朱頭山

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新一代錢學森:馬偉明

(2025-09-27 07:29:54) 下一個

中國發布了新航母“福建號”電磁彈射器成功彈射三種艦載機,即J-35, J-15T和空警600。從視頻看,發射平穩,飛機發射後不像美國彈射那樣,會有一個下墜再升起的過程,而是平穩持續上升飛行。這證明中國的電磁彈射係統比美國的先進,穩定。因為這個航母以後是一定要拉出來給公眾看的,作假的可能性不大。因此可以認為,中國在電磁彈射係統上有了重大進展,處於世界領先地位!

美國電磁彈射不順利,已經不是一個新聞了。美國有十一艘航母,隻有最新的福特號,才配備了電磁彈射,但自從福特號2013年下水後,一直問題不斷,直到2020年,還有風聲,說有人建議把電磁彈射撤了。美國軍方也有人說在未來新的航母中,可能還是掉轉頭還使用成熟的蒸汽彈射技術。而且,新一代的福特級航母肯尼迪號下水四年了,據說還是彈射係統不滿意,無法彈射F-35C飛機而耽擱。更新的航母2017年開始造,估計要到2035年下水,如果按此節奏,被中國超越隻是時間的問題了。

在技術曆史上,出現一個先進的技術,因為不好用,又回到老技術的例子也層出不窮。美國電磁彈射經曆的問題,說明這個新生事物還是有些不成熟之處,但也不能斷言中國航母一定不行。作為一個電磁學外行,我在此憑著中學的一些電磁學知識,再加網上的收索,來理解一下電磁彈射技術。

通電後的線圈能在磁場中運動,其方向遵循左手或右手螺旋規則。電磁能帶動飛機強力起飛,這從原理上沒有問題。問題就是如何提供瞬間的強大電量。電腦的做功公式 W=UIt, 一架J-15T 有近30噸重,起飛速度至少200公裏每小時,起飛時動能=1/2MV^2, 那是個非常大的數,要在幾秒鍾的時間內實現,I(電流)的數量將是天文數字。沒有任何發電機能在瞬間提供如此大的爆發電量,儲電是必須的。

但儲電的化學電池的瞬間放電能力是有限的,具有巨大瞬間放電能力,目前隻有飛輪和電容兩種技術可行。飛輪和發電機和用電裝置聯動,平時斷開用電裝置讓電能加速飛輪達到很高的速度,需要時把飛轉的飛輪連上用電裝置,就會瞬間釋放產生很高的電量(應該也是可以調節的)。優點是比其它蓄電方法供電的速度要快,但飛輪很重,還要真空運行,轉動的巨大飛輪還可能影響艦船的航行穩定性。

美國航母就是采用這個技術的。電磁彈射將飛機彈射後,也需要馬上減速到零,否則那麽高的動能會造成損害。飛輪這時就充當了減速器,可以將減速時產生的能量,迅速轉變為飛輪的動能,這樣就充分利用了能量。但是美國航母是核電的,其電量巨大,足夠供給電磁彈射所需。中國排水量八萬餘噸的福建艦采用的是傳統重油或柴油動力而非核動力,但它裝備了三條電磁彈射軌道。電磁彈射在戰機起飛的瞬間需要大量電力,福建艦預估可以裝載五十架各式戰機,其若高頻次起降所需的大量電力從何而來,眾說紛紜。

答案就在被譽為中國艦船電氣工程領域的“國寶級”專家海軍工程學院馬偉明院士所搭建了一整套“全電戰艦”體係。這個被稱為“艦船綜合電力係統”,是馬偉明院士所有高能武器和推進技術能夠上艦的根本前提,被稱為“動力革命”。其核心技術是中壓直流綜合電力係統(MVDC-IPS)。綜合電力係統將艦船的動力和電力係統合二為一,統一調配電能。隻有擁有這個強大、穩定的“心髒”,才能滿足電磁彈射器、電磁炮,激光武器等高能脈衝武器對瞬時巨大電力的需求。

特別要提出的,馬偉明還 在國際上率先提出並研製成功中壓直流綜合電力係統,實現了中國艦船動力從傳統的機械推進向全電推進的曆史性轉變。福建號的柴油或重油動力的發動機,隻是起了發電機的作用,其驅動螺旋槳的動力,來自於電動機,這就免除了一大堆複雜的機械裝置,提高了效率。

 歐美海軍強國此前普遍采用中壓交流係統(MVAC),但其係統複雜、可靠性較低。馬偉明院士提出的中壓直流係統在功率密度、運行靈活性、穩定性和可靠性上更勝一籌,被認為代表了艦船綜合電力係統的未來發展方向,技術水平領先國外十年以上。

除了以上技術,在潛艇推進技術上,馬偉明團隊也取得了突破性進展,大幅提升了中國潛艇的靜音性能。其核心技術為潛艇無軸泵噴推進器,這種技術取消了傳統的機械傳動軸係,將驅動電機集成在導管內,通過電磁力直接驅動槳葉。由於消除了傳動軸和減速齒輪箱等機械噪音源,它能從根本上降低潛艇的噪音,極大提升了隱蔽性。據公開報道,這項技術已經應用於中國新一代核潛艇,且技術上“領先美國”。

在更基礎的電氣工程領域,馬偉明院士團隊也解決了多個長期困擾世界的難題,並為後來的係統集成打下了堅實基礎。他成功研製出帶穩定繞組的多相整流發電機,從根本上解決了艦船供電係統中的“固有振蕩”世界性難題,榮獲國家科技進步一等獎。他還 創新性地提出了三相/十二相雙繞組電力集成新原理,研製出世界上第一台能用一台電機同時發出交流和直流兩種電的係統,為中國新一代潛艇提供了具有自主知識產權的“中國心”。

因此,已經有人稱他為新一代的錢學森,而且錢的作用是對已有技術的國產替代,錢也是美國培養的科學家。而馬偉明是中國土生土長的,他開發的技術是創新性,因此比錢更高一籌!

 

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評論
客居北 回複 悄悄話 “福建號”電磁彈射器除中壓直流係統外,還有一個關鍵是用了電容儲能,充放電快,調控也方便。甲板上一位士兵手上拿了一個象iPad東西,據說是可以根據起飛重量輸入推力,縮短彈射間隙。
新林院 回複 悄悄話 【真的假的?隻有打一架才知道吧。】
美國打仗從沒停過,所以美國武器比較好賣。都是經過實戰檢驗的。
中國自從中越戰爭以後就再也沒打過仗;所以,武器不管數據上多棒,也不好賣。沒經過實戰檢驗。
自從印度那次
“剛買的飛機被打啦
丟人呐
一架都沒飛回家
九十億全部白花”
以後,據說中國武器經過一次實戰檢驗,好賣了一些。

davidinchina 回複 悄悄話 真的假的?隻有打一架才知道吧。
modems 回複 悄悄話 中宣部特稿 +粉紅洗腦貼
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