产品展示
当前位置: 首页 > 产品中心 > 汽车电磁阀线圈系列

图文详情

  • 产品概述

  2022年6月17日,中国第三艘航空母舰被正式命名为中国人民海军福建舰,中国海军迈入3航母时代。

  和辽宁舰与山东舰一样,福建舰依然是常规动力航母,不过,福建舰的满载排水量已达到8万吨,超过了日本在二战时期建造的大和号战列舰,是有史以来亚洲最大战舰,也是当前在美国以外建造的最先进的航空母舰。

  福建舰上有一个引人注目的地方,那就是它采用了电磁弹射技术。你知道电磁弹射是啥意思吗?它对于航母的作战能力有多大意义呢?今天,我们就来粗略地介绍一下这个问题。

  注:由于许多技术细节是军事机密,并没有公开,所以本视频只是原理性的介绍,不保证与实际应用技术完全相同。

  我们知道:飞机要想起飞,就需要有充足的速度。在地面上跑道很长,但是航母上跑道长度有限。所以在二战时,航母舰载机一般都比较轻小,而且油量、挂弹量都不能太大。二战后,航母舰载机慢慢的变大越来越重,已经没办法直接在航母上起飞了。于是,人们就想出了各种办法。比如:英国军队就开发出了垂直/短距起飞方式。

  在战争中,如果跑道被敌人毁坏,飞机就无法起飞了。为客服这个缺点,英国人发明了可以垂直起降的喷气式飞机,这种技术也用在了航母舰载机上。比如英国海军的无敌级航空母舰就是这样。

  无敌级航母搭载了著名的鹞式战斗机,这是一款喷气式战斗机,但是喷口可以转向。若需要垂直起飞,只需要把喷口调整到向下喷气就可以了。在空中,鹞式战斗机也能调整喷口方向,喷口向后时,它就是一种普通喷气式战斗机;喷口向下时,它就可以悬停在空中;喷口向前时,它甚至还可以在空中后退。

  1982年,英阿马岛战争时,亚音速的鹞式战斗机击败了阿根廷的超音速战斗机,击落敌机23架,自身毫发无伤,鹞式战斗机一战成名。

  1983年,一架鹞式战斗机出现通讯故障,在空中迷路。眼看燃油即将耗尽,飞行员猛地发现海面上有一艘西班牙货船。飞行员急中生智,利用鹞式战斗机能垂直起降的特点,在货船上安全降落。

  但是,垂直起降的喷气式飞机有严重缺陷——事故率太高了。鹞式战斗机被引入美国后,事故频发,被称为“寡妇制造者“,苏联研制的雅克141垂直起降战斗机更是如此。还在于垂直起降飞机在地面上向下喷气时,很难预测湍流走向,极易出现事故。而且,它同样面临飞机重量的问题,限制了燃油和挂弹量。

  飞机要在航母上起飞,就需要足够的速度。但是航母甲板长度不够,飞机未达到速度就冲出甲板,有可能落入海中。人们设计了一种方案:让甲板末端翘起十多度,飞机冲出甲板时,速度斜上,这样给飞机额外提供一点滞空时间,让喷气式飞机达到足够的速度飞起来,这就是滑跃式起飞。

  滑跃式起飞结构相对比较简单,操作容易,世界上许多国家的航母都采用这种起飞方式,比如中国的辽宁舰、山东舰搭载的歼-15战斗机,就采用滑跃式起飞的方式。

  然而,滑跃式起飞也有它的缺点:它只能用于推重比大的飞机,即推力强劲、自身重量又不大的飞机,比如战斗机。但是,对于个头大、动力不足的运输机、预警机,滑跃式起飞的方式就很困难。

  以预警机为例。地球是球体,在海平面上,我们很难发现远处敌人的舰队和飞机。于是,人们发明了预警机——让飞机携带雷达,飞到空中寻找敌人。比如:下图就是美国的E2C空中预警机,它头上的圆盘就是雷达。

  预警机重量大,动力没有战斗机强劲,没办法使用滑跃式起飞。但是预警机又很重要,因为在海战中,尽早发现敌人是胜利的第一步。所以,中国的航空母舰上,配备的是预警直升机。比如下图是辽宁舰上的直-18J预警直升机。它下方的圆柱体就是雷达。

  预警机作为航母的眼睛,直接制约着整个航母战斗群的战斗力。我国的预警直升机在飞行速度、雷达能力上,和美国的大型预警机还有一定差距。

  航母飞机飞不起来,主要是因为甲板不够长,飞机达不到足够速度。如果在飞机起飞时,像打弹弓一样把飞机弹出去,给飞机一个初速度,飞机不就能飞起来了吗?这就是弹射起飞的基本思路。

  蒸气弹射的原理是这样的:在甲板下方有一个装满了高温度高压力蒸气的气缸,气缸连接了弹射轨道下方的气体管道,管道中有一个活塞。在弹射时,把飞机的起落架挂在活塞上,打开气缸阀门,让气缸中的高压气体推动活塞快速向前运动,活塞再拉动飞机起落架,让飞机迅速加速。

