即将登场的航母电磁飞机弹射系统

即将登场的航母电磁飞机弹射系统

这是名为《即将登场的航母电磁飞机弹射系统》一文摘录，配图也是里面的，来源网上。有兴趣的自己去搜全文，极好的科普文章

从线圈电磁炮的发展历史来看，其实阻碍电磁弹射器的现实化并不是线性电机本身，而是强大而稳定的瞬发能源。美国航母上采用90年代nasa为电磁炮，激光类武器发展的惯性储能装置发展而来的盘式交流发电机。新设计的盘式交流发电机重约8.7吨，如果不算附加安全壳体设备重量只有6.9吨。盘式交流发电机的转子采用绕水平轴向的旋转，转子重约5177公斤，使用镍铬铁的铸件经热处理而成，上面用镍铬钛合金箍固定2对扇形轴心磁场的钕铁硼永磁体，镍铬钛合金箍具有很大的弹性预应力，确保稳定固定高速旋转中的磁体。转子旋转速度为6400转/分，一个转子可存储121兆焦的能量，储能密度比蒸汽弹射器得储气罐高一倍多，一台弹射器由4台盘式交流发电机供电，安装时一般采用成对布置，转子反向旋转，减小因高速旋转飞轮带来的陀螺效应和单向扭矩。弹射一次仅使用每一台发电机所储备的能量的22.5%，让飞轮转盘的转动速度从6400转/分下降到5200转/分，能量消耗可以在弹射循环的45s间歇中从主动力输出中获得补充。4蓄能发电机结构可以允许弹射器在其中一台发电机没有工作的情况下正常使用，由于航母装备4台弹射器，每两台弹射器的动力组会安装到一起，集中管理并允许其动力交联，出现6台以上发电机故障而影响弹射几率每300年才会重复一次。盘式交流发电机采用双定子设计，分别处于盘的两侧，每一个定子由280个线圈绕组的放射性槽构成，槽间是支撑结构和液体冷却板，由于采用双定子结构，每台发电机输出电源是6相的，最大输出电压1700伏，峰值电流高达6400安培，输出的匹配载荷为8.16万千瓦，输出为2133-1735赫兹的变频交流电。盘式储能交流发电机的设计效率为89.3%，这已经通过缩比模型验证，也就是说每一次弹射将会有127千瓦的能量以热量形式消耗掉了，发电机的定子线圈的电阻仅有8.6毫欧，这么大的功率会迅速将定子线圈加温数百度，所以设计了定子强制冷却。冷却板布置在定子的外侧，铸铝板上安转不锈钢管，内充WEG 混合液，采用流量为151升/分的泵强制散热，根据1/2模型试验测试所知，可以保证45s循环内铜芯温度稳定在84摄氏度，冷却板表面温度61度。

真正最为关键，技术难度最大的部件是高功率的循环变频器，这个技术是电磁弹射器的真正技术瓶颈，EMALS现在正处于关键性部件工程验证阶段，循环变频器仅仅是完成了计算机模拟，还没有开始发展工程样品，从设计而言，循环变频器是一个多路的桥式电路通过串联或者并联多路桥式电路来获得叠加和控制功率输出，他不使用开关和串联电容器，省略了电流分享电抗器，实现了完全数字化管理的无电弧的电能源变频管理输出。她每一相的输出能力为0到1520伏，峰值电流6400安培，可变化频率为0-644赫兹。循环变频器设计非常复杂，它不仅需要将4台交流发电机的24相输入电能准确的将正确的相位输入到正确的模块端口，还必须准确的管理298个直线电机的电磁模块，在滑动组运行到来前0.35秒内让电磁体充电，而在滑组经过后0.2秒之内停止送电并将电能输送到下一个模块。循环变频器工作时间虽然不长，每次弹射仅需工作10-15秒，但热耗

散非常大，一组循环变频器需要528千瓦的冷却功率，冷却剂是去离子水，流量高达1363升/分，注入温度35摄氏度的情况下可确保系统温度低于84摄氏度。目前美国对这一核心部件的保密工作也非常重视，除了基本原理外，几乎没有任何的模型结构，工程图片披露。2003年美国海军和通用电气签订合同要求花费7年时间完成这一部件的实体工作。

到目前为止，美国在海军电磁弹射器上花费了28年的时间和32亿美金的经费，预计将在2014(已经说了是15年末。但谁知道呢~)年服役的cv-78航母上正式使用这一设备，从设计和工程实现的关键性部件的性能来看，有相当大的可能成功的按时间表完成投入使用的任务。目前的主要技术问题出在线形同步电机上，18米缩比模型所显示的效率仅58%，而50米1/2模型显示效率仅有63.2%，这证明能量利用率还有不足，热功率也成倍增加，以目前的设计是不能完成散热的需求。另外一个问题在于军用系统的防火要求，永磁体对温度比较敏感，他有退磁临界温度，这个温度还不算太高，一般在100-200摄氏度之间，航母的火工品较多，火灾事故并不罕见，如何保证磁体的磁强度不受大的影响还是一个很棘手的问题。电磁弹射器功率巨大，它的磁场强度也非常可怕，现代战斗机上复杂的电磁设备都非常敏感，容易受到干扰，因此需要特别加强电磁弹射系统的磁屏蔽工作，由于弹射器的磁体是开槽形的，和蒸汽弹射器的蒸汽泄露一样有很强的磁泄