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航母艦載機起飛方式大比拼:電磁彈射,到底牛在哪
華夏經緯網   2016-08-17 09:17:04   
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    日前美國“福特”級航母“福特號”已完成相關測試,預計將於9月交付給海軍。早些時候,在英國范堡羅機場舉行的第50屆范堡羅國際航展現場,參展廠商展出了美國福特級航母的一些內部結構,包括電磁彈射系統模型。毫無疑問,這艘美國“福特”級航母首艦的艦載機起飛方式,採用了目前最先進的電磁彈射技術。

  在中外媒體對於國產航母的報道中,艦載機起飛方式也是關注的焦點之一。《簡氏防務週刊》日前報道,從多種跡象來看,將在上海開工建設的中國第三艘航空母艦將可能採用彈射起飛、阻攔降落的方式,這將是中國第一艘配備彈射器的航母,其作戰能力將會比遼寧艦更強。

  採用電磁彈射起飛方式的優勢到底何在?其對航母戰鬥力提升究竟有何影響?我們一起來一探究竟。

  美、法等國在發展航母時,圍繞核心武器系統——艦載機的效能而採用彈射起飛技術

  說到航母艦載機彈射起飛,不得不從航母艦載機的起飛方式談起。在早期的航母上,由於艦載機(包括戰鬥機、轟炸機、魚雷攻擊機)重量輕、安全離艦起飛速度低,其帶彈量和作戰半徑有限,因此絕大多數艦載機可以通過自身動力利用有限長度的飛行甲板直接起飛而不需要任何助飛方式。

  二戰後,人們對航母及其艦載機作戰效能的認識加深,加上艦載機自身的發展,特別是噴氣式艦載機的上艦,航母艦載機的起飛方式也發生了變化。

  目前,國外現役航母固定翼艦載機的起飛方式主要有垂直/短距滑跑起飛、滑躍起飛和彈射起飛等。垂直/短距滑跑起飛方式是利用艦載機發動機推力向量的控制實現起飛,其主要應用於輕型航母上,如英國無敵級輕型航母的“海鷗”艦載機。滑躍起飛方式是採用航母艦舷部十多度的上翹甲板結合艦載機發動機的推力實現起飛,如俄羅斯庫茲涅佐夫級中型航母的米格-29,蘇-27K艦載機的起飛方式。彈射起飛方式是利用飛行甲板上佈置的彈射裝置,在一定行程內對艦載機施加推力來達到艦載機的離艦起飛速度,其主要應用於大型/中型的攻擊或多用途航母上,如美國和法國現役航母。

  相比彈射起飛,其他起飛方式都需要靠艦載機自身動力實現起飛,可以避免因配置彈射裝置而產生的航母艦體重量/重心、空間佈置等問題,但靠艦載機自身動力起飛,會遇到燃油消耗大而使艦載機離艦空中作戰半徑變小,艦面甲板側風和艦體搖擺等因素,影響艦載機起飛作業的環境適應性以及整個艦隊的機動性,更為重要的是,如果依靠自身動力,航母上無法起飛重型飛機,例如預警機。因此,像美、法等國在發展航母時,圍繞核心武器系統——艦載機的效能而採用彈射起飛技術。

  彈射起飛技術是一種新興的直線推進技術,適宜於短程發射大載荷,優越性毋庸置疑

  彈射起飛技術是一種新興的直線推進技術,適宜於短程發射大載荷。航母艦載機的彈射起飛技術主要包括液壓彈射起飛、蒸汽彈射起飛以及最先進的電磁彈射起飛技術。

  那麼,究竟什麼是電磁彈射系統(EMALS)呢?

  EMALS是美國海軍21世紀航母上的新一代艦載飛機彈射系統。其最早要追溯至20世紀40年代,美國海軍利用電磁感應馬達技術設計、製造並試驗了一套電磁飛機彈射系統,由於二戰結束及該套系統成本較高,該項目被取消。為進一步驗證EMALS彈射艦載機的可行性,1982年美國海軍重新啟動了 EMALS的研究項目,並在1988年進行了電磁彈射、制動和回收以及系統性能和電磁輻射試驗。

  20世紀90年代,美國海軍在設計下一代航母(CVN-21)時提出了全電軍艦的概念,要求艦上不再採用蒸汽、液壓等機械手段,其中最重要的技術革新就是電磁彈射器取代蒸汽彈射器,並在論證CVN-21方案過程中,正式確定研製航母電磁飛機彈射系統。

  EMALS的彈射電動機通過電力系統輸電,可生成一個同彈射系統的往復車相互作用的電磁力,在電磁力作用下,往復車將攜挂飛機沿彈射衝程加速至起飛速度;控制系統持續監控EMALS全系統性能,是EMALS的關鍵資訊處理模組,該系統能夠根據飛機、環境和彈射系統的參數變化實施調控,同時還擔負報警任務。

  2004年4月2日,經過方案評估,美國海軍選擇了通用原子公司設計方案,後續經過一系列大量的實際尺寸的樣機試驗,于2009年6月正式決定在福特級航母上安裝電磁彈射系統,並授予通用原子公司研製合同。目前,通用原子公司也已獲得第二艘福特級航母電磁彈射系統建造合同,首艘福特級航母“福特”號即將交付。

  配有電磁彈射系統的“福特”號航母,日出動艦載機可達到300余架次,相比尼米茲級提高了25%

  比起航母艦載機的其他起飛方式來說電磁彈射的優越性更為突出。

  一是能量幅度更寬。電磁彈射裝置比蒸汽彈射裝置的最大能量幅度高出20%,可以容納以更快速度起飛的重型飛機,而其細微精確的控制,使得 EMALS又能夠同時彈射較小、較輕的航空飛行器(如無人機),擴大了航母搭載不同機型的能力,很大程度上擴展了現役航母的作戰能力。

  二是彈射性能穩定。相比蒸汽彈射器,電磁彈射擁有先進的反饋和閉環控制系統,能夠使得任何一次彈射加速度峰平比更加琠w、末速度變化範圍更小。

  同時,電磁彈射裝置提高了可用性、可靠性,並降低了運行與維護費用。

  另外,相比蒸汽彈射系統,EMALS重量明顯減輕,體積更小,減少了對艦上大量液壓油、淡水和蒸汽等輔助設備的需求,各組成部分的佈局更加靈活,能最大限度地優化航母內部佈置,增加了航母設計靈活性,潛在地提升了航母的生存能力。

  美國即將服役裝配有EMALS的“福特”號航母,其日出動艦載機可達到270—310架次,相比尼米茲級提高了25%,未來美國海軍11艘福特級航母的作戰能力相當於13.75艘尼米茲級航母,而EMALS的裝配就是其中最主要的核心影響因子,其對航母戰鬥力的提升足以對作戰對手產生巨大的震懾作用。(文·孫幫碧 作者單位:海軍裝備研究院 科技日報)

 

責任編輯:胡光曲

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