  现在,掌握这种技术的只有美国。美国前一代主力航母尼米兹级航母,每一艘都配备了4条蒸气弹射轨道。

  在美国之外,法国海军的旗舰戴高乐号也有两条蒸汽弹射轨道,他们的技术也来源于美国。

  利用这样的形式,在航母上就能起飞大型预警机了。可是这种技术并非完美无缺。首先,蒸汽弹射装置复杂,机械部件众多,故障率高。其次,蒸汽弹射占用了很大的舰船空间,而且每次弹射都要消耗成吨的淡水——这些淡水来源于航母淡化的海水。不能直接用海水的原因是:海水会让气缸中留下大量的盐分,气缸就坏掉了。

  蒸气弹射还有一个严重的问题:弹射前,气缸需要24小时之后的预热时间,让气缸缓慢升温,这对于瞬息万变的战场,尤其是遭遇战是非常不利的。

  为了解决蒸汽弹射的问题,几十年前,美国人就开始研究新的弹射技术——电磁弹射技术。它与蒸汽弹射的目的相同——给飞机一个力,把飞机弹出去。只不过,它不使用蒸汽动力,而是用电磁作用。现在,世界上只有两个国家的海军装备了这种装置,那就是美国最新的福特级航母和中国的福建舰。

  电磁弹射系统大体能分为四个部分:控制系统、电子电力系统、储能系统和直线电机。

  控制系统负责对整个流程进行调控,电子电力系统负责电能的发出和使用。在这方面,中国海军工程大学马伟明院士做出了很大突破。他提出了舰船综合电力系统的概念,把发电、推进、武器等系统的用电综合起来,统一调配。马伟明是我国国宝级专家,他有一句名言在网友中广为流传——

  储能系统是干嘛用的呢?我们可以想象:为了在一瞬间把飞机弹出去,需要很高的功率。无论是核动力航母,还是常规动力航母,发电的功率都不够。所以,在弹射之前,必须先利用电子电力系统把大量的电能储存在储能系统中,等到使用时,再把这些电能一起释放出来。打一个不太恰当的比方:在马桶上有一个储水箱,上完厕所按一下按钮,储水箱中一下子放出一箱水,才能把马桶冲干净。如果没有储水箱,直接从水管中放水,那是冲不掉的。

  现在比较成熟的储能技术是飞轮储能。即在弹射前,利用电能把一个数吨重的飞轮旋转起来,让它每分钟达到数千转,电能就变成了飞轮中的动能,这个过程大约需要45秒,储存大约120MJ的能量。

  弹射时,利用飞轮的动能迅速发电,在2到3秒的时间内,产生数万千瓦的电功率,把飞机弹射出去。

  除了飞轮储能外,还有超级电容等储能方式。由于没有解密,我们也不清楚福建舰采用了哪种。

  能量从储能系统释放出来后,来到了拉动飞机的直线电机。直线电机和我们通常使用的电机并没有本质区别,只不过平时的电机是旋转的:通电后转子在定子中旋转。直线电机相当于把旋转电机剖开,拉直。通电后,次级(相当于转子)会在初级(相当于定子)轨道上运动。

  具体来讲,直线电机又可大致分为几种形式。例如比较简单的导轨式直线电机,与电磁炮的原理相同:在导轨上放一个导电滑块,当导体通电时会产生磁场,磁场又能推动导电滑块运动。把滑块和飞机轮子相连,飞机就能被弹射出去了。

  不过,这种方式相当于一个单匝电机,要想产生强大推力,需要很大的电流,有可能会把导轨烧坏。线圈式的直线电机应用更加普遍。通过给轨道上的线圈通电,就能让轨道变成电磁铁。如果滑块是一个磁铁,就会和轨道发生同性相斥、异性相吸;如果滑块是一个导电金属,就会和导轨发生电磁感应,从而具有磁性,也能发生同性相斥、异性相吸。控制管理系统控制通电的时间,就能让滑块在导轨上运动起来。

  从弹射能量看,一次蒸气弹射释放能量大约95MJ,而电磁弹射是120MJ,电磁弹射高出大约1/4;而且,蒸汽弹射能量利用率只有6%,电磁弹射能够达到60%,是蒸汽弹射的十倍。

  蒸气弹射系统复杂,事故率高,平均事故周期405周;电磁弹射结构相对比较简单,安全性好,平均事故周期1300周。

  蒸气弹射无法直接控制弹射时的推力变化,根据气体状态方程,刚开始的时候弹射力度大,后来力度逐渐减小,加速度最大值和平均值之比超过200%。而电磁弹射能轻松实现人为控制和平稳加速,加速度波动在5%以内,更安全,对司机也更友好。

  蒸气弹射之前要对气缸进行预热,时间超过24h,而电磁弹射准备时间只需要15分钟,这对于遭遇战特别的重要:早升空一架战机,可能就决定了战争的胜败。

  而且,蒸汽弹射对飞机的重量有一定要求,太轻了的飞机用不了,而电磁弹射对200kg到35吨的飞机都能用,这就包含了无人机、战斗机、运输机,以及很重要的空中预警机。

  中国军事科学家跳过了蒸气弹射,直接实现了目前世界上最先进的电磁弹射技术,这是我国军事科技的辉煌成就。当然,无论从排水量、武器装备、舰载机还是动力系统,我国和美海军还存在很大差距。

  也许不久的将来,我国也会拥有核动力航母,那么,你想给未来的核动力航母起什么名字呢?

请留下您的联系方式以便于我们即可与您取得联系

电磁阀线圈厂家

联系我们