电磁弹射器

电磁弹射器所使用的直线感应电动机结构草图

电磁弹射器（electromagnetic catapult），是一种飞机弹射器。目前只有美国与中国研制成功，分別搭載在福特級核動力航空母艦和福建号航空母舰上。与磁悬浮列车类似，电磁弹射器使用一台直线电动机作为动力来源，而不是传统的蒸汽弹射器使用的蒸汽活塞。电磁弹射器的优势在于其更安全可靠，因为相较于蒸汽弹射器，其加速过程更均匀，对飞机的结构伤害更小。它的其他优点還有重量轻、造价适中、维护成本较低、可弹射更重的大型飛機、节约淡水、更节能等。

设计与发展

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美国海军的电磁弹射器由通用原子公司负责研发，2010年底第一次测试成功。[1]2013年5月8日，第一套电磁弹射器被安装在建造中的福特級核動力航空母艦上。

美國電磁彈射方案

直线感应电动机

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电磁弹射器的主要部件是一套直线感应电动机，利用强大电流通过线圈产生的磁场推动滑块高速前进。[2]电磁弹射器主要以下几个特点：电流通过的线圈包裹着衔铁嵌在弹射轨道的内侧，产生强大的磁场；滑块在强大磁场下高速前进；在滑块滑行的时候，只有滑块周围的线圈通电产生强大的磁场，以保证系统的损耗降到最低；整个系统长约91米（300英尺），能将45吨（100,000磅）的飞机加速到130节（时速240公里）。[2]

能量存储系统

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弹射器自带的能量存储系统能在几秒内释放出惊人的电能。其能量来源是由核反应堆驱动的四个独立发电机组。[3]發電機組帶動一個由磁浮軸承懸吊的飛輪儲能裝備，轉子轉速6400rpm。每个发电机组透過飛輪的磁力減速效應，能在極短時間內产生超过121兆焦耳 (121 MJ)的能量。这套系统每45秒能够完成一次充电，並可在2到3秒內釋放。即最短弹射间隔为45秒，比传统的蒸汽弹射器速度快。[2]

功率转化系统

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当系统弹射飞机时，发电机产生的电能通过交交变频电路释放到螺线管。[2]由于交交变频电路的频率可变，船员能够设定不同的能量输出来达到不同的弹射加速度。[3]

控制装置

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电磁弹射器有一套独立的控制系统。利用霍尔效应，检测系统的运作，精确地控制弹射速度。由于这套系统能让加速度更稳定，使得弹射系统对航母甲板造成的损伤也更小，使用的可靠性更高。[2]

项目进展事记

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2010年12月18日美国海军在莱克赫斯特海军航空兵工程站成功弹射F/A-18E超級大黃蜂战斗机。

性能特點

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相较于传统的弹射器，电磁弹射器的重量更轻，只有20吨左右。而且占用的空间更小，运作需要的人力也更少，可靠性也更高。一台传统蒸汽弹射器弹射一次，将要消耗614公斤的蒸汽，并且要在航母甲板下安装庞大的机械，气动和液压系统。相对电磁弹射器不消耗蒸汽而使用来自航母产生的电能，在航母上的安装也更为简易。[10]而將大量的水燒開產生蒸氣儲備需要十幾小時，電磁的充能只需要數分鐘，這種緊急應戰能力是最大優勢。

电磁弹射器其加速度可以精确地控制，针对重型的战斗机和小型的无人机可调节不同能量輸出，以适应其不同起飞速度要求。[10]美国的电磁弹射器弹射速度的范围为每秒28至103米，中間為無檔段，但傳統蒸汽結構只有幾個較粗檔段，飛機設計重量只能落在特定幾種重量，過輕或過重都不行。

另外电磁弹射器的最大弹射输出功能够达到122兆焦，而传统的蒸汽弹射器只有95兆焦。[3]相较之下，电磁弹射器的能量输出多出了29%。其次，电磁弹射器能量利用率高达90%。[2]

