[科普]中國核動力航母使用的電磁彈射器原理

核心提示：電磁彈射係統的強迫儲能係統要求在45秒內充滿所需能量。

電磁飛機彈射係統-關鍵技術
電磁彈射器的心髒就是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個側麵。直線電機的原理並不複雜．設想把一台旋轉運動的感應電動機沿著半徑的方向剖開，並且展平，這就成了一台直線感應電動機。在直線電機中，相當於旋轉電機定子的，叫初級；相當於旋轉電機轉子的，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，而次級則不需要那麽長。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。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、大功率電力控製設備、中央微機工控控製及直線感應電機。


強迫儲能裝置


強迫儲能裝置是電磁彈射器的一個瓶頸，在國防方麵一直是高度機密的。作用就是能平時儲能，然後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。


電磁彈射係統的強迫儲能係統要求在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,而這強迫儲能係統最大能儲存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），四部電磁彈射係統同時充電,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係統用電的。


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隻字不提，可見其技術的高度機密性非同一般，想突破也非易事。


大功率電力控製設備 中央微機工控控製裝置 直線感應電機


磁懸浮列車就是用直線電機來驅動的。關於直線感應電機實際上原理簡單，在實際生活中也可遇到不少。目前美國的電梯轎廂門就是采用直線電機驅動，而中國在還大部分停在車床上等不太多的場合。用於電磁彈射器的直線電機與它們相比可謂超功率的，而且其工藝方麵也比普通的高。電磁彈射器的直線電機動子是采用鋁筒（大部分材料為鋁），為U型狀，其中3麵與直線電機的定子相對，其中往複道與航母存在摩擦外，其餘均不會產生摩擦，而且鋁筒質量輕，遠遠小於蒸汽彈射器的活塞，因此返回非常容易，減速道也可短的多。實際上，其中動子部分一部分專家認為還可以進一步減輕，那麽電磁彈射器效率是明顯的。


導軌


電磁彈射器的導軌與電磁軌道炮的差異很大，也比其複雜的多。
電磁彈射器的導軌共有4個，分別為上部2個，下部2個。但每跟導軌都非常長（200米以上），安裝在起飛甲板的下麵。並且每跟導軌內部均有超導體與其熔接，中間是高壓冷卻油，其冷卻油在進入導軌前的溫度低於-40℃，而從導軌出口的溫度低於-30℃。不僅如此，導軌與飛機牽引杆的接觸麵至導軌中心還有很多特細的小孔，所以其冷卻油不僅僅是為超導體降溫，還有潤滑的作用，而且會使飛機牽引杆在運行時降溫。



飛機牽引杆是在飛機前輪下與飛機前輪連為一體的裝置，可收縮並放置在飛機的腹腔內。其中間也為超導體，但無油冷確通道，而且與導軌連接處麵積較大，均為軟接觸。在起飛前，飛機牽引杆伸出至上下導軌之間，飛機發動機起動並開如運行，但約一秒鍾時彈射器通電，強大的電流從導軌經飛機牽引杆後再流回另一對導軌並形成回路，牽引杆在強大的電磁力下被推動運行到高速（未到起飛速度，但隻差一點）後電流被強製截止，牽引杆將不再受力，但在飛機發動機的推力下達到起飛速度。為什麽未達到起飛速度就斷電呢？是因為由於飛機牽引杆與飛機連為一體，如果這時繼續通電的話，飛機起飛時將把飛機牽引杆拉出，斷電時會產生強大的電弧灼傷飛機牽引杆。

脈衝發生器


以上過程實際上是脈衝發生器完成的。蒸汽彈射器為使發動機與彈射器同步運行（縮短起飛距離），用一根鋼棍先擋住飛機運行，由於飛機發動機推力無法推斷鋼棍，但與彈射器合力卻可推斷鋼棍，從而使飛機在彈射器與發動機合力下起飛。但電磁彈射器卻無需鋼棍擋住，在飛機起飛時電磁彈射器同步通電，但電流是逐漸增加起來，而且在起飛末段將電流截止。