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【转载】电磁弹射器  

2016-06-27 18:57:58|  分类: 学习知识 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文转载自shengge《电磁弹射器》



电磁弹射器

电磁弹射器(EMALS)是采用航母飞行甲板下的直线电机弹射舰载机。电磁弹射器的核心设备是是直线电动机,它推动与飞机相连接的电枢。基本简介



美海军目前正在试验电磁弹射器,以代替现在广泛使用的蒸汽弹射器。蒸汽弹射器自上世纪50年代发明以来,已经从航母上弹射了成千上万架飞机。

资料图:电磁弹射器设备

资料图:电磁弹射器设备

直线电机


电磁弹射器(EMALS)将采用航母飞行甲板下的直线电机弹射舰载机。从飞行员角度看,电磁弹射器操作与蒸汽弹射器非常相似,也是将舰载机的前起落架与弹射器往复车相连,然后将飞机弹射加速升空。

与蒸汽弹射器相比,电磁弹射器甲板下部分有了很大改进。电磁弹射器重量轻、体积小、可靠性高,而且消耗的能量和淡水少。蒸汽弹射器弹射一架飞机需要612千克(1350磅)蒸汽。平均一次弹射,大约需要将625升(165美制加仑)海水泵吸上舰、淡化并储存备用。

精确调节

使用电磁弹射器后,舰员可精确调节弹射力的大小,以适应不同类型的飞机,使飞机承受较低的应力。蒸汽弹射器虽然也具备此功能,但只具有较低的控制精度。

装备信息

电磁弹射器目前正在新泽西州赫斯特湖海航站接受试验,已成功进行了几次陆基试验平台的弹射试验。按进度,电磁弹射器计划2015年装备到“福特”号航母上,并将在所有“福特”级航母上安装。

什么是电磁弹射器

直线感应电动机

电磁弹射器的心脏就是100多米长的直线感应电动机,它推动与飞机相连接的电枢。而目前电枢基本上是一个U形铝块,装在定子的3个侧面。直线电机的原理并不复杂.设想把一台旋转运动的感应电动机沿着半径的方向剖开,并且展平,这就成了一台直线感应电动机。在直线电机中,相当于旋转电机定子的,叫初级;相当于旋转电机转子的,叫次级。初级中通以交流,次级就在电磁力的作用下沿着初级做直线运动.这时初级要做得很长,延伸到运动所需要达到的位置,而次级则不需要那么长。实际上,直线电机既可以把初级做得很长,也可以把次级做得很长;既可以初级固定、次级移动,也可以次级固定、初级移动。然而,电磁弹射器也决不是仅靠直线电机工作的,它总共有强迫储能装置、大功率电力控制设备、中央微机工控控制及直线感应电机。

储能装置

强迫储能装置是电磁弹射器的一个瓶颈,在国防方面一直是高度机密的。作用就是能平时储能,然后把大功率能量在短时间内释放出来。电磁弹射器工作时间不长,但是在做功时段是个加速度做功的过程,因此不能把它当成恒功率设备来考虑。电磁弹射系统的强迫储能系统要求在45秒内充满所需要的能量。最大的舰载机起飞一般需要消耗的能量不会超过120兆焦,而这强迫储能系统最大能储存140兆焦的能量,此时充电功率为3.1兆瓦,算上损失,4兆瓦左右(实际上达不到的),四部电磁弹射系统同时充电,充电总功率可达16兆瓦(1兆瓦=1000KW),可见没有强大的电源是无法满足电磁弹射需求的。当然,航母上耗电的又岂止是四部电磁弹射器,另外还有电磁轨道炮、升降机、激光(目前激光的功率都不算大)等其它用电加起来的话必须要航母总功率达60兆瓦以上,否则电磁弹射器充电时也会影响其它系统用电的。电磁弹射器难就难在电能不象蒸汽,根本不适合大容量储存,象储存弹射舰载机这样的能量更是难上加难。通用原子公司在实验电磁弹射器时对强迫储能装置只字不提,可见其技术的高度机密性非同一般,想突破也非易事。

磁悬浮列车



磁悬浮列车就是用直线电机来驱动的。关于直线感应电机实际上原理简单,在实际生活中也可遇到不少。目前美国的电梯轿厢门就是采用直线电机驱动,而中国在还大部分停在车床上等不太多的场合。用于电磁弹射器的直线电机与它们相比可谓超功率的,而且其工艺方面也比普通的高。电磁弹射器的直线电机动子是采用铝筒(大部分材料为铝),为U型状,其中3面与直线电机的定子相对,其中往复道与航母存在摩擦外,其余均不会产生摩擦,而且铝筒质量轻,远远小于蒸汽弹射器的活塞,因此返回非常容易,减速道也可短的多。实际上,其中动子部分一部分专家认为还可以进一步减轻,那么电磁弹射器效率是明显的。

导轨信息

电磁弹射器的导轨与电磁轨道炮的差异很大,也比其复杂的多。电磁弹射器的导轨共有4个,分别为上部2个,下部2个。但每跟导轨都非常长(200米以上),安装在起飞甲板的下面。并且每跟导轨内部均有超导体与其熔接,中间是高压冷却油,其冷却油在进入导轨前的温度低于-40℃,而从导轨出口的温度低于-30℃。不仅如此,导轨与飞机牵引杆的接触面至导轨中心还有很多特细的小孔,所以其冷却油不仅仅是为超导体降温,还有润滑的作用,而且会使飞机牵引杆在运行时降温。

飞机牵引杆

飞机牵引杆是在飞机前轮下与飞机前轮连为一体的装置,可收缩并放置在飞机的腹腔内。其中间也为超导体,但无油冷确通道,而且与导轨连接处面积较大,均为软接触。在起飞前,飞机牵引杆伸出至上下导轨之间,飞机发动机起动并开如运行,但约一秒钟时弹射器通电,强大的电流从导轨经飞机牵引杆后再流回另一对导轨并形成回路,牵引杆在强大的电磁力下被推动运行到高速(未到起飞速度,但只差一点)后电流被强制截止,牵引杆将不再受力,但在飞机发动机的推力下达到起飞速度。为什么未达到起飞速度就断电呢?是因为由于飞机牵引杆与飞机连为一体,如果这时继续通电的话,飞机起飞时将把飞机牵引杆拉出,断电时会产生强大的电弧灼伤飞机牵引杆。

脉冲发生器

以上过程实际上是脉冲发生器完成的。蒸汽弹射器为使发动机与弹射器同步运行(缩短起飞距离),用一根钢棍先挡住飞机运行,由于飞机发动机推力无法推断钢棍,但与弹射器合力却可推断钢棍,从而使飞机在弹射器与发动机合力下起飞。但电磁弹射器却无需钢棍挡住,在飞机起飞时电磁弹射器同步通电,但电流是逐渐增加起来,而且在起飞末段将电流截止。[1]

参考资料:1.美国卫星照片:中国在建世界第二条电磁弹射器 

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