为何003国产常规动力航母也可以用电磁弹射和拦阻?
为何003国产常规动力航母也可以用电磁弹射和拦阻?
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谢邀!其实,电磁弹射和阻拦技术在真正的工程实现上要比蒸汽弹射更简单、更高效、更低成本。
仔细看这个电磁弹射的动图,你会发现飞机在弹射的过程中从轨道上并没有溢出物。
相反,再看一下蒸汽弹射:
你会发现大量蒸汽从弹射轨道上泄露出来。
我们看一下蒸汽弹射器:
蒸汽弹射器是利用航母储存的高压蒸汽推动的一个滑动的活塞。由于这个活塞很长,就不能仅仅从活塞的头部来输出动能,而是在活塞的侧面开了一个滑轨道来拖动飞机前进。一般的蒸汽活塞汽缸应该是完全封闭的。但为了驱动滑车,在航母上的蒸汽弹射器的汽缸就只能做成开放结构。
在滑车和活塞连接的位置用橡胶来做密封。
这就导致了在蒸汽弹射器工作的时候有大量蒸汽外溢。
而电磁弹射系统本身并不存在活塞,而是一个直线电机。
它并不需要像蒸汽弹射器一样要在开放的空间内封闭高温高压的蒸汽。在工程上电磁弹射器可以做得更小巧也更简单。
而对于电磁弹射器的最大障碍其实就是储能结构。蒸汽弹射器可以利用高压蒸汽罐来储存蒸汽。将能量储存为蒸汽的内能。而电磁弹射器是要用电的。这就需要有高效的电能储存装置。
大功率的电储能并不是靠电池或者电容器来完成的。例如福特级航母上的电储能技术是利用了飞轮储能的方式为电磁弹射器来储能的。
这是一套内部可以转动的飞轮。在需要储存能量的时候,在电磁的作用下让内部的飞轮高速旋转,这样电能就储存为了动能。当需要输出电力的时候,反向操作,动能转化为电能。
这里面就有 电-磁-动能的转换过程。
很牛的是,我们在常温超导材料上似乎是要领先了美国一大步。这就导致了我们的飞轮储能系统要比美国的还要高效。
那么常规航母的发电系统能驱动这个飞轮吗?当然是可以的。虽然常规航母依靠燃油为动力来源,但依旧是和核动力航母一样是烧开水驱动蒸汽涡轮发电的。发电的效率并不差。
所以短时间内给飞轮储能系统充电也是够用的。
至于电磁阻拦系统并不需要发电,而是讲动能高效的转化为电能的一套设备。
这个东西在很多电动车上都有类似的装置,只不过航母上用的这种功率更大而已。
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18号航母没有在端午节下水,但是这并不影响他即将下水的进度。不过,比起他何时下水,很多人更加关心18号航母的性能,有人用“史上最强常规动力航母”来形容18号,那么18号凭什么这么强呢?答案就是电磁弹射器。
18号航母将装备电磁弹射器,这是他最与众不同之处,也是他最引人关注的技术。要知道,在18号航母之前,世界上只有美国的“福特”级航母使用了电磁弹射器,这意味着,18号航母将会是世界上第二型配备电磁弹射器的航母。
图为18号航母和他搭载的舰载机设想图。
