最近一段時間來,關於我國未來航空母艦安裝電磁彈射器的新聞層出不窮,海軍工程大學在馬偉明院士領導下的艦船電力系統團隊也頻頻曝光,媒體認為他們研製的電磁彈射系統已經接近實用化,將會安裝在第二艘國產航空母艦上。
前海軍司令員吳勝利上將為馬偉明少將打傘
不過,馬偉明教授團隊並不是只做電磁彈射一個項目,或者說他們著力點更多的是綜合電力推進系統,尤其是與其相關的配電系統研製,他們頻頻上鏡也並不代表是和電磁彈射器系統相關。
電磁彈射器,是用直線電機取代了蒸汽彈射器的大型氣缸,直接利用電磁力來加速艦載機的系統,相對於蒸汽彈射來說,能量利用效率高,拉力曲線平緩。而蒸汽彈射器開始彈射的時候以巨大力量推動飛機前進,而越加速力量越小,這樣飛機在初始階段就將承受巨大的拉力而影響結構壽命,後續加速不足又使得彈射能力有限。電磁彈射器整個彈射過程中加速度基本穩定,動作更為平緩而末端速度更高,性能具有巨大的優勢。尤其是彈射結構脆弱的無人機的時候,效果更好。
電磁彈射器直線電機
美國的CVN-78福特號航空母艦,就採用了四臺高性能的電磁彈射系統,但是使用電磁彈射系統也不是沒有代價的,巨大的電力消耗和技術門檻就是必不可少的。之前的尼米茲級發電功率已經達到64000千瓦,而福特號更進一步達到了接近15萬千瓦,對於常規動力軍艦來說,這個電力功率都已經是駭人聽聞了。就像小鷹級,推進功率208000千瓦,但是發電功率只有32000千瓦,遠遠不能滿足電磁彈射的需求。尤其是需要長時間維持發電機組空轉,才能確保在需要緊急出動的時候有足夠的電力,常規動力的電力都是燒油燒出來的,如果平時也大功率發電那航程就會暴縮,目前來說也只有不需要油料的核動力,或者是反應敏捷迅速,需要的時候馬上能加大功率供電的燃氣輪機綜合電力推進系統才能滿足電磁彈射的能量需求。
福特號最早應用電磁彈射,發電量是常規航母的五倍
而另一方面,要命的是艦內的配電系統,福特級採用了13800伏電壓的超高壓配電系統,雖然這個電壓對於陸地上的變電站來說只能算是低電壓,但是對於艦艇來說是革新性的存在了。傳統的交流供電系統因為只需要滿足艦上生活和設備使用,功率較小,所以一般只有400V的電壓,使用整流器、變壓器等都能湊合使用,而綜合電力系統功率上升後則需要匹配至少4160伏的電壓,像DDG1000這樣的驅逐艦還需要至少6900V電壓才能滿足功率需求,CVN-78航空母艦更是使用了13800V電壓,傳統的配電設備已經完全無法適應需求。現在來說,DDG1000這樣的驅逐艦,使用耐高電壓的矽基IGBT基本可以滿足需求,我國現在也已經完全具備了生產IGBT的能力,在國產動車組和高鐵列車上就廣泛使用,但是CVN-78這樣的高電壓供電系統,需要的則是耐高溫、耐高電壓的碳化矽寬帶隙元件,而這樣的元件現在還基本只有歐美國家能夠提供,國內應用還需要相當長的時間。
DDG1000應用了6900V電壓的配電系統
內存晶片大廠英飛凌生產的碳化矽變電模塊
國產IGBT變電模塊
現在055級驅逐艦,都還沒有應用大功率的6900V電壓綜合電力系統的情況下,直接上馬更高端的航母綜合電力系統和電磁彈射,是有點不現實的,更有可能是在未來的再下一代航空母艦上投入應用。
對於國內的科技發展拔苗助長不是什麼好行為,踏踏實實的發展恐怕更好。
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