“福特”級(jí)航母是40多年來美國航母發(fā)展歷程上的一個(gè)里程碑，從飛行甲板、艦體、艦島、動(dòng)力單元到航空設(shè)施的設(shè)計(jì)配置，都異于以往航母，引進(jìn)了眾多突破性新技術(shù)，打破了以往延續(xù)半個(gè)世紀(jì)之久的航母設(shè)計(jì)慣例。全面采用電磁彈射系統(tǒng)取代蒸汽彈射系統(tǒng)就是其重要標(biāo)志之一。目前，“福特”級(jí)航母的電磁彈射系統(tǒng)由通用原子公司研制。

按部就班的成長歷程

“福特”級(jí)航母的電磁彈射系統(tǒng)由供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電磁彈射軌道組成。供電系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、飛輪儲(chǔ)能裝置和大功率發(fā)電機(jī)組成。“福特”級(jí)航母共有4個(gè)彈射器，每個(gè)彈射器由2套供電系統(tǒng)和1套電磁彈射軌道組成。電磁彈射系統(tǒng)利用直線感應(yīng)電機(jī)的直線運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)艦載機(jī)加速到起飛速度，其工作原理是：直線感應(yīng)電機(jī)的固定部分輸入交流電后，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，磁場(chǎng)在直線感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)部分產(chǎn)生感應(yīng)電流，使運(yùn)動(dòng)部分變?yōu)橛懈袘?yīng)電流的導(dǎo)體，該部分就會(huì)受到電磁驅(qū)動(dòng)力的作用向前運(yùn)動(dòng)。電磁驅(qū)動(dòng)力和電流的平方成正比，只要能夠保持電流輸出達(dá)到足夠的量，便能產(chǎn)生以平方數(shù)量增加的電磁推動(dòng)力，確保運(yùn)動(dòng)部分有感應(yīng)電流的導(dǎo)體（艦載機(jī)或動(dòng)能彈等）在足夠推力的推動(dòng)下，達(dá)到起飛速度。此原理及作用和電磁炮是相同的。

電磁彈射系統(tǒng)第一階段的實(shí)驗(yàn)大致完成于2008年9月。通過1萬次的重復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了彈射系統(tǒng)的電力、熱力設(shè)備的性能及儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電頻率，通過每天近250次高強(qiáng)度模擬實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)并解決了電機(jī)振動(dòng)問題，降低了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)損壞風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和壽命。2009年7月，電磁彈射系統(tǒng)完成了海上真實(shí)環(huán)境、電力熱動(dòng)力滿功率系列實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)了設(shè)備在最大熱區(qū)間的電動(dòng)發(fā)電機(jī)的可操作性，降低了彈射器的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。2009年9月以后，美國還先后進(jìn)行了高加速壽命實(shí)驗(yàn)、系統(tǒng)功能演示驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、電磁干擾屏蔽實(shí)驗(yàn)等等，也取得了一定的進(jìn)展。

“槍彈”結(jié)合讓電磁彈射進(jìn)入運(yùn)用新階段。2010年12月18日，美國海軍成功使用電磁彈射系統(tǒng)彈射成功F/A-18E“超級(jí)大黃蜂”戰(zhàn)斗攻擊機(jī)，此后又繼續(xù)對(duì)T-45C艦載教練機(jī)、E-2D艦載預(yù)警機(jī)、EA-18G“咆哮者”電子戰(zhàn)飛機(jī)等所有型號(hào)現(xiàn)役戰(zhàn)機(jī)進(jìn)行了電磁彈射實(shí)驗(yàn)，均獲得成功。

2009年6月，美國正式?jīng)Q定在“福特”級(jí)航母上安裝電磁彈射系統(tǒng)，并授予通用原子公司研制合同。合同規(guī)定，該公司于2015年7月交付相關(guān)硬件，首艘“福特”級(jí)航母預(yù)計(jì)于2017年交付美國海軍。在即將交付該系統(tǒng)硬件時(shí)刻，通用原子公司獲得第二艘“福特”級(jí)航母電磁彈射系統(tǒng)建造合同（該航母預(yù)計(jì)將于2022年交付美國海軍）。這體現(xiàn)了美國政府和軍方對(duì)前一階段與通用公司合作研制的電磁彈射系統(tǒng)比較滿意，關(guān)于電磁彈射各項(xiàng)研制的進(jìn)展及性能達(dá)到了預(yù)期。

全面超越的彈射系統(tǒng)

