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電磁彈射器

電磁彈射器（electromagnetic catapult），是一種飛機彈射器。目前只有美國與中國研製成功，分別搭載在福特級核子動力航空母艦和福建號航空母艦上。與磁浮列車類似，電磁彈射器使用一台線性馬達作為動力來源，而不是傳統的蒸汽彈射器使用的蒸汽活塞。電磁彈射器的優勢在於其更安全可靠，因為相較於蒸汽彈射器，其加速過程更均勻，對飛機的結構傷害更小。它的其他優點還有重量輕、造價適中、維護成本較低、可彈射更重的大型飛機、節約淡水、更節能等。

電磁彈射器所使用的直線感應電動機結構草圖

設計與發展

美國海軍的電磁彈射器由通用原子公司負責研發，2010年底第一次測試成功。[1]2013年5月8日，第一套電磁彈射器被安裝在建造中的福特級核子動力航空母艦上。

 
美國電磁彈射方案

直線感應電動機

電磁彈射器的主要部件是一套直線感應電動機，利用強大電流通過線圈產生的磁場推動滑塊高速前進。[2]電磁彈射器主要以下幾個特點：電流通過的線圈包裹著銜鐵嵌在彈射軌道的內側，產生強大的磁場；滑塊在強大磁場下高速前進；在滑塊滑行的時候，只有滑塊周圍的線圈通電產生強大的磁場，以保證系統的損耗降到最低；整個系統長約91米（300英尺），能將45噸（100,000磅）的飛機加速到130節（時速240公里）。[2]

能量存儲系統

彈射器自帶的能量存儲系統能在幾秒內釋放出驚人的電能。其能量來源是由核反應爐驅動的四個獨立發電機組。[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。每個發電機組透過飛輪的磁力減速效應，能在極短時間內產生超過121兆焦耳 (121 MJ)的能量。這套系統每45秒能夠完成一次充電，並可在2到3秒內釋放。即最短彈射間隔為45秒，比傳統的蒸汽彈射器速度快。[2]

功率轉化系統

當系統彈射飛機時，發電機產生的電能通過交交變頻電路釋放到螺線管。[2]由於交交變頻電路的頻率可變，船員能夠設定不同的能量輸出來達到不同的彈射加速度。[3]

控制裝置

電磁彈射器有一套獨立的控制系統。利用霍爾效應，檢測系統的運作，精確地控制彈射速度。由於這套系統能讓加速度更穩定，使得彈射系統對航艦甲板造成的損傷也更小，使用的可靠性更高。[2]

項目進展事記

 
2010年12月18日美國海軍在萊克赫斯特海軍航空兵工程站成功彈射F/A-18E超級大黃蜂戰鬥機。

性能特點

相較於傳統的彈射器，電磁彈射器的重量更輕，只有20噸左右。而且占用的空間更小，運作需要的人力也更少，可靠性也更高。一台傳統蒸汽彈射器彈射一次，將要消耗614公斤的蒸汽，並且要在航艦甲板下安裝龐大的機械，氣動和液壓系統。相對電磁彈射器不消耗蒸汽而使用來自航艦產生的電能，在航艦上的安裝也更為簡易。[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。

電磁彈射器其加速度可以精確地控制，針對重型的戰鬥機和小型的無人機可調節不同能量輸出，以適應其不同起飛速度要求。[10]美國的電磁彈射器彈射速度的範圍為每秒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。

另外電磁彈射器的最大彈射輸出功能夠達到122兆焦，而傳統的蒸汽彈射器只有95兆焦。[3]相較之下，電磁彈射器的能量輸出多出了29%。其次，電磁彈射器能量利用率高達90%。[2]

投入使用

正在使用國家

  美國
美國成為全世界第一個成功研製，並於航艦上使用電磁彈射器的國家，它是美國海軍福特級核子動力航空母艦設計上最受矚目的亮點[11][12]。
  中國
中國已成功研製電磁彈射器，與美國不同，中國採用直流電電磁彈射系統（美國則採用交流電電磁彈射系統）[13]，已安裝在福建號航空母艦上。[14][15]

計劃使用國家

  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
印度海軍正在考慮引進電磁彈射系統，應用在其第二艘國產航艦維沙爾號上。[17]

使用的航船

已安裝的艦船

計劃安裝的航船

參見

參考文獻

  1. ^ Carrier Launch System Passes Initial Tests. Aviation Week. 7 June 2010 [2020-09-15]. （原始內容存檔於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]. （原始內容 (PDF)存檔於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]. （原始內容存檔 (PDF)於2004-10-25）. 
  4. ^ EMALS launches first Goshawk. [2013-06-10]. （原始內容存檔於2011-12-23）. 
  5. ^ Photo release: EMALS successfully launches first Greyhound. [2013-06-10]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於2011-10-04）. 
  9. ^ F-35C launches from emals. [2013-06-10]. （原始內容存檔於2013-12-03）. 
  10. ^ 10.0 10.1 Lowe, Christian. Defense Tech: EMALS: Next Gen Catapult. [2008-02-27]. （原始內容存檔於2013-12-03）. 
  11. ^ AVIATIONWEEK.COM Carrier Launch System Passes Initial Tests. [2020-09-15]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於2022-07-21）. 
  14. ^ China’s New Aircraft Carrier Is In Same League As US Navy’s Ford Class. [2021-04-24]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於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：國產航艦有救了
  17. ^ 印度第二艘國產航艦或將安裝電磁彈射器系統 網際網路檔案館的存檔，存檔日期2013-07-28.
  18. ^ Joe, Rick. Whispers of 076, China's Drone Carrying Assault Carrier. The Diplomat. 21 August 2020 [3 January 2021]. （原始內容存檔於2022-05-31）. 

外部連結

 
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