中国第三艘航母完整形态已经展示到了屏幕上,最引人瞩目的当属三条电磁弹射轨道了。中国成为继美国之后第二个正式在航母上装配电磁弹射装置的国家,也完全独立掌握了电磁弹射技术。甚至中国的电磁弹射装置相对于美国来说也有一定的优势,那究竟是什么样的优势呢?我是东城观星,跟大家聊聊电磁弹射技术。
说到电磁弹射,大家都知道这是下一代弹射技术,是新兴技术,属于未来科技。虽然美国已经正式装备到了航母上,但相关技术依然不能说是成熟了,相对于应用了几十年的蒸汽弹射来说,算是摸索阶段的技术,现在依然存在很多问题。但是电磁弹射的优势,让美国和中国都迫不及待的加紧上马,争取尽快成熟掌握。
在说中国电磁弹射优势之前,先说说电磁弹射自身的优势。
首先是小巧。虽然航母是个庞然大物,对各种装备的体型和重量不像航空航天要求那么苛刻,但庞大的弹射装置即使在航母上也不是可以忽略不计的,甚至占据了相当大的比例。从重量上,电磁弹射装置只有蒸汽弹射的一半左右,体积只有蒸汽弹射的60%左右,这样的节约还是非常可观的,可以让航母多携带很多的飞机,也给动力装置和发电设施留出了更大的空间。
其次是省钱。虽然军工不差钱,但也不能不算经济账。电磁弹射能量利用率是60%左右,看起来也不高,但蒸汽弹射的能量利用率只有4-6%,差不多是十倍以上的关系。消耗同样多的燃料,电磁弹射能比蒸汽弹射多发射十倍的飞机,这样的经济账可不能不算啊。这还不算完,蒸汽弹射需要储备五百多吨淡水用来弹射,每次弹射需要消耗600多公斤淡水,这也是对淡水资源的极大浪费,成本也不容小觑。从维护的角度来说,电磁弹射维护周期长,故障率低,维护成本也更低。
第三是更舒适。蒸汽弹射也叫硬弹射,跟发射炮弹一样,弹射力度是很难调节的,坐在飞机上感觉很不舒服,就像坐在小推车上被人使劲踹一脚窜出去一样,肯定不舒服。而电磁弹射是软弹射,动力大小可以大幅度调整,能够让飞行员更舒服地开着飞机弹射出去。不仅是飞行员舒服了,飞机也舒服,飞机通过电磁弹射可以延长使用寿命。
第四是效率更高。蒸汽弹射从冷却状态加热到发射前的状态需要十几个小时甚至24小时,而电磁弹射十几分钟就足够了。两次弹射的间隔时间也更短,电磁弹射理论上每隔几十秒就可以发射一次,实际操作中间隔十几分钟也足够了,蒸汽弹射的间隔时间要长得多。
当然还有很多其他优势,就不一一列举了。虽然也有缺点,而且技术还不够成熟,但足以促使强国尽快上马了。
到底是美国的电磁弹射技术强,还是中国的电磁弹射技术强呢?有些人说中国电磁弹射技术领先美国很多年,这样说其实并不科学。整体来看还是美国电磁弹射经验更领先一些,毕竟美国福特号航母的进度是远远领先中国第三艘航母的。经过多年实际经验积累,说还不如一个刚入门的,显然不太科学。但是中国的电磁弹射技术确实有独特的优势,这种优势在未来一段时间甚至能实现反超。
中国电磁弹射的优势在哪里呢?
