中國航空母艦用電磁彈射器難在哪？

　　時代的不斷變化都在催促著新生的事物發展，戰爭中的武器也在不斷的升級，越來越多的人認識到，僅憑過去的那種勇氣和力量已經遠遠不能適應現代戰爭的需要了。而做為集高科技于一體的航母，也在發生著天翻地覆的變革，這些都表現在目前已接近竣工的布什號航母，現已定為福特級。福特級航母造價達到80億美元，是以往同樣航母造價的一倍以上，顯然，如此重金打造的航母與以往的航母將會有本質的區別。因為這艘航母不僅使用了電磁軌道炮、激光做為防御武器，而且還使用了讓世上所有國家都羨慕的電磁彈射器。

　　一直以蒸汽彈射器為自大的美國佬為什么拋棄了至今連老毛子都沒有掌握的蒸汽彈射器呢，是什么迫使自己更換已經用慣了的設備了呢？可見電磁彈射器的魅力之強。其實要論電磁彈射器與蒸汽彈射器相比，用現代的高速列車與蒸汽機相比是毫不夸張的。

　　首先是效率問題，現役的蒸汽彈射器效率只有百分之五，電磁彈射器高達百分之六十，而且沒有密如蛛網的高溫高壓蒸汽管道維修的噩夢，省人又省錢。在軍事開資龐大的美軍，是有一定意義的。

　　其次是電磁彈射實應性更好，電磁飛機彈射系統具有不斷監視自身的閉路系統，連續調節速度和功率，以便適應每種飛機機型的彈射剖面。 電磁飛機彈射器除具有較大控制靈活性之外，其重量和大小只相當于蒸汽彈射器的一半。消除了高壓、高溫蒸汽管路和閥的迷宮將減少值勤作業和戰斗危險。由于使用電力電子分系統，電磁飛機彈射系統的維修人員將少30%。 未來電磁飛機彈射系統是模塊化的，因此便于維修和改進時不同組件和分系統的交換.

　　電磁飛機彈射系統具有更好的性能和和彈射控制范圍，適合彈射飛機的范圍很廣。它將加速飛機的重量約在4.5～45噸，彈射速度在100～370千米/小時之間，控制靈敏度靈活，這是蒸汽彈射器不能達到的。

　　還能任意調節彈射推力，哪怕是四噸的無人機，那是蒸汽彈射機一彈就碎的輕巧飛行器——訊息戰的新寵，由于彈射動能配置方面的限制，輕型飛機反而更難彈射。而且不能夠彈射當前美軍使用的無人機。而高性能無人機登上航母是肯定的,由于有人艦載機和無人機大小不一,而蒸汽彈射器又沒法調節彈射功率,而且效率太低,一次彈射一般要消耗614千克蒸汽,每次彈射結束都有大量蒸汽被排除,帶走大量能量,其效率一般在4%～6%之間。而電磁彈射系統的效率約為60%左右,對能量的需求大為降低。蒸汽彈射器由于功率無法精確控制,在彈射艦載機的過程中,對艦載機的推力上下波動比較大。而電磁彈射系統能夠對彈射過程中的力進行精確控制,另外,蒸汽彈射器在飛機脫鉤后仍然會維持很高的汽缸壓強,對彈射器末端造成極大的沖擊,而電磁彈射系統在與飛機脫鉤后作用力立刻反向,對彈射系統末端的沖擊力遠遠低于蒸汽彈射器。

　　目前的蒸汽動力彈射器不能夠用于彈射任何現役無人機，而這被認為是蒸汽彈射器的最大缺陷。信息技術突破性發展以及更輕、更靈巧武器的不斷出現，使無人機在“尼米茲”級航母退役之前就可能上艦執行戰斗任務。而美國的政治領導層更希望使用無人機作戰，以把人員傷亡、被俘的風險降低到零。

