2022年6月17日,我國首艘電磁彈射航母—福建艦,在江南造船廠順利下水,并于2025年9月完成三型艦載機(殲-15T、殲-35、空警600)的彈射起飛和降落。
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現在網絡上有一群人,總認為國外的月亮是圓的,國外的軍事裝備就是比國產裝備強,這種自卑心理讓人十分可笑。
那么,美國的核動力航母福特艦,同樣是采用電磁彈射技術,至今都還沒有彈射F-35C艦載機,而福建艦已經成功彈射殲-35艦載機,它和福建艦又有何技術差距呢?
1.電磁彈射技術差距
首先,福特艦作為全球首款電磁彈射上艦的航母,但是技術成熟度不足,在彈射系統方面故障頻發,至今還沒有達到美國軍方的設計要求,成為制約福特艦戰斗力的短板。
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然后,福建艦作為全球第二款電磁彈射航母,采用的是和美國中壓交流和飛輪儲能技術不同的,中壓直流和超級電容技術,故障率僅為福特艦的七分之一,軌道壽命高,能耗也是更低。
其實,電磁彈射的本質,便是將航母電網的電能,在瞬間轉化為艦載機起飛所需的動能,這就需要完成能力存儲、快速釋放、精準控制三個關鍵動作。
很多人質疑,為何美國人不采用中壓直流技術,直流技術究竟有何難點?
我們先看電磁彈射,被加速的艦載機總重3萬噸以及3萬公斤,加速長度100米,加速時間2.2秒,艦載機末端速度85米每秒就需總耗電能38度,瞬間功率6萬千瓦。
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當時,福特號在20世紀90年代立項,但是美國國內沒有任何一家公司,能夠拿出功率高達6萬千瓦的變頻器,以及儲能40度電的超級電容,而那時更沒有超大功率的逆變器技術。
同時,后來的逆變器技術,還是通過特高壓直流輸電才研發而來;所以福特艦就只有一個選擇,上架不需要逆變器的異步電機。
但是,新的問題隨之又產生了,發電機直接進行供電時,一旦遇到電磁彈射這種瞬間高負載,發電機的轉速,也就是發電頻率會往下掉,而且也沒有任何動力裝置,可以快速調整轉速,穩定頻率。
后來,美國工程師為了穩定頻率,就想到飛輪技術,依靠巨大慣性,不讓發電機的轉子轉速下降,而且通過搭配的異步電機還有個優點,那就是轉速超過同步轉速,就能自動變成發電機,回收動能也是十分方便。
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但是,缺點也十分明顯,由于飛輪內部是機械結構,在每分鐘數萬轉的速度下,軸承、密封和支撐結構很容易產生損壞。
同時,更加麻煩的是,飛輪釋放能量時會產生劇烈的反向電流波動,也會直接干擾航母電網的穩定。
根據美國官方測試數據顯示:單臺飛輪的平均無故障時間不足500小時,而航母全壽命周期內需執行數十萬次彈射任務。
那么,這也意味著飛輪需頻繁更換,幾乎無法滿足實戰需求!
為解決這個問題,美國人也使用最粗暴的方式,既然一個飛輪不行,那就直接上四個飛輪,并采用多部件并聯設計。
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比如艦載機降落時,高速拉動的纜繩就會帶動電機發電,電直接進入航母電網,電網電壓升高以后,原本的發電機就會變成電動機,從而實現電能的儲能。
所以說,美國的這項交流電技術,還是十分穩定和成熟可靠的!
其實,福特艦的電磁彈射技術路線,并非是錯誤的、不可取的,而是由于當年受技術水平限制,和軍費的支持影響,美軍只能采取技術更成熟的中壓交流技術。
當然,一旦掌握了特高壓直流輸電,就會研發超大功率直流交流逆變器,而這個逆變器就可以讓彈射器實現直流供電。
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所以說,福特號的交流電推進系統為兼容飛輪,保留了大量冗余設備,比如變壓器和整流器,這就讓其后期改造為直流系統的成本,已經相當于新建一艘航母。
說白了,福特艦不采用超級電容,就是因為沒有掌握大功率逆變器技術,超級電容的能量密度太低,而且錯失了向直流電力系統轉型的關鍵窗口期。
反觀福建艦的中壓直流發電機,直接向超級電容組充電,儲存電能。和福特艦的飛輪儲能相比,超級電容有個最大的優點,那就是充放電時間短,幾乎是毫秒級響應。
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再加上20世紀80年代,我國早就啟動了電磁彈射技術研制工作,而且還同步啟動超級電容和中壓直流技術,而國內的高鐵發展和特高壓輸電,都為電磁彈射直流技術提供了寶貴經驗。
2.航母艦載機起降
首先,航母的戰斗靈魂就是艦載機,而起降系統又決定了作戰核心,艦載機的種類和性能,又決定了航母的戰場生存能力和戰斗適應力。
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無論是福建艦,還是福特艦,兩艘航母都是采用電磁彈射系統,但是電力架構完全不同;福特艦使用核動力加全電化解決方案,采用傳統的中壓交流電力系統,通過飛輪和變電技術供應電能釋放。
但是,該系統的可靠性不足,經過多年調試,福特艦的彈射系統依舊在改進當中。
福建艦,采用常規動力,外加全電化的跨越式發展路徑,采用先進高效的中壓直流電力系統,可以直接從航母電網取電,無需發展變電壓過程,能耗小,效率高,完全領先于福特艦。
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在重型艦載機方面,福特艦的先天優勢不足,目前僅能彈射中型艦載機F18-A超級大黃蜂,而福建艦全面領先,已經超過驗證全球第一款電磁彈射型號的重型艦載機殲-15T,而這也是時間上唯一在役的重型艦載機。
在第五代隱身艦載機方面,福特艦自研首發F-35C艦載機,但是至今也沒有在福特艦上完成彈射起飛和降落,有傳言說是美軍害怕F-35C出現彈射起降事故。
反觀福建艦,可以說是后發制人,用真實的起降訓練向全世界宣布,殲-35已經成為全球第一款電磁彈射起飛的第五代隱身艦載機。
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美國肯尼迪號航母
所以說,目前都福建艦,在各方面都是完全領先于美國的福特艦,當然就看福特級二號艦(肯尼迪號)的電磁彈射技術水平如何了!
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