首先是更先进的电源管理系统,中国航母采用了更先进的中压直流综合电力管理系统,能够科学高效地分配全舰电力,哪怕没有采用核动力,也能让电力高效分配,避免电磁弹射时其他电力设施供电受限。
更重要的是电磁弹射配套的储能装置,电磁弹射必须配备强大的储能系统,需要瞬间释放巨量的电能,普通的供电系统是无法支持电磁弹射的,没有合适的储能设备,就算有综合电力系统,恐怕也会造成弹射瞬间其他设备供电不足的问题。美国选用传统而且经典的飞轮储能装置,说白了就是一个很大很大的转轮,一旦转起来就会储存很多能量,放电时能够满足电磁弹射器对强大电力的需求。这样的装置结构比较简单、技术成熟、使用寿命长、不容易出故障,而且能够满足航母电磁弹射器强大电力储存的要求。可以说这是非常稳妥的一套储能设备。
但是,这套设备也存在一些明显的缺点。就从体型上来说,飞轮储能设备体型庞大而且结构相对固定,对安装空间的要求比较高,说白了就是既占地方又占份量。当初福特号航母就是因为弹射系统质量体积超标,不得不改变其它系统的设计。此外,这种飞轮装置,哪怕不发电的时候,也会消耗能量,因为飞轮旋转是有机械摩擦力的,放着不管他,迟早会自己停下来。可以说,飞轮储能设备在一定程度上限制了福特号航母的先进性。
航母电磁弹射需要的储能设备也叫脉冲储能设备,也就是能瞬间释放强大能量的储能设备。这种储能设备需要考虑两个重要的指标,一个是功率密度,一个是能量密度。所谓功率密度,就是同样的体型或重量下,单位时间内释放的能量,这个密度越高越好。所谓能量密度,就是同样的体型或重量下,能储存的最大能量,这个密度也是越高越好。飞轮储能这两项指标都不拔尖,属于居中的位置。功率密度最高的应该是电容器,但是这种储能设备的能量密度不高,低于飞轮储能。能量密度最高的是锂电池,但是锂电池的功率密度相对比较低。所以选择飞轮储能,还算是一个比较稳妥的方案。
中国选择的应该是混合储能技术。现在外界报道比较多的是中国航母采用脉冲电容储能技术,选择了一个高功率密度的方案,保障瞬时功率充足,不容易在发射的时候掉链子。但是,电容储能还是有很多缺点的,而且中国的电容技术在世界上算不上领先,与最先进技术还有差距,混合储能技术应该就是为了弥补电容的不足。至于跟它搭配的是什么技术,我没有见到明确报道,但至少不会是飞轮储能。
实际上中国还储备了比较完善的超大倍率锂电池技术,这也是下一代脉冲储能技术。中国本身就是锂电池生产大国,掌握先进的锂电池生产技术,储备了前沿性的锂电技术。中国高倍率锂电技术走在了世界前面,直接用锂电池瞬时放电就可以满足电磁弹射对电源功率的要求,这方面就连美国也是跟着中国的足迹走。
超大倍率锂电池技术应用于航母,不仅可以弥补脉冲电容的容量不足问题,能储存更多的电量供应电磁弹射,还可以给脉冲电容充当应急备份,直接给电磁弹射装置供电。与此同时,锂电池还可以作为综合电力管理系统的重要组成部分,在发电系统供电不足的时候,可以释放电量进行弥补,让综合电力管理系统更加完善。至于锂电池的各种缺点,相信已经有了比较妥善的弥补措施。
不管是电容储能还是锂电储能,从形状上都比较自由紧凑,可以根据安装空间调整形状,能够最大化利用空间,这对于航母来说是非常有利的,都比飞轮储能强。此外,这两种供电设备的拆装维护也都比较方便。
另外,未来电容储能也可以换成超导电磁储能,保持优势的同时,还可以进一步提高性能,跟锂电池搭配也很合适。相关技术储备,中国已经有了,这些都是说中国电磁弹射世界领先的底气。
至于弹射装置本身,也还有很多技术门道在里面,铸就了中国电磁弹射的底气,由于公开资料比较少,就不做讨论了,大家可以自己去了解直线电机的相关知识。
今天的介绍就到这里,我是东城观星,关注我,定期给大家讲点高科技的知识。