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山東艦改電磁彈射,可行嗎?

由 楊叔洞察 發表于 綜藝2023-01-07
簡介福建艦採用常規動力加綜合電力系統,一樣能支撐電磁彈射上艦:8個蒸汽鍋爐兩兩一組分別驅動四臺蒸汽輪機,透過變速箱分出動力驅動發電機連線綜合電力系統

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前幾天在網上看到這樣一組圖——升級版山東艦:可以看到,除了把艦島升級為福建艦的款式,最重要的就是在左舷甲板安裝了一部電磁彈射器。這樣一來,新航母集兩種起飛模式與一體,電磁彈射就能支撐艦載固定翼預警機上艦,豈不美哉。那這種做法真的可行嗎?具體說說吧。

山東艦改電磁彈射,可行嗎?

如果硬要這麼改,理論上不是完全行不通,但實操基本行不通。首先要在甲板上安裝電磁彈射器可不是畫圖這麼簡單的事。在之前福建艦下水那期,我就詳細講過電磁彈射的原理和技術難點:電磁彈射是個電老虎,能否上艦的關鍵在於平臺本身的發電和供電能力。

你想:要把二三十噸重的艦載機在幾秒內加速到200多公里每小時的起飛速度,所需的能量是驚人的。為了在瞬間提供這麼大的能量,就得先儲能。

山東艦改電磁彈射,可行嗎?

此前蒸汽彈射器的辦法是用一個巨大的儲壓罐,從動力輪機組匯出高壓蒸汽。需要的時候就充入彈射氣缸,憋著勁,一鬆開就瞬間把飛機彈射出去。但這就像火炮,一開始牽引力很猛,後面衰減的很快,瞬間的加速對艦載機和飛行員也很不友好。而且連續多次彈射後,儲壓罐罐的蒸汽壓力下降,只能停止使用等壓力恢復。

山東艦改電磁彈射,可行嗎?

而電磁彈射是把電能轉化為電磁力,只要供電能力夠,就能一直彈射,而且電磁彈射器可以對目標的全程加速做功均勻執行,蒸汽和電能,兩種功質的效能就決定了電彈先天就優於蒸彈。蒸汽彈射儲能用的是蒸汽壓力罐,而電磁彈射儲存的就是電能,儲能裝置有兩種技術路徑:福特級用的是飛輪儲能,福建艦大機率也是飛輪。

山東艦改電磁彈射,可行嗎?

在一個真空容器中放一個轉子,透過磁懸浮軸承漂浮在空中,最大限度杜絕摩擦力。儲能的時候當電動機,放電的時候當發電機,每分鐘轉速5萬轉,在幾十毫秒內釋放120億焦的電能,再次充放電的準備時間只有45秒。短時間內飆升的用電量考驗軍艦的發電能力,這裡不是說發電總量,而是瞬間的供電能力,拼的是爆發力,而且要多次爆發。

山東艦改電磁彈射,可行嗎?

那此前軍艦的動力和發電系列是分開的,推進動力一般用大功率的蒸汽輪機,發電一般用柴油機供給全艦用電。這裡有個經典錯誤:要上電磁彈射必須上核動力!事實並非如此,因為即使是核動力的尼米茲級,用兩臺A4W反應堆驅動四臺蒸汽輪機,它的核反應堆不是用來發電的,而是主要作推進動力。

山東艦改電磁彈射,可行嗎?

發電是用8臺汽輪發電機組,提供的電力可供一個10萬人口的城市使用。但即使如此,它的瞬時發電功率只有64MW,四臺電磁彈射器全功率執行需要65MW,不足以支撐上艦。

所以要上電磁彈射就必須有一套智慧配電裝置,把整艘軍艦的發電量集中起來,透過中央電網的調配為不同裝置輸送符合其需求的工作電壓;同時整艘船的發電功率都在動態變化中,需要一套穩壓系統保證低功率時電壓不會過高,高功率時不會過低,這就是福建艦採用的綜合電力系統。相比福特級採用兩臺A1B反應堆和綜合電力系統,發電能力是尼米茲級的3倍才足以支援四部電磁彈射器。

山東艦改電磁彈射,可行嗎?

福建艦採用常規動力加綜合電力系統,一樣能支撐電磁彈射上艦:8個蒸汽鍋爐兩兩一組分別驅動四臺蒸汽輪機,透過變速箱分出動力驅動發電機連線綜合電力系統。

福特級用核動力發電,我們用常規動力發電,其實只是換一種燒開水方式。所以要上電磁彈射,標配是綜合電力系統,如果山東艦真的要安裝電磁彈射器,就必須開膛破肚,重新佈置全艦的動力和發電系統,從工程量和成本方面考慮,這很難辦啊!。與其折騰一艘老航母,還不新造一艘呢?

山東艦改電磁彈射,可行嗎?

而在福建艦之後,對於中國後續的航母方案。我們也可以大膽猜測一下:由於臨時修改彈射器方案,導致福建艦現有的甲板設計存在一些小bug,相信這些在下一艘航母上很容易得到修復。

山東艦改電磁彈射,可行嗎?

除此之外,從技術成熟角度考慮,福建艦沿用了前兩艘航母的蒸汽輪機,這其實已經算是落後的動力系統了。蒸汽輪機是100多年前的產物,與無畏艦同時代的老古董。

山東艦改電磁彈射,可行嗎?

從熄火狀態到啟動,先重油點火,把鍋爐水燒沸騰,直到變成400度以上的高溫高壓蒸汽,才能驅動蒸汽輪機。所以福建艦如果是冷啟動,先燒十幾個小時開水吧。美國核航母用蒸汽輪機是沒有辦法,畢竟你還是燒開水嘛。

而現在先進的常規動力航母一大趨勢就是燃電動力,其實綜合電力最好應該是像女王級那樣用燃氣輪機發電,體積小、啟動速度快、功率密度大。但目前咱們還沒有對標MT-30的,這種大功率艦用燃氣輪機嘛,先用蒸汽輪機解決有無問題。

山東艦改電磁彈射,可行嗎?

等咱們解決了大功率艦用燃氣輪機,甚至未來咱們的航母都可以走高低搭配的路子:高階的用核動力加綜合電力加電磁彈射,低一檔的常規動力用燃氣輪機加綜合電力加電彈。核動力貴嘛,用燃電動力版的,就可以批次建造。

另外隨著綜合電力系統在軍艦上應用成熟,受益的可不光是航母電磁彈射器,如果055也用了綜合電力系統,就可以省去齒輪箱、軸系一大堆機械裝置。垂髮就可以做的更深,可以帶更大的導彈:對標美國標準3的新型海基反導攔截彈。有了足夠的供電能力,電磁炮上艦也不是問題。

山東艦改電磁彈射,可行嗎?

而除了水面艦艇,綜合電力系統對於潛艇的一項革命技術也是關鍵——無軸泵噴推進,馬偉明教授的另一項黑科技。那這個技術到底是怎麼回事?對於咱們國家下一代核黑魚又有什麼意義呢?這方面內容,我之後會詳細講,今天的內容就聊到這裡。