“福建”艦彈射了個“紅色小車”入海,電磁彈完航母就要海試了 ?_風聞
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電磁彈射小車測試
據央視網報道,有視頻顯示,003號航母“福建”艦前方的水面上激起了大水花,據説在此之前還看到了一個紅色的方形物體從甲板上飛出,墜落於水中。

▲央視網報道

▲福建艦將一小車彈射入水激起浪花

▲福建艦上的神秘紅色小車
**結合國內外航母的建造流程,這是“福建”艦正在對電磁彈射器進行“靜載”(dead load)彈射試驗,**是一艘有彈射裝置的航母在交付前、大修後都要進行的必要試驗。

▲ “福特” 號航母“打水漂”
所謂的 “靜載” 彈射是針對彈射裝置而言的,即所彈射的載荷是靜止的、無動力的,而艦載機在彈射時,除了彈射裝置給予的加速度外,自身的發動機也給予了很大的推力。
即然不需要載荷有動力,“靜載” 彈射試驗所使用的“彈射小車”實際上就是個裝有四個輪子的大鐵塊,只能在電磁彈射器的作用下向前加速,通常還會刷上醒目的紅色油漆。

▲“布什”號航母上的彈射小車
彈射小車雖然就是個大鐵塊,但是它是艦載機上艦試飛前對電磁彈射器的最後一道檢驗工序,也是航母進行海試前的最後幾項主要工作。

▲第一視角感受下電磁彈射
相比於蒸汽彈射器,電磁彈射器的優勢就是具有閉環反饋和更加靈活的推力操控,不僅可以發射更重的艦載戰鬥機,也可以用於發射更輕的艦載無人機,而且推力更加線性,對艦載機的損傷更小。
所以,為了保證電磁彈射器對不同重量的飛行器,都能保證在跑道內加速到起飛速度,彈射小車的重量是可以改變的,可以在其內部增加或者減少配重。

▲30多噸重的小車落入水中激起水花
對不同重量的彈射小車進行電磁彈射,並不只是保證把彈射小車順利彈入水中就可以了,而是要檢測彈射小車是否在預定距離上達到了預定速度。
最終要得到的是艦載機重量、電磁彈射器線性變化的推力、加速距離、加速時間之間的匹配關係,建立起一個數學模型,以便後期應對更加複雜的起飛條件,比如風向、風力、航速,等等。
而這也是電磁彈射器除了準備時間短、維護成本低、佔用空間小外,相對蒸汽彈射器的一大重要優勢:閉環操控、操作自由度高、適應性好。

▲電磁彈射和蒸汽彈射的原理區別
在彈射小車的前方,安裝有一段固定於車頭兩側的鋼索,試驗開始時將其套在電磁彈射裝置的牽引器上,並操作牽引器拉緊鋼索;

▲彈射小車通過鋼索和牽引器連接
彈射小車的後方,則通過鈎鎖與甲板固定,在電磁彈射器達到一定推力前,鈎鎖用於固定彈射小車,一旦彈射操作官按下彈射按鈕,鈎鎖當即解開,彈射小車在牽引器的拉動下向前加速。

▲釋放鈎鎖,小車彈射而出
最終,彈射小車在3秒左右的時間內飛出甲板,在空中做了一會兒平拋運動後墜入水中,有時候速度太快,彈射小車還會在水面上打出幾個水漂。
彈射小車落水以後,還可以再打撈起來,吊上甲板再次進行彈射,而且本來就是個大鐵塊,即便重重砸在水面上也摔不壞,頂多脱落幾個輪胎,再裝上去就是。

▲打撈起來再彈一次
所以,“靜載” 彈射試驗主要就是三個目的。
一是安全,電磁彈射器是一個技術含量極高的工程體,即便是美軍已經建成的福特號,美國海軍依然認為福特號上的電磁彈射器還未達到可靠性目標,所以不可能上來就讓飛行員駕駛艦載機上去試飛。
二是成本,對於電磁彈射器而言,試驗中要獲取的數據只有艦載機離開甲板前的這一段,只要彈射速度達標,至於是否能真的起飛,那是飛行員的事情,所以也沒有必要設計個等比例的艦載機模型進行試驗,一個彈射小車就夠了,不僅能重複利用,摔壞了也不心疼。

