電磁彈射，到底牛在哪(圖文)

航母艦載機(jī)起飛方式大比拼
電磁彈射，到底牛在哪
文·孫幫碧

美國(guó)斯坦尼斯號(hào)核動(dòng)力航母
圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)
    日前美國(guó)“福特”級(jí)航母“福特號(hào)”已完成相關(guān)測(cè)試，預(yù)計(jì)將于9月交付給海軍。早些時(shí)候，在英國(guó)范堡羅機(jī)場(chǎng)舉行的第50屆范堡羅國(guó)際航展現(xiàn)場(chǎng)，參展廠商展出了美國(guó)福特級(jí)航母的一些內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括電磁彈射系統(tǒng)模型。毫無(wú)疑問(wèn)，這艘美國(guó)“福特”級(jí)航母首艦的艦載機(jī)起飛方式，采用了目前最先進(jìn)的電磁彈射技術(shù)。
    在中外媒體對(duì)于國(guó)產(chǎn)航母的報(bào)道中，艦載機(jī)起飛方式也是關(guān)注的焦點(diǎn)之一�！逗�(jiǎn)氏防務(wù)周刊》日前報(bào)道，從多種跡象來(lái)看，將在上海開(kāi)工建設(shè)的中國(guó)第三艘航空母艦將可能采用彈射起飛、阻攔降落的方式，這將是中國(guó)第一艘配備彈射器的航母，其作戰(zhàn)能力將會(huì)比遼寧艦更強(qiáng)。
    采用電磁彈射起飛方式的優(yōu)勢(shì)到底何在？其對(duì)航母戰(zhàn)斗力提升究竟有何影響？我們一起來(lái)一探究竟。
    美、法等國(guó)在發(fā)展航母時(shí)，圍繞核心武器系統(tǒng)——艦載機(jī)的效能而采用彈射起飛技術(shù)
    說(shuō)到航母艦載機(jī)彈射起飛，不得不從航母艦載機(jī)的起飛方式談起。在早期的航母上，由于艦載機(jī)（包括戰(zhàn)斗機(jī)、轟炸機(jī)、魚(yú)雷攻擊機(jī)）重量輕、安全離艦起飛速度低，其帶彈量和作戰(zhàn)半徑有限，因此絕大多數(shù)艦載機(jī)可以通過(guò)自身動(dòng)力利用有限長(zhǎng)度的飛行甲板直接起飛而不需要任何助飛方式。
    二戰(zhàn)后，人們對(duì)航母及其艦載機(jī)作戰(zhàn)效能的認(rèn)識(shí)加深，加上艦載機(jī)自身的發(fā)展，特別是噴氣式艦載機(jī)的上艦，航母艦載機(jī)的起飛方式也發(fā)生了變化。
    目前，國(guó)外現(xiàn)役航母固定翼艦載機(jī)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(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量的控制實(shí)現(xiàn)起飛，其主要應(yīng)用于輕型航母上，如英國(guó)無(wú)敵級(jí)輕型航母的“海鷗”艦載機(jī)�；�躍起飛方式是采用航母艦舷部十多度的上翹甲板結(jié)合艦載機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力實(shí)現(xiàn)起飛，如俄羅斯庫(kù)茲涅佐夫級(jí)中型航母的米格-29，蘇-27K艦載機(jī)的起飛方式。彈射起飛方式是利用飛行甲板上布置的彈射裝置，在一定行程內(nèi)對(duì)艦載機(jī)施加推力來(lái)達(dá)到艦載機(jī)的離艦起飛速度，其主要應(yīng)用于大型/中型的攻擊或多用途航母上，如美國(guó)和法國(guó)現(xiàn)役航母。
    相比彈射起飛，其他起飛方式都需要靠艦載機(jī)自身動(dòng)力實(shí)現(xiàn)起飛，可以避免因配置彈射裝置而產(chǎn)生的航母艦體重量/重心、空間布置等問(wèn)題，但靠艦載機(jī)自身動(dòng)力起飛，會(huì)遇到燃油消耗大而使艦載機(jī)離艦空中作戰(zhàn)半徑變小，艦面甲板側(cè)風(fēng)和艦體搖擺等因素，影響艦載機(jī)起飛作業(yè)的環(huán)境適應(yīng)性以及整個(gè)艦隊(duì)的機(jī)動(dòng)性，更為重要的是，如果依靠自身動(dòng)力，航母上無(wú)法起飛重型飛機(jī)，例如預(yù)警機(jī)。因此，像美、法等國(guó)在發(fā)展航母時(shí)，圍繞核心武器系統(tǒng)——艦載機(jī)的效能而采用彈射起飛技術(shù)。
    彈射起飛技術(shù)是一種新興的直線推進(jìn)技術(shù)，適宜于短程發(fā)射大載荷，優(yōu)越性毋庸置疑