常規(guī)固定翼艦載機(jī)在航母上的起飛方式包括滑越式和彈射式兩種。滑越式是蘇聯(lián)和其軍事技術(shù)主要繼承國俄羅斯采用的起飛方式，即依靠自身滑翔慣性起飛，這種方式要求飛機(jī)重量輕，因此效率較低，影響有效載荷和作戰(zhàn)效能。目前較為通用的是彈射方式，借助外部力量實(shí)現(xiàn)艦載機(jī)起飛。彈射起飛方式以蒸汽彈射為主，但隨著現(xiàn)代戰(zhàn)機(jī)性能、質(zhì)量、速度的提高，蒸汽彈射已難以滿足發(fā)展要求，因此美國等軍事強(qiáng)國正在競(jìng)相研制采用電子和電氣技術(shù)的彈射系統(tǒng)，以取代蒸汽彈射系統(tǒng)。電磁彈射系統(tǒng)是一種利用直線電機(jī)產(chǎn)生的電磁力將艦載機(jī)在航母甲板上加速到起飛速度的彈射裝置。是用蒸汽力還是電磁力來推動(dòng)艦載機(jī)上天是兩種彈射系統(tǒng)最根本的不同所在。形象地說，二者的差如同是弓弦推動(dòng)箭矢前進(jìn)與火藥催動(dòng)彈頭前進(jìn)的不同那么大，電磁彈射的性能作用較之蒸汽彈射呈幾何級(jí)上升，可全面超越取代蒸汽彈射，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。

推力靈活可控。蒸汽彈射系統(tǒng)彈射功率相對(duì)固定，調(diào)節(jié)空間小，無法彈射質(zhì)量較低的無人機(jī)和質(zhì)量超重的大型航空器。電磁彈射比蒸汽彈射具有更大的輸出調(diào)節(jié)范圍，彈射重量范圍為200千克～45噸，彈射速度范圍為100～4000千米/時(shí)，也就是說，利用蒸汽彈射無法在航母上起飛輕重不一的無人機(jī)、大型預(yù)警機(jī)、運(yùn)輸機(jī)及各種新型飛機(jī)，在電磁彈射作用下均可在航母甲板上起降。除此以外，電磁彈射系統(tǒng)將比蒸汽彈射系統(tǒng)讓飛機(jī)多載重8%～15%，彈射時(shí)平均加速度只有蒸汽彈射的1/3。也就是說，電磁彈射飛機(jī)有效載荷更大，起飛時(shí)對(duì)飛行員的沖擊更小。

效率高成本低。蒸汽彈射系統(tǒng)能量效率只有6%，電磁彈射系統(tǒng)高達(dá)60%。蒸汽彈射系統(tǒng)在使用前預(yù)熱需十幾個(gè)小時(shí)甚至24小時(shí)，電磁彈射系統(tǒng)從關(guān)閉時(shí)的冷鐵狀態(tài)到發(fā)射準(zhǔn)備狀態(tài)只需15分鐘。蒸汽彈射系統(tǒng)質(zhì)量為538噸，體積為1133立方米，是“福特”級(jí)航母電磁彈射系統(tǒng)預(yù)計(jì)質(zhì)量、體積的2倍。蒸汽彈射系統(tǒng)一次彈射作業(yè)需消耗614千克蒸汽，耗用航母大量淡水資源和加熱淡水所需要的能源，這對(duì)裝載量無法無限增加的航母來說無疑是頑疾，而電磁彈射的彈射功率僅為41.5兆瓦/小時(shí)。除此以外，電磁彈射系統(tǒng)還省掉了蒸汽彈射系統(tǒng)數(shù)噸的配套設(shè)備和排布眾多、占空間極大的蒸汽管線，大大減少了質(zhì)量、空間，使系統(tǒng)更加簡(jiǎn)化，便于維修。蒸汽彈射被稱為“硬彈射”，彈射系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)沒有反饋控制，彈射產(chǎn)生的瞬間拖動(dòng)力易對(duì)飛機(jī)產(chǎn)生較大損傷，降低了飛機(jī)使用壽命。而電磁彈射被稱作“軟彈射”，直流電動(dòng)機(jī)可產(chǎn)生較低的峰值推力和均值推力，從而減少彈射時(shí)傳遞給飛機(jī)的沖擊載荷，由于飛機(jī)所受的應(yīng)力降低，使用電磁彈射的艦載機(jī)使用壽命比蒸汽彈射系統(tǒng)延長31%。

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