▲遠處的打撈船早已準備就緒
三是高效,“靜載” 彈射試驗通常要進行上千次,使用彈射小車更便於改變配重,以及安裝一些基本的探測儀器。
本月內,曾有國外的衞星拍到 “福建” 艦在港池內移動了一段距離,一些拖船也改變了位置,當時有網友認為是 “福建” 艦即將進行海試的徵兆,但其實就是為 “靜載” 彈射試驗騰地方罷了。
雖説“靜載”彈射試驗結束後,通常就要進行海試了,但是這個時間也不會短,美國在2015年6月,在紐波特紐斯造船廠附近的詹姆斯河對 “福特” 號進行了“靜載”彈射試驗,但是直到2017年才開始海試。

▲福特號前往紐波特紐斯造船廠的路上
這其中,不排除“福特”號的電磁彈射器存在一些技術問題,因為在當時的第一次公開試驗中,“福特”號的電磁彈射器就出現了故障,操作官按下按鈕後,並沒有成功啓動電磁彈射器。
後來,美海軍表示那只是組件間的通信出現了問題,只是一些“小挫折”,很快就重新組織了試驗,但五角大樓在2020年評估後,認為“福特”號上的電磁彈射系統“經常發生故障且不可靠”,美海軍則預計在2030年代之前,都無法達到可靠性目標。

▲“福特” 級航母的電磁彈射器
我們“福建”艦的電磁彈射系統設計和“福特”號不一樣,技術上也有後發優勢,時間可能不用花那麼久,但至於“福建”艦何時可以開始海試,咱還是靜等官宣吧,急也急不來。
其實這次進行的“靜載”彈射試驗,肯定不是“福建”艦電磁彈射系統的第一個試驗項目,因為在“靜載”彈射試驗之前,還要進行至少上千次的“空載”彈射試驗,即不加任何載荷進行彈射。

而在艦上“空載”、“靜載”彈射試驗之前,還會在路基試驗場進行相同的“空載”、“靜載”彈射試驗。
比如在2014年,美國海軍就已經在位於新澤西州麥奎爾-迪克斯-萊克赫斯特聯合基地的海軍航空系統司令部,進行了和“福特”號上電磁彈射系統相同的路基電磁彈射試驗,用的彈射小車都是一模一樣的。

▲美海軍路基電磁彈射試驗
不僅如此,在陸基電磁彈射試驗中,不僅有“空載”、“靜載”彈射試驗,還會有飛行員駕駛艦載機進行真正的彈射起飛,美軍在一年內就用萊克赫斯特基地的陸基電磁彈射設施測試了3400個彈射小車和452架艦載機。
所以,我們現在看到“福建”艦在進行“靜載”彈射試驗,説明這套電磁彈射系統已經在路基上測試過了,甚至都已經有殲-15T用過了這套電磁彈射系統,只不過保密需要,我們並沒有看到。
早在2017年的時候,央視新聞中特約評論員海軍少將尹卓就曾透露,殲-15T已經進行了上千次的彈射實驗,只不過當時還不知道003用的會是蒸汽彈射還是電磁彈射。

“福建” 艦服役後,中國將真正成為繼美國之後,全世界第二個實現艦載機電磁彈射技術的國家,但我們都知道,電磁彈射最難的地方不在於彈射,彈射不過就是控制一組組線圈分別拉動和推動牽引器向前。


▲電磁彈射的原理其實很簡單
電磁彈射上艦真正的難點在於它的第一個字:電
相比於蒸汽彈射,電磁彈射有着極高的能量利用效率優勢(蒸汽彈射的效率是5%,電磁彈射的效率能達到95%以上),但是電磁彈射會在短時間內給全艦帶來極高的電力負荷。
以美國“福特”級航母為例,每台電磁彈射器運作時,將在3秒左右的時間內輸出1.6億瓦的功率。
咱們“福建”艦有三台電磁彈射器,要也以這個功率計算的話,三台電磁彈射器同時全功率運行,相當於同時啓動3.2萬台1.5匹的空調,而這部分電力還要在45秒的時間內充能完畢。

▲“福特”號的綜合電力系統(英文機翻)
以前,我們認為這麼大的功率輸出,只有核動力航母可以做到,常規動力航母是無法使用電磁彈射的,但其實有一個人曾經説過:
“常規動力航母也能上電磁彈射,只要在儲能技術、直線電機技術、彈射控制技術、大功率轉換技術上過關,並配屬大功率燃機即可。”
説出這話的人就是馬偉明院士,他和他的團隊開發出的 “艦船綜合電力系統” 、 “中壓直流配電系統” 就是 “福建” 艦成功應用電磁彈射的技術支撐。

而且,得益於後發優勢,“福建”艦電磁彈射使用的中壓直流要比“福特”號的中壓交流更加先進、穩定可靠,這一點可以看 “福建” 艦何時通過“靜載”彈射試驗進入海試來確定,讓我們拭目以待。

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