福建艦是全球第一艘能電磁彈射五代戰(zhàn)斗機的航空母艦,搭載著高威懾力戰(zhàn)機、預警機。當它完成電磁彈射起飛的瞬間,我們所見證的不只是一次裝備測試,更是中國海軍突破技術壁壘、躋身全球航母頂尖梯隊的歷史性時刻。
電磁彈射的原理其實并不復雜,哪怕是小學二年級的知識水平,也能理解其核心邏輯。當線圈通電后,會產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場力,將置于軌道上的磁鐵吸附向線圈中心;
而關鍵在于“斷電時機”,只要在磁場電流剛抵達中心時立刻阻斷,失去磁力束縛的磁鐵就會憑借慣性繼續(xù)向前沖刺。把兩個這樣的電磁線圈對稱安裝在軌道兩側,就能完成一次基礎的彈射動作;
要是覺得推力不足,只需在軌道延伸方向不斷增加線圈數(shù)量,通過多組線圈接力發(fā)力,就能形成足以推動艦載機的強大動力,這便是電磁彈射器的底層原理。
可原理易懂,落地卻難。真正的挑戰(zhàn)在于如何將這套系統(tǒng)搬上航母,并實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的運行,要知道,全球范圍內(nèi)目前僅有兩艘航母采用了電磁彈射技術,一艘是美國的核動力航母“福特”號,另一艘就是中國的常規(guī)動力航母福建艦。
此前,外界不乏質(zhì)疑聲:福建艦遲遲未公開電磁彈射畫面,是不是遇到了技術瓶頸?這種疑問并非毫無依據(jù)。
畢竟美國為研發(fā)“福特”號的電磁彈射系統(tǒng),前后花費了20多年時間,投入資金高達32億美元,可即便如此,該系統(tǒng)至今仍問題頻發(fā)。
按照設計指標,“福特”號的電磁彈射器應實現(xiàn)“每4100次彈射出現(xiàn)1次故障”的可靠性,但實際測試中,無故障彈射次數(shù)僅能達到400架次,這樣的故障率讓美軍高層難以接受,甚至一度考慮換回蒸汽彈射。
也正因如此,有人質(zhì)疑:連核動力的“福特”號都沒能徹底攻克電磁彈射難題,常規(guī)動力的福建艦,真能實現(xiàn)突破嗎?
事實給出了最有力的回答。如今官方已公開福建艦的電磁彈射畫面,更關鍵的是,我國自主研發(fā)的五代戰(zhàn)斗機在航母上完成了全步驟起飛,這一幕,連美航母福特號至今都未能實現(xiàn)。
盡管“福特”號在設計之初就標注了“兼容F35C”,但受限于彈射系統(tǒng)的技術問題,該艦目前的測試仍以F/A-18“大黃蜂”戰(zhàn)機為主,F(xiàn)35C想要上艦,暫時還只能依賴傳統(tǒng)的蒸汽彈射。
那么蒸汽彈射究竟有哪些難以克服的短板?首先是能量效率極低,僅有4%至6%,大量能量在轉化過程中以熱能形式浪費;
其次是體積龐大,整套系統(tǒng)需要占據(jù)航母底層大量空間,擠占彈藥、燃料的儲存區(qū)域;而電磁彈射的能量效率能直接提升至90%,體積和重量卻只有蒸汽彈射器的一半左右,大幅優(yōu)化了航母內(nèi)部空間布局。
更重要的是,蒸汽彈射的輸出功率調(diào)節(jié)范圍極窄,推力最小閾值較高,根本無法彈射重量較輕的無人機,這在無人機逐漸成為海戰(zhàn)重要力量的當下,無疑是致命短板;
而電磁彈射的推力則可實現(xiàn)精準調(diào)控,從幾噸重的輕型無人機,到三十多噸的重型艦載機,都能根據(jù)需求調(diào)整動力,完美適配不同機型的起飛需求。
從公開畫面中還能直觀看到兩者的差異:蒸汽彈射的戰(zhàn)機離開甲板后,會先出現(xiàn)一段短暫的下落,隨后才能拉升升空。