投入使用

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正在使用國家

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 美国
美國成為全世界第一個成功研製，並於航母上使用電磁彈射器的國家，它是美國海軍福特級核動力航空母艦設計上最受矚目的亮點[11][12]。
 中国
中國已成功研制电磁弹射器，與美國不同，中國採用直流電电磁弹射系統（美國則採用交流電電磁彈射系統）[13]，已安装在福建号航空母舰上。[14][15]

计划使用国家

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 法國
2021年12月21日，美國批准出售2條電磁飛機發射系統和先進阻攔系統給法國，價值13.21億美元，應用在新世代航空母艦上。
 俄羅斯
在軍隊-2020防務論壇上，俄羅斯首次展出了國產的電磁彈射器模型，模型上還有一架蘇-57隱身戰鬥機[16]。
 印度
印度海军正在考虑引進电磁弹射系统，应用在其第二艘国产航母維沙爾號上。[17]

使用的航船

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参见

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参考文献

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  1. ^ Carrier Launch System Passes Initial Tests. Aviation Week. 7 June 2010 [2020-09-15]. （原始内容存档于2012-09-28）. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Schweber, Bill. How It Works (PDF). EDN Magazine. 2002-04-11 [2008-02-18]. （原始内容 (PDF)存档于2011-05-25）. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 Doyle, Samuel, Conway, and Klimowski. Electromagnetic Aircraft Launch System - EMALS (PDF). 1994-04-15 [2009-01-14]. （原始内容存档 (PDF)于2004-10-25）. 
  4. ^ EMALS launches first Goshawk. [2013-06-10]. （原始内容存档于2011-12-23）. 
  5. ^ Photo release: EMALS successfully launches first Greyhound. [2013-06-10]. （原始内容存档于2011-12-23）. 
  6. ^ USN undertakes first EMALS Hornet launch. Air Forces Monthly (Key Publishing). March 2011, (275): page 18. ISSN 0955-7091. 
  7. ^ Navy's new electromagnetic catapult 'real smooth'. Newbury Park Press. September 28, 2011 [2011-10-04]. 
  8. ^ New carrier launch system tested. Security Industry. UPI. October 3, 2011 [2011-10-04]. （原始内容存档于2011-10-04）. 
  9. ^ F-35C launches from emals. [2013-06-10]. （原始内容存档于2013-12-03）. 
  10. ^ 10.0 10.1 Lowe, Christian. Defense Tech: EMALS: Next Gen Catapult. [2008-02-27]. （原始内容存档于2013-12-03）. 
  11. ^ AVIATIONWEEK.COM Carrier Launch System Passes Initial Tests. [2020-09-15]. （原始内容存档于2012-09-28）. 
  12. ^ 簡氏:中國試飛改進型殲-15 或用於測試電磁彈射器. [2016-12-01]. （原始内容存档于2016-12-02）. 
  13. ^ 我国福建号航母的中压直流电磁弹射技术，优于美国的中压交流式. [2022-06-23]. （原始内容存档于2022-07-21）. 
  14. ^ China’s New Aircraft Carrier Is In Same League As US Navy’s Ford Class. [2021-04-24]. （原始内容存档于2021-04-17）. 
  15. ^ 15.0 15.1 布藍. 【國產航母】003型航母進入最後組裝進程 高清航拍照曝光. 香港01. 2020-08-03 [2021-03-30]. （原始内容存档于2021-11-23） （中文（香港））. 
  16. ^ 俄公開電磁彈射器，蘇57變身艦載機！印度大喜：國產航母有救了
  17. ^ 印度第二艘国产航母或将安装电磁弹射器系统 互联网档案馆的存檔，存档日期2013-07-28.
  18. ^ Joe, Rick. Whispers of 076, China's Drone Carrying Assault Carrier. The Diplomat. 21 August 2020 [3 January 2021]. （原始内容存档于2022-05-31）. 

外部链接

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