003航母福建舰在11月26日进行电磁弹射测试,中国社交媒体上沸腾了,各路网友都在祝贺中国航母的突破性进展。但在太平洋彼岸的美国其实比中国人更关注,美国海军新闻网在26日当天发文关注中国航母电磁弹射测试的进展,而一向对中国不友好的某某之音也刊文指出,中国电磁弹射是全球第二,并且中美路子不同,中国可能不会再出现美国福特号航母的致命故障

美媒: 全球第二! 中国航母已电弹测试

美国海军新闻网上的这篇文章很像是官方的风格,冷冰冰的,没有什么态度,不过指出了一点,中国海军的第三艘航母已经完成了里程碑式的测试:电磁弹射静载荷成功,一辆小车被弹射到了航母前方100多米外的开阔水域中。

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报道表示,一艘大型驳船已经从福建号航母前方的系泊位置上被移开,为电弹测试做了让路,航母的弹射器上“发射”出的测试小车落在前方激起了巨大的水花。

报道称这种被称为航母弹射器的“静载荷测试”很常见,航母海试前以及大修后都会进行测试,比如福特号在2015年就曾进行过下水前的“静载荷”测试,而近期则是法国戴高乐航母在土伦军港进行了大修后的“静载荷”测试。

“戴高乐”号航母弹小车测试

这是中国航母的重要进步

报道表示尽管“静载荷测试”很常规,但对于中国海军来说是第一次,并且还是电磁弹射器测试,这是一项突破性的进展,顺利通过测试表示中国海军的第三艘航母将正式进入海试流程,尽管还不知道需要多久才能正式海试,但在静载荷测试过后应该会很快进行。

不过海军新闻网表示,美军福特号是在2015年6月进行“静载荷测试”的,但到了2017年才进行真正的海试,考虑到中国航母的EMALS(电磁弹射系统)与美国的并不是一条路线,因此中国海军的福建舰应该不会遭遇福特号同样的问题。

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福特号弹射测试小车

某某之音:中国航母不会再犯福特号的错

与海军新闻网的报道相比,某某之音的报道雷同的很多,应该是摘抄了大部分段落,但有一点描述差别很大,也就是对装备了电磁弹射器的福建号航母的态度,该报道认为福建号将在很大程度上开始威胁美军:

这艘超级航母排水量超过8万吨,长度约316米,约可搭载40架战机,每小时航速达30至31浬(约57公里),预计2025年完成海试拨交服役后,可持续完备解放军在台海周边的反介入/区域拒止(Anti-Access/Area Denial,简称A2/AD)能力,更有能力推迟或阻止美军进入战区协防台湾。

不愧为某某之音的报道,很快就抓住了关键点,但数据应该有些问题,福建舰搭载40架战斗机应该是不止的,WIKI资料称其可以搭载60架战斗机,并且由于装备了电磁弹射器,可以很快的速度弹射重载战斗机起飞,并且也能搭载固定翼预警机,与美军航母战斗力不相上下。

因此该报表示,福建号航母的设计目的是用于“后美国时代的亚洲环境”,将会直接挑战美国在西太平洋上的海上力量,并且很有可能将成为一个强劲的对手。不过该报道同时还引用了华盛顿智库中国军力专家马修·富奈奥尔的说法:“后美国亚洲”的说法用词不当,这是一种思维缺陷,因为美国不会撤回对该地区的承诺和存在。

另一个说法则是与海军新闻网的说法一致称中国福建号航母的技术路线与福特号相差很大,两者不具可比性,福特号测试的结果不能拿来对比福建号的测试,言下之意是中国的福建舰可能不会遭遇福特号航母碰到的那些问题。

电磁弹射居然还有两条技术路线?