這是因為蒸汽彈射的動力來自高壓蒸汽,初始階段爆發(fā)力極強,但隨著蒸汽壓力下降,末段推力會快速衰減,不僅容易導致戰(zhàn)機離艦時姿態(tài)不穩(wěn),還會因初始過載沖擊過大,縮短戰(zhàn)機的結構壽命。
而我國的福建艦的整個加速過程均勻平滑,推力始終保持穩(wěn)定,從畫面中能清晰看到,空警600尚未完全離開甲板,機身就已平穩(wěn)升空,沒有出現(xiàn)任何顛簸。
不過電磁彈射器也是個“能源大戶”,要在短短幾秒內(nèi)將重達數(shù)十噸的艦載機加速到起飛速度,需要的峰值功率高達幾百兆瓦,這對航母的發(fā)電能力和電能管理系統(tǒng)提出了極高要求?!案L亍碧柌捎煤藙恿Γ艹掷m(xù)產(chǎn)生大量電能,理論上更易滿足電磁彈射的能源需求;
可福建艦是常規(guī)動力,要支撐起這樣的“電老虎”,靠的正是我國權威專家團隊研發(fā)的中壓直流綜合電力系統(tǒng)。
這套系統(tǒng)的核心作用,就是對全艦進行精細化分配:它能將發(fā)動機產(chǎn)生的能量統(tǒng)一轉化為電能,再根據(jù)推進系統(tǒng)、彈射系統(tǒng)、雷達設備、通信設備等不同負載的需求,實時調(diào)節(jié)電能供應。
比如在彈射戰(zhàn)機時,優(yōu)先為彈射器分配足額電力;平時巡航時,則將更多電能供給推進系統(tǒng),實現(xiàn)全艦能源的高效利用。
更值得關注的是,我國的艦船綜合電力系統(tǒng)從起步階段就選擇了中壓直流技術路線,而美國則因無法攻克高壓大功率元器件的技術難題,只能退而求其次采用中壓交流技術,兩者相比,我國的技術整整領先一代。
要知道,中壓直流技術對電力元件的要求極為苛刻,比如必須使用氮化鎵材料制作核心部件,這種材料能耐受1100℃至1300℃的高溫,同時承受極高電壓,避免在大電流下出現(xiàn)擊穿故障。
而美國在研發(fā)“福特”號時,正是因為無法量產(chǎn)合格的氮化鎵元件,才不得不放棄中壓直流路線,轉而采用技術難度更低但效率也更低的中壓交流方案。
更重要的是,中壓直流技術不僅解決了福建艦的電力供應問題,還為未來的“超級戰(zhàn)艦”埋下了伏筆。此前馬偉明院士在論文中就提出過“全能艦”概念。
通過整合電磁軌道炮、激光武器、微波武器等新型裝備,構建全新的航母編隊作戰(zhàn)模式,而這一切的基礎,正是高效穩(wěn)定的電能供應。
中壓直流系統(tǒng)的成熟,讓這一構想從理論走向了可能。馬偉明院士曾說“領先就領先美國”,如今看來,這并非豪言壯語,而是基于技術突破的現(xiàn)實寫照。
當殲35的隱身涂層在海風中泛著冷冽的金屬光澤,當空警600的雷達天線開始掃描數(shù)百公里外的空域,當殲15T掛載著彈藥完成首次電磁彈射起飛,福建艦早已不再是一艘單純的試驗艦,而是具備完整作戰(zhàn)能力、隨時可奔赴遠洋的戰(zhàn)斗堡壘。
正如軍事領域的共識:當雷達能穿透大洋迷霧,當彈射能支撐戰(zhàn)機遠洋出擊,遠海便不再是遙不可及的屏障,因為對擁有完整作戰(zhàn)體系的海軍而言,射程覆蓋之處,便沒有“遠洋”之分。
福建艦的電磁彈射突破,更是中國海軍從“近海防御”向“遠洋守護”轉型的關鍵一步。它證明了我國在航母核心技術領域已實現(xiàn)從“跟跑”到“并跑”甚至“領跑”的跨越,也讓世界看到,中國海軍的遠洋作戰(zhàn)能力,正以扎實的技術突破為支撐,穩(wěn)步走向成熟。
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