Tests. Aviation Week. 7 June 2010 [2020-09-15]. （原始内容存档于2012-09-28）.
- ^ 2.0 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）.
- ^ 3.0 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）.
- ^ EMALS launches first Goshawk. [2013-06-10]. （原始内容存档于2011-12-23）.
- ^ Photo release: EMALS successfully launches first Greyhound. [2013-06-10]. （原始内容存档于2011-12-23）.
- ^ USN undertakes first EMALS Hornet launch. Air Forces Monthly (Key Publishing). March 2011, (275): page 18. ISSN 0955-7091.
- ^ Navy's new electromagnetic catapult 'real smooth'. Newbury Park Press. September 28, 2011 [2011-10-04].
- ^ New carrier launch system tested. Security Industry. UPI. October 3, 2011 [2011-10-04]. （原始内容存档于2011-10-04）.
- ^ F-35C launches from emals. [2013-06-10]. （原始内容存档于2013-12-03）.
- ^ 中国海军三型舰载机在福建舰成功完成起降训练. 新華網. 2025-09-22. （原始内容存档于2025-09-29）.
- ^ 11.0 11.1 Lowe, Christian. Defense Tech: EMALS: Next Gen Catapult. [2008-02-27]. （原始内容存档于2013-12-03）.
- ^ AVIATIONWEEK.COM Carrier Launch System Passes Initial Tests. [2020-09-15]. （原始内容存档于2012-09-28）.
- ^ 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）.
- ^ 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）.
- ^ 15.0 15.1 布藍. 【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））.
- ^ 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）.
- ^ 俄公開電磁彈射器，蘇57變身艦載機！印度大喜：國產航母有救了. 每日要聞. [2025-02-10]. （原始内容存档于2023-09-14）.
- ^ 印度第二艘国产航母或将安装电磁弹射器系统. 光明网. [2025-02-10]. （原始内容存档于2013-07-28）.
外部链接
[编辑]
- "Electromagnetic Aircraft Launch System - EMALS" （页面存档备份，存于互联网档案馆）, GlobalSecurity.org
- "Electropult" （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- 鳳凰衛視- 中國电磁弹射 （页面存档备份，存于互联网档案馆）