电磁弹射-新兴的直线推进技术

电磁弹射技术是一种新兴的直线推进技术,适宜于短行程发射大载荷,在军事、民用和工业领域具有广泛应用前景。

电磁弹射就是采用电磁的能量来推动被弹射的物体向外运动,是电磁炮的一种形式。过去常采用的弹射有机械弹射,如弹簧、皮筋等;能量弹射,如子弹(利用火药瞬间爆发能量)、磁悬浮列车等。

发展历程

19世纪初,电磁推进技术的原理就已有人提出,经过几十年的探索与研究,人们相继研制出了各种电磁感应原理的直线发射装置或模型,但由于受相关研究领域技术的影响,上述模型的性能距工程实用尚存在着较大的差距。

70年代以后,超大功率脉冲技术和电子技术的飞速发展使电磁发射技术有了重大突破:1978年澳大利亚的马歇尔等人用SSOMJ的单极发电机作为电源和采用等离子体电枢在5m长的导轨炮上把3g重的聚碳酸脂弹丸加速到了5.9km/s的初速度。这个具有划时代意义的研究成果证明了用电磁力可以把较重的弹丸推进到高速的可能性,使世界各地的科学家受到极大的鼓舞和启发,由此也将电磁发射技术的研究推向了一个新阶发段。

电磁发射技术在全世界范围内都处于实验研究阶段,电磁弹射虽起步稍晚,但由于其潜在的应用前景,该项技术的研究还是备受重视,1988年美国海军与卡曼航空航天公司曾计划联合研制航母舰载电磁弹射器模型,指标是在3s的加速时间内,把重达36T的全载F-14战机加速到150节。据估计,这种电磁弹射器的重量只有现役的蒸汽弹射器的十分之一,而且省去许多管道,这对于舰船的安全运行和减重提速都具有重要意义。英国国防部正着手准备一个开发与试验计划,研究在未来两艘航母上加装一种新型电磁弹射系统的可能性。与此同时,其他国家也对电磁弹射技术产生了浓厚的兴趣。

北京时间2013年10月12日,全球第一艘装备电磁弹射器的美军福特号航母下水。

基本原理

电磁发射是采用电磁作用原理产生的电磁推力使物体加速的。因电磁驱动力与电流平方成正比,所以只要保证足够的电流输入,便能在发射装置内产生足够大的推力,使物体达到更高的速度。以导轨式电磁发射为例,其基本原理如图所示。

开关S接通时,电源G通过导轨A、电枢D和导轨C,构成了一电流回路;电流I产生磁场B,它对在磁场中流动的电荷产生了力F。由于导轨固定于刚体上不能移动,而电枢是活动体,所以电枢会在力的作用下以速度V向右运动,这就是电磁发射的基本原理。

研发意义

舰载机是航母战斗力的核心,在作战中,舰载机负责对地面、海上以及空中目标进行打击。所以,舰载机的起飞能力和效率很大程度上决定航母编队的作战能力。目前,舰载机一般采用弹射起飞、滑跃起飞、垂直起飞3种方式。其中,弹射起飞利用弹射器助推,可以使飞机获得更高的加速度,具备在短距离内放飞重型战机的能力,是舰载机起飞的主流方式。

应用优势

电磁弹射是将电能转化为磁能再转化为动能,推动物体达到一定速度的系统,其动力装置是直线电机,系统通过输入强大的电流使线圈产生磁场,使往复车加速,推动战机起飞。相比蒸汽弹射,电磁弹射优势明显。

一,电磁弹射系统实现“瘦身减重”,一套完整的电磁弹射设备体积仅500多立方米,全重325吨,操纵人数减少百分之三十左右。二,电磁弹射比蒸汽弹射的最大能量幅度高20%,可以放飞更重的飞机,而且电磁弹射功率可调,通过调整输出电流,起飞重量可在2吨至70吨之间调整,终端速度可在50节至200节之间任意设定。

三,加速度曲线十分平滑,能够极大改善飞行员的身体负担和飞机的结构寿命。

四,蒸汽弹射器的构造复杂,电磁弹射器相对简单,用电磁弹射器代替蒸汽弹射器,还可以节约能源。配有电磁弹射系统的美国“福特”号航母,日出动舰载机达到300余架次,相比尼米兹级提高了25%。

实际应用

2022年6月17日,中国第三艘航空母舰下水命名仪式在中国船舶集团有限公司江南造船厂举行。经中央军委批准,中国第三艘航空母舰命名为“中国人民解放军海军福建舰”,舷号为“18”。福建舰是中国完全自主设计建造的首艘弹射型航空母舰,采用平直通长飞行甲板,配置电磁弹射和阻拦装置,满载排水量8万余吨。

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