18号航母是我国海军的第3艘航母,很可能被赋予“003”的代号。该航母一共配备3条弹射器,应该都是电磁弹射器。和过去的蒸汽弹射器比起来,电磁弹射器有很大的优势。首先在于他的结构上更加简单。要知道,蒸汽弹射器是一套复杂的机械结构,依靠机械装置释放强大的动能,弹射近30吨重的战斗机升空,显然需要一个极端复杂的结构。
图为我国在珠海航展上展示的电磁弹射器结构模型。
根据美国海军的实践,蒸汽弹射器的发展已经走到了极限。目前,美国“尼米兹”级航母上,4条蒸汽弹射器的总重量超过了5000吨,堪比一艘驱逐舰的吨位了。其复杂的结构中,弹射器轨道只是一个小部分,最主要的是蒸汽的产生和压力储存、释放的机构,他有两条巨大的蒸汽压力罐,在弹射器工作时,将压力罐内的蒸汽压力瞬间释放出来,弹射飞机升空。由于蒸汽的量是有限的,因此“尼米兹”级航母在连续弹射5次后,就需要进行气压补充,否则就无法让飞机满载升空。
图为美国电磁弹射器测试。
电磁弹射器要轻很多,“福特”级航母上4条电磁弹射器的总重量大约为1000吨左右,这就很轻便了。事实上,电磁弹射器就是一根电磁轨道,和电磁炮是一个原理。另外,电磁弹射器还有弹射吨位大、弹射功率可调节等优势。比如,电磁弹射器弹射的吨位目前已经超过蒸汽弹射器,付出的重量和能源代价却要小很多;电磁弹射器可以根据不同的飞机,设定不同的弹射功率,达到节约能源的目的。
图为18号航母设想图。
不过,电磁弹射器的技术实现难度较大,他的电磁轨道倒没有什么困难的,难点在于能量的供应。要知道,电磁弹射器是瞬间释放电能的设备,较大功率的电能在瞬间突然释放,需要对整个电力系统和供电、储能设备进行专门设计。美国的核动力航母上,可以依靠核动力为储能装置充电,使用时释放即可,能量很难快速用完。但是我国的18号是常规动力航母,他怎么能实现这种能源供应呢?
图为在18号航母上准备弹射起飞的歼-35战机设想图。
答案是飞轮储能。事实上,美国航母虽然是核动力航母,但是也依然使用了飞轮储能装置,我国18号航母也使用了飞轮储能。这可是一个高科技装备,由于其技术结构太过于复杂精妙,世界上目前也只有中美两国能够掌握其技术,所以笔者更是说不清楚其技术原理和实现途径了。但是,据一些媒体的报道称,飞轮储能是依靠机械设备内部的飞轮组转动,储存能量,需要释放能量时,再反向旋转就可以了。
图为电磁弹射器结构图。
当然,电磁弹射器还需要高精度的控制系统。在美国福特级航母上,由于电磁弹射器控制技术的不到位,曾导致福特号航母多年无法正常使用弹射器,当了很多年的“直升机航母”。因为电磁弹射器是一个不断加速的过程,这和蒸汽弹射器一次释放能量、不断减速的过程不同,飞行员很难适应,需要消除加速过程中的顿挫感,给飞行员提供更为舒适的弹射感受。这是美国的一个教训,我们接下来也要解决好这个问题,确保18号服役就可用。
总而言之,强大的科技实力让我们拥有了电磁弹射器航母,向我们的军工科技工作者致敬!
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用不用电磁弹射器和阻拦索跟是不是核动力有关系吗?核动力航空母舰和常规动力航空母舰在功能上是一样的,只要动力系统输出功率能达到要求为什么不能用电磁弹射呢?