估计很多网友都被海军新闻网以及某某之音的报道给弄懵圈了,怎么会有两条路线?难道还有另一种电磁弹射原理?因为电磁发射有关的就是轨道发射、线圈发射以及重接线圈发射三种模式,能用于电磁弹射的应该只有重接线圈发射方式。

虽然轨道发射原理简单,只要两条同上直流电源的轨道,中间接通的导体会在洛伦兹力的作用下被发射出去,简单到极致但只适合高速小质量的发射,比如电磁炮,但却不太适合用于发射战斗机的电磁弹射器。

轨道炮原理图

线圈发射也比较简单,但由于线圈发射的封闭结构以及电磁弹射必须开口的特殊结构,两者似乎很难将功能整合到一起,最后只剩下重接线圈发射方式,这种使用“断开”的开口线圈,重接磁场作用下的非铁磁材料中感应出涡电流,再被磁场驱动的发射模式非常适合电磁弹射。

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这种发射方式还可以多个线圈并联让载荷能力增加,适合发射重载低速的问题,特别适合用来作为电磁弹射器使用,尽管中美两国都没有公开过电磁弹射器的设计图纸,但根据判断很容易确定就是这种模式,中美两国极有可能都采用了重接线圈发射的电磁弹射器,完全不存在两种技术路线,妥妥的殊途同归!

电磁弹射器原理一致:但供电路线却真是两条路线

相信很多网友都知道了,这就是舰载综合电力系统的中压交流与中压直流系统之争,传统的模式是将主发动机通过变速箱将发动机转速匹配到主轴的螺旋桨转速,而所谓的舰载综合电力系统的原理就是船用发动机只管发电,然后通过舰载综合电力系统将这些电力分配到各个系统,比如输送给主推进电动机,还可以使用变频器改变频率,完成变速甚至反转的要求。

直接推动主轴不好吗?为什么还要搞船用电力推进,因为通过变速箱推进有几个难以解决的问题,第一个就是需要有一个匹配功率输出的变速箱,不仅质量大,而且还需要维护,一旦损坏维修非常麻烦。

另一个就是噪音很大,对民用船舶无所谓,但军舰以及潜艇却很敏感;还有一个就是推进主轴会穿过多个底舱,不仅布置麻烦,还会引发低频震动;另外船上还需要各种辅机,到处都是柴油发动机与发电机,排烟与通风系统布置起来十分麻烦。

船用综合电力系统就解决了这个问题,主发动机发的电通过船用综合电力系统配电输送的各处,如果功率不够,辅机随便在船舶的哪个位置布置一台,然后并网发电即可,不同容量的发电可以在综合电力系统的配电下协调完成船舶工作。

但是问题来了:用直流还是用交流?

在民用输电线路中交流有优势还是直流有优势?相信各位一定会回答是交流!因为特斯拉的交流电和爱迪生直流电大战在100多年前就给出了答案。原因很简单,交流电非常适合远距离输变电,因为可以使用最简单的设备:变压器将低压变高压,然后可以长距离输电到需要用电的区域,再变压成适合的电压即可,并且现有的输变电线路都是用的交流机制,从理论上来看,大部分配电设施直接就可以搬到船上使用。

因此美国在1990年代开始发展船用综合电力系统时直接就采用了交流电体制,确实也很方便,使用上也没啥问题,因此美军开始在战舰上推广使用中压交流的总和电力系统,在电磁弹射开始研制后也很自然采用了中压交流体制。

交流体制的电磁弹射系统与直流体制的电弹有啥区别?

如果是直接发电直接使用的话,直流与交流的区别还真不大,比如有网友将超高压直流输电系统的优点搬到中压交流与直流中说说是不合适的,因为中压和超高压差别很大,但中压交流与直流在平衡的输电系统中表现都不错,不过随着能量武器的发展,这种平衡就被打破了!

