全網爆火!不是慢鏡頭!福建艦電磁彈射速度那麼快,是怎麼瞬間剎車的?_風聞
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最近,官方公開福建艦正式服役的一段電磁彈射空載彈射視頻火了。視頻中,伴隨着彈射時悦耳的震顫與電流聲,福建艦的電磁彈射滑塊以200公里時速向前高速彈出,又在軌道的末端幾乎瞬間剎停,穩穩地停下了鏡頭前。

▲這不是慢鏡頭

▲央視為此專門做了一個3分鐘的循環視頻,讓大家反覆觀看
一開始,大家還以為這是延時攝影的慢鏡頭,但很快就有眼尖的網友發現了,福建艦上的旗幟隨風飄蕩的速度始終如一——這不是慢鏡頭,而是正常速度的實拍!
看到這個鏡頭,不知道你想到的是什麼?反正軍武菌想到的都是……星際躍遷




但你有沒有想過一個問題,為什麼航母彈射器上的滑塊能實現“瞬間剎停”?
俗話説外行看熱鬧,內行看門道。軍武菌今天就來教大家一點裝B的小技巧,用中學生都能看懂的知識講清楚這裏面的原理。

彈射器剎停原理
首先,不論是電磁彈射器還是蒸汽彈射器,都要面臨一個問題:彈射艦載機時,彈射滑塊會帶動艦載機高速向前運動。到了滑行盡頭時,飛機自然是飛出去了,但是滑塊怎麼辦?總不能和飛機一樣扔出去吧?

按照一般的想法,只要在滑塊的盡頭放一個擋板,就能把滑塊擋住了。但問題是,彈射器工作時會給滑塊施加極高的速度,帶來巨大的動能。如果是硬碰硬的撞在一起,就算一次兩次沒有撞壞,長久下去也肯定會對結構造成不可逆的損害,沒準哪天就給射出去了。
因此,彈射器必須在滑塊的盡頭設置一個緩衝裝置,從而吸收彈射艦載機時滑塊上的殘餘動能,保護整個彈射系統不受破壞。

▲現代複合弓上會有一個專門阻攔弓弦的減震器,就是差不多的原理
當然,彈射器的動能不是一般的大,這個緩衝器不可能隨便找塊橡膠或者彈簧就行了。因此在美國的蒸汽彈射航母上,採取的是一種叫做“水阻尼器”的液壓緩衝裝置。

▲水阻尼器的原理
水阻尼器的結構其實很簡單,就是一個裝滿了水的罐子,設置在彈射器軌道的末端。由於水幾乎是不可壓縮的,當彈射器的滑塊衝入水阻尼器時,滑塊上的動能就會被水吸收釋放,大大減輕對滑塊和其他零件的損傷,原理就和從樓上跳下來會摔死,但跳水運動員入水卻不會受傷一樣。通常來説,只需要1.5米的距離就能讓高速前進的彈射滑塊完成剎車。
▲水阻尼器安裝在彈射器前方,或許也可以稱為液壓阻攔器
這套系統的原理非常簡單,甚至可以説是原始,因為早在第二次世界大戰結束時,美國海軍的航空母艦就已經開始使用類似的水阻尼器了,並一直沿用到現在還在服役的尼米茲級核動力航母身上。但必須承認,這套系統也確實足夠可靠,經過70多年仍然沒有什麼大的改變。


▲尼米茲級航母還在使用這種水阻尼器
不過,蒸汽彈射這種落後技術相信大家也不是很感興趣。我們接下來重點講解,福建艦上使用的電磁彈射器實現急停,究竟是個什麼原理。

楞次定律
相信大家都知道,電磁彈射器的原理和結構其實都要比蒸汽彈射器簡單,在剎車這方面其實也是一樣的。而且軍武菌敢説,很多讀者在上學的時候估計都學過,這就是高中物理的必修內容“楞次定律”。

▲德國物理學家楞次
嗯,軍武菌知道,就算有人學過,估計也都已經還給老師了。所以我在這裏再講一遍。楞次定律的內容是:感應電流具有這樣的方向,即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。

這一段文字,絕大多數人看起來估計都和天書一樣,每個字都認識,就是看不懂。所以在教學過程中,老師們常常把楞次定律總結為一段口訣:“增反減同,來拒去留,增縮減擴”。
而對我們今天這個問題,最重要的部分就是這個“來拒去留”。

▲物體會在圈中緩慢掉落,這個現象看起來非常神奇
根據電磁感應定律,我們可以知道,導體在靠近磁體的磁場時,會隨着切割磁感線的方向產生感應電流。而感應電流本身產生的磁場與當前所處的磁場是相反的,即“增反”,阻礙導體與磁場的靠近,這也就是所謂的“來拒”。
因此,如果我們放置一塊強磁鐵,然後用鋁、銅等本身沒有磁性的優良導體靠近或原理磁鐵,就會基於這一原理產生阻力,表現出“來拒去留”的特性,阻礙兩者之間的相對運動,這就是所謂的電磁阻尼。

而且,電磁阻尼的阻力大小與導體和磁體之間的相對速度是成正比的。兩者的相對速度越大,阻力也就越大。如果以較快的速度靠近,形成的電磁阻尼也比較大。當然,這種阻力也受限於磁體本身的磁力,你用家裏冰箱貼上的磁鐵肯定是什麼也擋不住的。
前些年軍武菌看到過一個新聞,説是有人找到銀行,説自己購買的金條可以被磁鐵吸取。視頻裏這名男子使用磁性極強的釹磁鐵靠近懸空的金條,隨後快速靠近和遠離金條,金條也隨之發生了輕微的晃動,因此他認為金條成分不純,裏面很可能含有鐵。

但事實上,只要學過高中物理的人,都能搞明白這裏面的原因——黃金同樣是一種導體,使用強磁鐵靠近金條,當然會讓金條發生電磁感應現象,從而表現出“來拒去留”的現象!可惜的是,不論是當事人、銀行職員還是新聞記者,估計都把知識還給物理老師了。
而具體到電磁彈射器上,情況也是一樣的。只要彈射器的滑塊上使用了鋁或銅一類的導電材料,並在彈射軌道的末端設置一塊強磁鐵,就可以實現彈射器的短時間制動。而且不論電磁彈射器以什麼樣的速度彈出,只要在安全範圍之內,都能夠利用電磁感應效應迅速完成剎車。

▲這就是電磁阻尼的效果
事實上,這種電磁製動原理在我們的日常生活中是經常能見到的,其中最常見的就是過山車和跳樓機。現在的過山車基本上都採取了電磁製動結構,在高速狀態下也能迅速完成剎車,而且對制動系統幾乎沒有任何磨損,安全性和耐用性大幅提升。

▲遊樂場裏的跳樓機就是這種原理來剎停的

▲過山車上也廣泛使用了這套制動系統
不過,正如前面説的,電磁阻尼的阻力和相對速度是成正比的,如果兩者的相對速度非常慢,產生的阻力就會小得忽略不計。所以在視頻裏我們可以看到,這個滑塊並不是直接減速到靜止的,而是瞬間剎車之後,又向前低速滑動了一小段,這才完全停下來。

所以説,電磁彈射器的“瞬間剎停”原理其實非常簡單,沒有什麼高深的原理,用中學物理知識就能解釋清楚。軍武菌建議大家把這篇文章好好多讀幾遍,下次陪女朋友坐過山車的時候,就有吹水的資本了!