不知道从什么时候开始网络上就流传着“常规动力不能用弹射器”、“常规动力不能用电磁弹射器”这些乱七八糟的说法。弹射器的使用和是什么动力有直接关系吗?难道不是和动力系统输出功率有关系吗?输出不够就算核动力又怎么样?常规动力如果能达到足够的输出那么不能用弹射器吗?美国“小鹰”级和“福莱斯特”级常规动力航空母舰在28万马力功率情况下照样有4条蒸汽弹射器,法国“克莱蒙梭”号常规动力3.5万吨的小身板也依靠12.5万马力的功率上了2条蒸汽弹射器。而法国“戴高乐”号核动力航空母舰,核动力推进,结果8万马力输出动力连自身航速都保证不了,弹射器也是“阉割”版。下面这两张图就是“尼米兹”级核动力航空母舰和“小鹰”级常规动力航空母舰
很多网友“迷信”所谓的核动力系统,认为有了核动力就可以为所欲为,那我们就说一下核动力到底是个什么东西。我们首先要明白:
核动力与常规锅炉动力最终都是作用在蒸汽轮机上,他们用蒸汽为介质推动蒸汽轮机叶片再达到推进或者发电的目的。
现在问题来了,蒸汽是从哪来的?我们的“辽宁”号、美国“小鹰”级和“福莱斯特”级是通过燃油锅炉产生热量将水变成高温高压蒸汽。
而核动力,其实就是用核反应堆的核裂变产生热量将水变成高温高压蒸汽。
我们可以把这个问题简单化:
燃油锅炉和核反应堆都只是产热工具,他们的作用只是把水变成水蒸气,其他的方面都是一样的
。下面这两张图更直白一些,画红框的部分其实是一样的
那么我们再看一下核动力和常规动力之间到底有什么区别:从功能上讲常规动力和核动力是一样的,也就是说核动力航空母舰能做到的事情同等级的常规动力航母也基本都能做到。最典型的还是美国的“尼米兹”级核动力航空母舰和“小鹰”级常规动力航空母舰。核动力航空母舰的优势在于:
几乎无限续航。
持续性的高航速航行,更快抵达战区。
可以携带更多的航空燃油和弹药。
降低全球各基地燃油存放数量。
降低编队补给燃油需求。
启动时间更快、加速性能更好。
当然核动力缺点就在于较高的技术起点和高昂的全周期费用,而且维护时间比同等级常规动力航母要高5%以上。
我们回到电磁弹射器方面,其实不管是电磁弹射器还是蒸汽弹射器都要消耗相当大的一部分动力输出。比如电磁弹射器要消耗电力,这样就需要锅炉产生的热量中相当一部分要分配给发电(能量总量是一定的,无非就是输出给动力的多还是输出给电力的多)。而蒸汽弹射器就需要消耗一部分锅炉产生的蒸汽,这样也等于降低了轴输出。现在的问题在于,
如果常规动力的总输出功率足够大,有能力同时供应发电系统和推进系统,那么他的最终效果和核动力是一样的。
我们还是要举美国“小鹰”级和“尼米兹”级这个例子,这两艘航空母舰从配置上讲是一样的,30+节的航速和4条C-13型蒸汽弹射器,反倒“小鹰”的输出功率达到28万马力,比“尼米兹”还多2万马力,2个反应堆还不如8台燃油锅炉。
而电磁弹射麻烦在于如何分配全舰电力和如何储能上,其实电磁弹射的能量转换效率比蒸弹高,反倒是消耗能量比蒸汽弹射器要小,但是如果这分配不好那么动力输出功率再大也没有用。因为蒸汽弹射器在不工作时可以将产生的蒸汽在压力容器中储存,需要的时候再释放。但是电磁弹射的电怎么办?电不像蒸汽那样实实在在看得见摸得着,所以储电是个大问题。
所以网络上流传的所谓“全舰综合电力管理”和“超级电容”这些东西就显得尤为重要,但是这跟舰上到底是常规动力还是核动力没有什么太大的关系,关键是动力系统的输出功率能不能达到要求,不是说一定要核动力才能用电磁弹射,只是说核动力比常规动力在这方面更有优势,更有持续性。
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网友解答:
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目前各方消息均表示,我国,第二条国产航母将会是装备电磁弹射器,满载排水量达到8万吨级的超级航空母舰。
是什么让我国足如此迅速的跳过了,蒸汽弹射器,直接装备电磁弹射器呢?
