福建艦入列,中國正式進入三航母行列,全球唯一的常規動力電磁彈射航母,也是這是人類歷史上唯一具備第五代戰機電磁彈射的航母。電磁彈射可以讓艦載機滿油滿彈起飛,中國海軍的遠海作戰能力大幅度提升,徹底突破島鏈封鎖,作戰半徑覆蓋西太平洋第二島鏈。
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1、都是電磁彈射,有什么區別?
此前,殲-15T、殲-35和空警-600三型艦載機,成功完成在福建艦上的首次彈射起飛和著艦訓練。這是我國航母發展歷程中取得的又一次突破,標志著福建艦具備了電磁彈射和回收能力。
中國完成了從滑躍式起飛到電磁彈射的跨越式發展,中間跳過了美國的蒸汽彈射。雖然美國福特級航母早已服役,但是其電磁彈射一直不穩定,目前為止沒有成功彈射F-35。蒸汽彈射是鍋爐燒水高壓蒸汽推動活塞,能量轉化效率大概只有5%,電磁彈射就是采用電磁的能量來推動被彈射的物體向外運動,其實就是電磁炮的一種形式,理論傷的能量轉化效率可以超過60% 。
美國的福特級航母采用的是中壓交流和飛輪技術,航母多余的電力放到飛輪中,將電能轉化成高速旋轉的飛輪動能儲存,彈射時飛輪反轉,將動能再轉化成電能。飛輪屬于機械結構,高速運轉導致故障率比較高,飛輪能量損耗也比較高,四條彈射器串聯設計,一處故障易導致全系統癱瘓。
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中國福建艦電磁彈射系統采用的是中壓直流、飛輪和超級電容技術,能量轉化率能達到90%,中壓直流發電機向超級電容充電儲能,彈射時電容瞬間放電,高功率直流電驅動電磁線圈。在總功率相對有限的情況下,可以更高效地管理和分配能量,滿足電磁彈射瞬間的巨大功率需求,一次彈射需要約60-100兆瓦。
美國吃虧在了立項更早成為先進技術的先烈,當時沒有辦法解決大功率逆變器和超級電容的儲能密度,所以選擇了更為保守的機械飛輪儲能,可以說美國點錯了科技樹,想要再轉變就難了。中國的特高壓領域技術等方面的積累讓中國徹底把電玩明白了。
2、電動車的W16引擎:軸向磁通電機
2021年,奔馳收購YASA,成為奔馳旗下的高性能電機子公司,這家公司專注于研發用于AMG純電車型的 AFPM(軸向磁通永磁電機)。
2025 年10月,YASA發布研發的軸向磁通電機的原型機,核心單元僅重12.7公斤,能爆發出的峰值功率是750千瓦(超1006hp)的最大功率,功率密度達到59kw/公斤。單臺電機的持續輸出功率350–400kW,注意這是單個功率,這個重量和體積可以很輕松做成4電機布局。長度可以縮小到1/3,重量可以減輕到到1/3。
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目前國內量產純電車電機功率密度最高的是16.4kW/公斤,是比亞迪的超級e平臺的3萬轉電驅總成。其次還有昊鉑夸克電驅功率密度可以做到13kW/公斤,小米的超級電機V6S可以做到10.15kW/公斤的功率密度。
徑向磁通電機磁通路徑垂直于電機轉軸,能量損耗較高。軸向磁通電機的磁通路徑和電機轉軸方向一致,這種設計縮短了磁路,減少能量損耗。
電機,你可以把它想象成一個“磁鐵版”的捉迷藏游戲——定子和轉子就像兩塊磁鐵,一個追,一個跑,這個“你追我趕”的過程就產生了旋轉的動力。
異步電機,定子通交流電后產生“旋轉磁場”(并非固定磁鐵,而是磁場在持續轉動),相當于“主動跑”的一方。轉子在旋轉磁場的作用下感應出電流,進而產生自己的磁場,被定子的旋轉磁場“拖著跑”(因轉子轉速始終略慢于定子磁場,才會持續感應電流),形成“你追我趕”的旋轉動力。
永磁同步電機的定子通交流電產生旋轉磁場(主動“追”)。轉子本身就是永磁體(自帶固定磁場),被定子的旋轉磁場“吸引著跑”,且兩者轉速完全同步,實現更高效的旋轉。