    彈射起飛技術(shù)是一種新興的直線推進(jìn)技術(shù)，適宜于短程發(fā)射大載荷。航母艦載機(jī)的彈射起飛技術(shù)主要包括液壓彈射起飛、蒸汽彈射起飛以及最先進(jìn)的電磁彈射起飛技術(shù)。
    那么，究竟什么是電磁彈射系統(tǒng)（EMALS）呢？
    EMALS是美國(guó)海軍21世紀(jì)航母上的新一代艦載飛機(jī)彈射系統(tǒng)。其最早要追溯至20世紀(jì)40年代，美國(guó)海軍利用電磁感應(yīng)馬達(dá)技術(shù)設(shè)計(jì)、制造并試驗(yàn)了一套電磁飛機(jī)彈射系統(tǒng)，由于二戰(zhàn)結(jié)束及該套系統(tǒng)成本較高，該項(xiàng)目被取消。為進(jìn)一步驗(yàn)證EMALS彈射艦載機(jī)的可行性，1982年美國(guó)海軍重新啟動(dòng)了EMALS的研究項(xiàng)目，并在1988年進(jìn)行了電磁彈射、制動(dòng)和回收以及系統(tǒng)性能和電磁輻射試驗(yàn)。
    20世紀(jì)90年代，美國(guó)海軍在設(shè)計(jì)下一代航母（CVN-21）時(shí)提出了全電軍艦的概念，要求艦上不再采用蒸汽、液壓等機(jī)械手段，其中最重要的技術(shù)革新就是電磁彈射器取代蒸汽彈射器，并在論證CVN-21方案過(guò)程中，正式確定研制航母電磁飛機(jī)彈射系統(tǒng)。
    EMALS的彈射電動(dòng)機(jī)通過(guò)電力系統(tǒng)輸電，可生成一個(gè)同彈射系統(tǒng)的往復(fù)車相互作用的電磁力，在電磁力作用下，往復(fù)車將攜掛飛機(jī)沿彈射沖程加速至起飛速度；控制系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)控EMALS全系統(tǒng)性能，是EMALS的關(guān)鍵信息處理模塊，該系統(tǒng)能夠根據(jù)飛機(jī)、環(huán)境和彈射系統(tǒng)的參數(shù)變化實(shí)施調(diào)控，同時(shí)還擔(dān)負(fù)報(bào)警任務(wù)。
    2004年4月2日，經(jīng)過(guò)方案評(píng)估，美國(guó)海軍選擇了通用原子公司設(shè)計(jì)方案，后續(xù)經(jīng)過(guò)一系列大量的實(shí)際尺寸的樣機(jī)試驗(yàn)，于2009年6月正式?jīng)Q定在福特級(jí)航母上安裝電磁彈射系統(tǒng)，并授予通用原子公司研制合同。目前，通用原子公司也已獲得第二艘福特級(jí)航母電磁彈射系統(tǒng)建造合同，首艘福特級(jí)航母“福特”號(hào)即將交付。
    配有電磁彈射系統(tǒng)的“福特”號(hào)航母，日出動(dòng)艦載機(jī)可達(dá)到300余架次，相比尼米茲級(jí)提高了25%
    比起航母艦載機(jī)的其他起飛方式來(lái)說(shuō)電磁彈射的優(yōu)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(jī)，而其細(xì)微精確的控制，使得EMALS又能夠同時(shí)彈射較小、較輕的航空飛行器（如無(wú)人機(jī)），擴(kuò)大了航母搭載不同機(jī)型的能力，很大程度上擴(kuò)展了現(xiàn)役航母的作戰(zhàn)能力。
    二是彈射性能穩(wěn)定。相比蒸汽彈射器，電磁彈射擁有先進(jìn)的反饋和閉環(huán)控制系統(tǒng)，能夠使得任何一次彈射加速度峰平比更加恒定、末速度變化范圍更小。
    同時(shí)，電磁彈射裝置提高了可用性、可靠性，并降低了運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用。
    另外，相比蒸汽彈射系統(tǒng)，EMALS重量明顯減輕，體積更小，減少了對(duì)艦上大量液壓油、淡水和蒸汽等輔助設(shè)備的需求，各組成部分的布局更加靈活，能最大限度地優(yōu)化航母內(nèi)部布置，增加了航母設(shè)計(jì)靈活性，潛在地提升了航母的生存能力。
    美國(guó)即將服役裝配有EMALS的“福特”號(hào)航母，其日出動(dòng)艦載機(jī)可達(dá)到270—310架次，相比尼米茲級(jí)提高了25%，未來(lái)美國(guó)海軍11艘福特級(jí)航母的作戰(zhàn)能力相當(dāng)于13.75艘尼米茲級(jí)航母，而EMALS的裝配就是其中最主要的核心影響因子，其對(duì)航母戰(zhàn)斗力的提升足以對(duì)作戰(zhàn)對(duì)手產(chǎn)生巨大的震懾作用。
    （作者單位：海軍裝備研究院）