这就要感谢马伟明院士的。马伟明院士的极力推动之下,我们才能够非常迅速的装备电磁弹射方面,据毛伟明院士在电磁弹射器方面已经超越了美国。
更何况,蒸汽弹射器与电磁弹射器本就没有什么共通之处。共同之处也就只有一个,那就是都叫做弹射器。
然后就没了,蒸汽弹射用的是高压气缸,电磁弹射用的是磁电反应,通俗点可以理解为磁悬浮列车。俩有啥共同点啊。跳过了就跳过了呗。
电磁拦阻,你都突破电磁弹射器了,还能没个电磁拦阻。
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网友解答:
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电磁弹射只能核动力才能用本身就是个谣言。
1, 核动力就一定比常规动力强大吗,非也。迷信核动力的觉得核动力能量特别大,其实核动力不是原子弹,它的核燃料的能量是慢慢释放的,核动力的复杂性造成它的功率密度远不如常规动力,就是同样的功率常规动力比核动力小得多。比如美国8万吨的小鹰号常规动力功率28万马力比10万吨的尼米兹核动力26万马力都大。核弹力最大优势是续航力大,而不是功率强大。
2电磁弹射能量巨大吗?不,电磁弹射是功率大,但是做功只有2秒,消耗能量并不大,弹射一次也只消耗几十度电,合十几升燃油。电弹最大功率可达到二十万千瓦,几乎相当于一条航母全部动力的功率了,就是说一条航母的动力什么都不做专门为电弹供电才能够,这是不可能实现的。所以电弹必须专门配备储能装置,无论什么动力。美国福特级航母每条电弹配备了4台飞轮储能装置,才满足了需要。虽然弹射器功率大,但是每次只工作两三秒钟,而两次弹射工作间隔差不多两分钟左右,所以给储能器充电功率只需要弹射功率的几十分之一。实际上核动力因为功率提升较慢,不能应付突然出现的大规模弹射需求,福特级配备了16MW的柴油机用于满足4条电弹的大规模弹射的充电需求。这个功率只相当于辽宁舰主动力功率的九分之一,辽宁舰装十条弹射器供能也毫无压力
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网友解答:
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这个问题提的确实很好,网上很多人认为003应该采用蒸汽弹射,因为常规动力无法满足电磁弹射的要求。实际上,无论是蒸汽弹射,还是电磁弹射,把同一架舰载机弹射升空所需要的能量是相同的。换句话说就是:只要常规动力能够满足蒸汽弹射的需要,就一定能够满足电磁弹射的需要——能量守恒定律。
是否采用电磁弹射?这跟航母是常规动力或者是核动力真没什么关系。电磁弹射瞬间需要的电能很大,但是这个电能并不是由航母上的电网直接供电,而是由专门的储能系统提供,航母上的电网负责给储能装置供电。简单点说就是:当电磁弹射器工作时,航母上的电网并不直接承担负荷,或者说电磁弹射器消耗的不是航母上电网直接提供的能量,而是储能装置中存储的能量,负责电网给储能装置供电。
电磁弹射的关键,或者说是难点,并不是电力的供应问题,而是需要解决储能的问题。目前,我国辽宁舰的总功率达到20万马力,完全能够提供电磁弹射所需的电力,但前提是必须解决复杂的储能问题。电磁弹射器必须要有配套的储能装置,也就是大容量的电容。从目前来看,我国正对飞轮储能、超级电容进行研制,具体进展情况不详,但有消息称“飞轮储能获得突破”、“超级电容进展非常快”,这倒是与同时研制蒸汽弹射和电磁弹射相似——哪个更成熟、可靠,就用哪个。
我国的蒸汽弹射、电磁弹射都已经研制成功,在谈到最终会选择哪个弹射系统上舰时,马伟明院士表示:都具备上舰能力,当然是哪个更先进,选择哪个。马伟明院士所率团队研究出的综合电力配电系统、中压直流供电系统、超大容量储能电热、高能电磁线圈漏磁等为我国电磁弹射系统上舰立下了大功。根据马伟明院士的说法:我国的电磁弹射系统已经达到了上舰要求。
根据CCTV4的报道,尹卓将军在接受电话连线采访时已经证实:我国的弹射版歼15已经做了“成百上千次的电磁弹射试验”。很多人担心,常规动力航母上电磁弹射、再上全电推进,会存在着电力不足的问题。实际上,这些担心都是多余的:全电推进更节省能量,而不是消耗的能量更多。以我国现有的军工科技、制造能力等,常规动力航母上电磁弹射系统,没问题!还有问题?没关系,交给马伟明院士团队去解决。