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激光武器、电磁炮、电磁弹射是舰载“能量武器”的三大使用方向,其特征是短时间内使用功率极大,舰载电力网完全无法适应这种高功率武器,只能使用储能系统应对这种极高功率的使用环境,到这里理工科的网友应该有点明白了:

交流电不方便储能,直流电方便储能

船用交流电储能有两种方式,一种是使用离心储能的盘形电机,储能时用电机带动自身离心储能盘,发电时将电机切换到发电模式输出交流电,这几乎是唯一一种能直接输入交流并且输出交流的储能方式。

飞轮储能

也不是很麻烦,只是离心储能的盘形电机体积还是比较大而且还得成对使用消除力矩,估计各位也能计算出一个储能XXXX焦耳的离心盘需要多厚多大直径与转速,笔者曾简单计算过,一架40吨重的重型战斗机每次弹射大约耗电为50度(50%效率),也就是180,000,000焦耳,各位去计算离心盘直径与厚度以及转速,看看谁算的对。

交流储能也能用电池或者超级电容储能模式,但需要有一个换流过程,将交流转换成直流储能,使用时再将直流转换成交流储能,也不是不行,只是一来一去耽误事,而且效率还是另一制约问题。

中压直流就没有这个问题了,因为本来就是直流制,而且还不存在交流并网时的各种相位与谐波问题,直流电还要电压一致就可以了,比交流并网省事一个数量级,当然更关键的还是在弹射系统用电设备上。

弹射系统说到底就是协调多个受控的电磁线圈,在不同时期接入不同的电源,并且还挨个接通,这个控制电源你猜用什么电源?当然交直流都可以,但学电子的朋友都知道,就算是变频器也得先将交流变成直流,然后再从直流逆变成不同频率的交流。

变频器原理图

而电磁弹射使用交流的话,又得从电网的交流变成直流,再将直流变频,再输往电磁弹射线圈供电,交流在这个过程中得转来转去变很多次,而直流却没这么多问题,只需要在使用阶段将直流转换成需要频率的电源即可。

中压直流也不是没问题,因为在需要交流的场合需要变流,不过现在也可以使用直流电机,比如成熟的无刷电机,并且使用交流的场合也可以使用逆变设备,早期功率电子技术不行,所以从直流变成交流电很麻烦而且效率偏低,问题很大。但现在有了IGBT以及最新的功率电子技术SiC技术后,效率与稳定性都很高,我国的高铁早就用这种成熟技术N年了。

福特号用的中压交流体制,这是时代的局限,美国在发展综合电力初期也只能选择交流体制,依附在这个交流体制上的电弹也不得不采用交流体制,越复杂的子系统问题就会越多,可以说船用综合电力的中压交流问题是娘胎里带出来的。2021年6月份,福特号的4条电弹同时出故障,导致航母无法弹射战斗机6天,这要是在作战的时候出故障,估计福特号早就在第一波攻击中就噶了。

反观中国并不存在这种低级问题,新浪军事曾在2017年22月5日报道,中国海军少将,尹卓老师在接受央视采访时表示,中国海军歼-15舰载机在电磁弹射方面弹射早已进行测试过了,到现在都已经有数千次了,并且无故障时间远超福特号公开的记录。

要将中压交流体制改为直流也不是不行,但要将中压交流体制切换成直流体制,需要大量的技术储备,美国人有这技术,各个子系统怎么都得“久经考验”的测试下吧,一个个测试通过,再组合起来海试几年,没问题了再量产,然后这个提案再在国会卡上几年,估计十几年就这样过了,然后中国海军已经从中压直流升级到了高压直流,这就叫做代差!

科技树点错了是很可怕的,美国已经错了不止一次了,比如美军搞出过“濒海战斗舰”这种浅水作战的“神器”,还搞过“朱姆沃尔特”这种变态的“怪物”级驱逐舰,最终还不是因为不适合美国海军而被提早退役以及停止后续舰的建设,然后回过头来造阿利伯克级的升级版DDX级驱逐舰,真是让人笑话。

所以美媒说的,中国的福建舰可能不会遭遇福特号航母碰到的那些问题不只是表面那层意思,还有很深的含义,美国人自己也想看看,这个不同体制的玩意儿到底是哪个更优秀呢?