　　電磁彈射器還可以延長戰機的壽命。電磁彈射器的功率可以根據彈射飛機的尺寸重量進行靈活調節，可用于彈射美國海軍現在以及未來的各種有人飛機或無人飛機。同時電磁彈射器彈射力非常穩定，彈射過程中，其最大力與平均力的比值僅為1．05，這就大大減輕了彈射過程中飛機機體結構所受到的沖擊，有研究表明，電磁彈射器的這一性能最大可使艦載機的機體壽命延長31％。此外，與蒸汽彈射器相比，電磁彈射器的尺寸、重量可降低50％，對人力的需求將減少30％，全壽命周期費用可降低20％，作戰可用度可提高20％。

　　電磁彈射系統還有一個蒸汽彈射器不具備的優點,那就是它很容易簡化為滿足短距起降飛機起飛的助跑系統,能很好地與滑躍跑道形狀配合,可用于輕型航母或兩棲攻擊艦上,甚至能夠用在任何采用綜合電力系統的艦艇上。而蒸汽彈射器的汽缸必須保持直線,不可能裝在滑躍甲板上。

　　另外，電磁彈射系統構成相對簡單。它只用直線電動機進行彈射、制動和使往復車復位,不需要保持常備狀態,在完全關閉的冷態條件下不到15分鐘內就能達到待用狀態。實際將來經驗成熟后時間會更短，而蒸汽彈射器要依靠大量的系統和分系統,有液壓泵、蒸汽、水力剎車、蓄壓器等等,需要你不斷給彈射槽預熱,蒸汽彈射器的機械磨損嚴重,尤其是金屬密封條，每彈射一次都會與此摩擦一次，更換量大。而電磁彈射系統使用的電力電子元件用無接觸的瞬時電磁力,無磨損,可靠性在民用領域已得到檢驗,壽命都在幾萬小時,且具容錯能力。 可見，如遇緊急情況下，電磁彈射器反應速度遠遠優于蒸汽彈射器。而且可靠性兩者根本沒法比。

　　還有一個是蒸汽彈射器根本無法相比的性能，那就是電磁彈射器最大彈射50噸戰機，最大速度可達400千米／小時，因此它可以在航母無需高速行駛的情況下或無風的情況下起飛戰機。而使用蒸汽彈射器的航母，一旦遇到緊爭情況，就全指望旁邊的伯克級了，所以有人說航母只適宜進攻而不適宜防守是有一定道理的，但是采用電磁彈射將會改變這種觀念。

　　顯然，有了上述許多優點，那些頑固堅持使用蒸汽彈射器的老家伙們終于軟了下來。那些老頑固派有點象中國的潛艇派（這是本人個人意見，請大家不要攻擊）。那些人認為電磁彈射器產生的電磁場可能會導致飛機在準備起飛時發生爆炸，而蒸汽動力的彈射器也被證明在超過80萬次的彈射記錄中，僅出現30次部件故障，而這其中只有一次導致一架飛機損毀的優良性能一直堅持蒸汽彈射器的使用。所以盡管蒸汽彈射器非常可靠和安全，但隨著電磁彈射的發展，取代仍是大勢所趨。

　　電磁彈射器有這么多優點，發展確實是當務之急，尤其是中國還擁有如此廣闊的海域，在沒有強大艦載機的保護下，僅憑幾艘戰艦或幾艘潛艇是根本無法勝任的。而且現代海戰中，沒有戰機的參與是無法想象的。那么，所謂的電磁彈射器究竟是什么東西呢？它到底難在哪呢？