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常规动力航母可以安装电磁弹射,至于拦阻索那是航母必备
2018年5月13日清晨,中国的首艘国产航母001A型航空母舰离开始正式海试。作为中国第一艘完全自主建造的航空母舰,其设计思路采取了小步快走的策略。即在航母整体的设计上依旧延续“辽宁舰”的布局,但在一些细节上做了大量的优化。
001A型航母的建造为中国积累了大量宝贵的航母建造经验,也为中国第二首国产航母的设计建造提供了前车之鉴。不过由于001A型航母相较于“辽宁舰”在框架上并没有作出太大的改变,依旧采用滑跃起飞的方式,在战斗力上提升也比较有限。
(001A型航母依旧采取滑跃甲板起飞舰载机)
为此外界推断,中国将在第二首国产航母上采取弹射起飞的方式提升航母战力,并且中国很有可能将跳过传统的蒸汽弹射器,直接装备更加先进的电磁弹射器。
虽然电磁弹射技术现在还不是很成熟,世界上第一个装备电磁弹射的美国“福特号”航母如今还在实验阶段,但可以明确的是电磁弹射是今后航母发展的大趋势。
(美国最先进的“福特号”就配备的电磁弹射器)
电磁弹射的优点多如牛毛,例如占用空间小,弹射效率高,弹射力度可大范围调节等等。但电磁弹射也有一个比较大门槛,就是十分耗电。
这一点对于核动力航母其实不算什么,美国福特级航母的核动力装置可以供给一座中小型城市的用电,用来满足电磁弹射是绝对没问题。
不过按照现在的信息来看,中国第二国产航母依旧会采取常规动力。对于常规动力航母,这个耗电量就有点棘手了。倒不是说常规动力航母的发电满足不了电磁弹射器,而是如此大的电力需求必然大幅增加航母的油料消耗,对于航母的后勤补给要求非常高。
但随着中国呼伦湖号是901型综合补给舰的入役,这个问题已经迎刃而解。
(呼伦湖号补给舰是中国自主研制具有世界先进水平的新型综合补给舰,满载排水量可达5万吨,可为中国海军航母编队、远海机动编队提供海上伴随补给)
所以在中国的第二首国产航母上采用电磁弹射是没什么问题的。
至于阻拦索,这是航母的标配,没有阻拦索舰载机压根没法降落。
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从划跃起降到缆绳弹射,再到电磁弹射,这些已不是秘密,特别是国产电磁技术已经跟美国相差不远,电磁弹射相比缆绳,有初速度更大,占地更少,更安全等特点是现代航母的标志,国产航母我个人始终认为起点还是晚了,但是发展速度还是很快的。
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这个问题比较富有争议,在美国海军福特号航空母舰服役之前世界上还没有实用化的电磁弹射器和电磁阻拦系统。这个状况一直到福特号的出现才有所改变,但是也带来了一个误区,即所谓的电磁弹射器和电磁阻拦系统只能在核动力航空母舰上使用。
其实电磁弹射器需要的是储能而不是电能的问题,对于电磁弹射器的难点并不是电力的供应,目前常规航母采用发电的方式就能够提供足够的电力了,只要解决复杂的储能就可以解决使用中的局限,这个就类似于飞轮,转起来就具备了能量。
中国已经研制成功了蒸汽弹射器和电磁弹射器,电磁弹射器占用空间小,可以对舰载机进行快速的调节发射功率,蒸汽弹射器就稍微差一点了,电磁弹射的可靠性决定了中国直接跨过蒸汽使用电磁弹射器。
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我祝贺我们国家的科学家们研究出更多的精品,为国争光,打败那些看不起中国的外国双重近视的人,让我们祖国更加的繁荣昌盛,祖国的更加强大而自豪,谢谢我们祖国的科学家们你们的付出让我们国民享受谢谢了,祝福你们!!!!!!
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蒸汽弹射太浪费淡水,美国核动力航母提供的能源有不少用在了海水淡化设备上,电磁弹射电力对常规航母来说不是最大障碍,安装专用发电机就可以。其实003看点不是常规动力,而是中压直流综合电力系统的首次应用。还有给未来无人机上舰提供试验平台,这个时间节点曝光沈飞暗箭隐形无人攻击机,我认为不是巧合。
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