目前市面上絕大多數電動車用的是徑向磁通電機,你可以把它腦補成一臺滾筒洗衣機:磁場是沿著半徑方向轉圈的,就像滾筒一樣繞著中心軸“滾”著轉。這種結構像個圓筒,占空間,尤其是長度比較突出,所以也叫“臥式”結構。
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而軸向磁通電機則更像兩片對扣的CD盤,磁場是沿著軸心方向“面對面”旋轉的,就像兩張光盤貼在一起轉。它的結構是“立式”的,所以可以做得非常薄,像個薄餅,也因此被稱為“盤式電機”。
既然軸向電機又薄又輕,為什么現在路上跑的電車大多還是用徑向電機呢?關鍵在于兩大難題:散熱和制造精度。
散熱難:想象一下,把一個高性能電機塞進一個像披薩一樣薄的盤子里,它產生的熱量怎么快速散出去?徑向電機像個桶,散熱面積大,而軸向電機是扁的,熱量容易“悶”在里面,需要非常精巧的冷卻設計才行。
制造精度要求極高:兩個盤子之間的氣隙極小,對平整度要求達到微米級——差不多是一根頭發絲的幾十分之一。一旦裝配有偏差,高速轉動時就可能蹭到一起,導致電機報廢。這也使得它的生產成本高、良率低,主要用在F1賽車、航空航天或者法拉利SF90(參數丨圖片)、柯尼賽格Regera超級跑車這些不計成本的領域。
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技術領域的突破就是更高的效率、電磁彈射如此,電機亦如此,軸向磁通電機目前國內的幾家公司也在研發,比如嵐圖是中國乘用車領域首個發布軸向磁通電機的,單電機的峰值扭矩可以做到680Nm,比徑向電機體積小50%,重量輕50%。
可以類比為燃油車的W16引擎,是電動車領域的技術高點,燃油車時代大馬力多缸引擎解決動力問題,電動車軸向磁通電機再解決動力之外,還能騰出更多的車內空間,讓電動車的使用場景更豐富。
3、異曲同工的獨門絕技:直線電機
說到電磁的應用,必須談一下仰望U7云輦-Z懸架,這是打破了汽車一百年來機械結構懸架的傳統,用直線電機徹底取代了傳統的彈簧和液壓減震器,是汽車底盤技術的一次根本性改變,電磁炮其實也是直線電機。
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每個減震器內都裝有一個直線電機,其峰值功率達50kW,相當于70匹馬力,能在5毫秒內完成伸縮動作,響應速度極快,比傳統液壓懸架快20倍。精準的車身姿態控制,系統每秒可進行1000次自適應調節,將車身波動控制在±2毫米以內。
直線電機由定子和動子組成,定子連接塔頂,動子連接下擺臂。定子內有電磁模塊,由金屬和線圈組成,動子則是永磁體。通過給電磁模塊通入帶有方向性的電流,使其與永磁體產生吸力或斥力,從而控制懸掛的運動和支撐力大小。
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傳統電機定子和轉子是旋轉運動,直線電機的定子和動子是上下平行布置,定子和轉子產生垂直于運動方向的磁場,實現直線推力,類似于磁懸浮列車,和減震器的壓縮復原類似,做直線往返運動。
直線電機將電能轉化為動能,控制車身運動,也能吸收振動,在減震過程中,直線電機的動子運動會產生感應電流,系統可將其回收并為電池充電。在城市工況下,這能為車輛每百公里回收約0.8kWh的電能,相當于增加約5%的續航里程,越顛簸,越節能。
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除了福建艦的電磁彈射、仰望U7的直線電機,還有電磁線圈炮、電子對抗、6G太赫茲波段通信、無線電力能源傳輸、交通等等都和電磁緊密相關,電磁技術將貫穿各個維度,制電磁權就是制信息權。誰能把電玩明白,誰就掌握了主導權。
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