　　其實，電磁彈射器的心臟就是100多米長的直線感應電動機，它推動與飛機相連接的電樞。而目前電樞基本上是一個U形鋁塊，裝在定子的3個側面。 直線電機的原理并不復雜．設想把一臺旋轉運動的感應電動機沿著半徑的方向剖開，并且展平，這就成了一臺直線感應電動機。在直線電機中，相當于旋轉電機定子的，叫初級；相當于旋轉電機轉子的，叫次級。初級中通以交流，次級就在電磁力的作用下沿著初級做直線運動．這時初級要做得很長，延伸到運動所需要達到的位置，而次級則不需要那么長。實際上，直線電機既可以把初級做得很長，也可以把次級做得很長；既可以初級固定、次級移動，也可以次級固定、初級移動。其實就算不象我這樣懂電氣的，了解這些應該都是不難的。然而，電磁彈射器也決不是僅靠直線電機工作的，它總共有強迫儲能裝置、大功率電力控制設備、中央微機工控控制及直線感應電機。分別介紹如下：

　　強迫儲能裝置是電磁彈射器的一個瓶頸，在國防方面一直是高度機密的。這方面有什么作用呢？其實這玩意的作用就是能平時儲能，然后把大功率能量在短時間內釋放出來。電磁彈射器工作時間不長，但是在做功時段是個加速度做功的過程，因此不能把它當成恒功率設備來考慮。電磁彈射系統的強迫儲能系統要求在45秒內充滿所需要的能量。最大的艦載機起飛一般需要消耗的能量不會超過120兆焦,而這強迫儲能系統最大能儲存140兆焦的能量,此時充電功率為3.1兆瓦,算上損失,4兆瓦左右（實際上達不到的），四部電磁彈射系統同時充電,充電總功率可達16兆瓦（1兆瓦=1000KW）,可見沒有強大的電源是無法滿足電磁彈射需求的。當然，航母上耗電的又豈止是四部電磁彈射器，另外還有電磁軌道炮、升降機、激光（目前激光的功率都不算大）等其它用電加起來的話必須要航母總功率達60兆瓦以上,否則電磁彈射器充電時也會影響其它系統用電的。這里大家可能有個誤區，那就是認為航母目前的功率都是幾十萬千瓦，為什么不能驅動彈射器呢？需知，這么大的功率實際上大部分用于動力，蒸汽機機直接拖動螺旋槳而不是由發電機拖動，這樣做的目的是減少能量轉化產生的損失。由此可見，電磁軌道炮想在中、小型航母上恐怕短期內并不容易。而如果沒有強迫儲能裝置，僅靠航母發電機直接提供是根本無法想象的。因為彈射器工作時間短，此時最大功率已經超過航母發電機總功率了。蒸汽彈射器有一個儲汽罐，它可以把鍋爐的蒸汽能量儲存起來，而蒸汽彈射器彈射一架飛機后也至少需要近一分鐘的儲能（從鍋爐來），才能再彈射飛機，讓鍋爐直接驅動蒸汽彈射器的話是無法想象的。電磁彈射器難就難在電能不象蒸汽，根本不適合大容量儲存，象儲存彈射艦載機這樣的能量更是難上加難。通用原子公司在實驗電磁彈射器時對強迫儲能裝置只字不提，可見其技術的高度機密性非同一般，想突破也非易事。
　　大功率電力控制設備，這東西從原理上來說，它就是跟變頻器差不多，工作時通過變換器將升高電壓和頻率的電流輸入直線電機。于是電磁線圈便生成一個隨電樞運動的運動電磁波，這個運動電磁波不是均速的，而加速度非常高的運動電磁波。借助這個運動電磁波，驅動彈射器的動子（實際上相當于電動機的轉子）來高速推動戰機起飛。而電磁線圈的電源來自大功率電力控制設備，它實際上是由特高功率的可控硅整流器組成其一次元件，它能在高達幾千伏的電壓作用下產生幾萬安培的電流。有人說那不就是變頻器嗎？這只回答對了一半，因為市場上的所有變頻器也不可能有這樣高的加速度，也就是說頻率的變化會有這么快。而且變頻器在頻率增加時存在電機定子線路電抗增加的因素，在這里更是嚴重。
　　中央微機工控控制裝置，這方面技術