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美欧扩大电能在战舰上应用 大功率发电机是难题
作者:转载    转贴自:科技长廊    点击数:827    文章录入: zhaizl

世界上几个国家的海军决定重视电能的使用,电能目前主要用于舰载计算系统、通信设备和无线电台。未来电能将用来从航母甲板上发射飞机,用金属块射击和为激光武器提供能量。但是改用新武器类型的主要任务尚未完成——还没有研制成功紧凑的非核动力装置。

2010年12月18-19日,美国海军与通用原子公司的工程师们一起进行了EMALS (Electro-Magnetic Aircraft Launch System)飞机电磁弹射系统的试验,该弹射装置将安装在未来的“杰拉德 鲁道夫福特”级航母上。F/A-18E“超级大黄蜂”舰载战斗机参加了为期两天的试验计划。对弹射装置的测试被认为是成功的。

通用原子公司负责研制EMALS飞机电磁弹射系统,该公司获得了总额6.762亿美元的设计合同。与此同时,公司还在设计新型飞机拦阻装置。早在2004年就进行了试验,当时制造了尺寸为二分之一大小的电磁弹射系统的原型。

2010年春季开始试验货真价实的原型。EMALS的全尺寸原型是2009-2010年在美国海军航空兵工程中心(新泽西州,雷克赫斯特)制成的。该中心安装了与航母尺寸完全相符、装备EMALS原型和全部控制系统的地面综合设施。弹射装置一共进行了722次发射。

据美国海军透露,在试验过程中, EMALS弹射系统于12月18日达到了最大功率,可以在终点将F/A-18E战斗机加速至333公里/小时。参加试验的飞机的重量没有透露。EMALS发射的很有可能是空的“超级大黄蜂”飞机,其重量为13.9吨。美国海军希望弹射装备能发射重达45吨的飞机。

根据通用原子公司的技术描述,弹射装置采用长91米的线性感应电动机,它能在终点将飞机加速至333.4公里/小时。上述速度对于该装置来说是极限速度。在正常状态下所发射的飞机在终点的速度将达到240.8公里/小时。发射能量为122兆焦。对弹射装置重新充电需时45秒。.

EMALS电磁弹射系统将由四部分组成:1台线性感应电动机,4台发电机,1台动能-电能转换装置和控制系统。EMALS工作所需电能超过了战舰的供应能力。为此必须研制具有辅助系统的发电机。预计,用于在造的“福特”号航母的EMALS系统的第一批组成部分将于2011年交付。

根据航母制造商——诺斯罗普-格鲁曼公司的计划,“福特”号航母将于2015年全部建成。通用原子公司没有公布EMALS系统的准确的完工期限,但显然弹射装置将恰好在航母下水时完工。要知道战舰在列装海军前要进行高强度试验,包括测试舰载EMALS飞机电磁弹射系统。

预计,2011年初EMALS将继续进行试验。诺斯罗普-公司的C-2 “灵缇”舰载运输机和BAE公司的T-45 “苍鹰”教练机将参加试验。如果EMALS试验计划进展顺利,美国未来所有的航母都将采用该弹射装置。应该指出,这将是1950年美国航母以蒸汽弹射装置取代液压弹射装置以来美国海军第一次大规模改用新的飞机弹射系统。

同时,美国海军不是唯一打算改用新型航母弹射装置的国家。2010年9月底,英国国防部与法国“科孚德”(Converteam)公司签定了总额为65万英镑(101.8万美元)的EMCAT (Electro-Magnetic CATapult)电磁弹射装置研制合同。新型弹射装置将安装在未来的“伊丽莎白女王”级航母上。

BAE系统公司负责建造英国航母,据该公司评估,弹射装置与航母整合不需要对后者的结构做重大改动。开始时“伊丽莎白女王”号航母的构造不包括安装弹射装置,因为计划在舰上安装美国未来的F-35B “闪电II”短距起飞垂直降落飞机。10月份,英国国防部宣布打算放弃F-35B并购买不需要弹射装置的F-35C舰载机。

海军的计划不限于使用电磁弹射装置。2010年12月10日,美国格尔格林海军水面武器研究中心测试了由英国BAE系统公司的美国分部正在研制的电磁炮。在试验过程中,电磁炮的炮口能量为33兆焦。在这样的能量之下,重10公斤的金属块的炮口速度为马赫数8(9200公里/小时)。

根据工程师们的测算,这样的性能足以使武器摧毁距离203.7公里以内、直径5米的目标(炮弹末速度为马赫数5)。电磁炮是用电磁能发射导电炮弹的炮,炮弹在第一阶段是电路的一部分。这种炮因2具接触导轨而得名,金属块在两条导轨之间运动(与导轨接触)。炮弹本身既不装火药,也没有其他爆炸物质。

根据海军的描述,电磁炮将沿弹道发射炮弹,金属块沿弹道进入大气层上层,并从那里“落”向目标。计划在DDG-1000“朱姆沃尔特”级未来驱逐舰上使用电磁炮,此外,该级舰还将装备大功率激光器。众所周知,战舰上将没有原子反应堆,这意味着它在动力装置功率方面将严重受限。

其中,在电磁炮以每分钟6-10发的速度射击时,“朱姆沃尔特”级舰应装备功率为78兆瓦的燃气涡轮动力装置,而电磁炮射击最少需要16兆瓦。同时,舰载系统和动力装置工作也要消耗能量。不过科学家们没有灰心并正在探索提高发电机能量效能的方法。

正当美国正在研制电磁炮和“朱姆沃尔特”级驱逐舰的时候,法国正计划实施更具有突破性的方案。2010年12月底,法国DCNS造船公司提出了Advansea全电水面战舰构想,该舰的武器和动力装置均使用电能工作。

Advansea构想是研制长120米、排水量4000吨的战舰。其最大速度可达28节。舰上将有两块直升机和无人机着陆场地。该舰的武器将采用脉冲强度可变的激光装置。此外,舰炮将使用电磁脉冲加速炮弹。

据预测,这种战舰研制成功可能至少需要15年后,因为一些关键技术只有到那时才能研发成功。据DCNS评估,研制Advansea需要完成三大技术突破:首先是发动机应采用超导技术,这样能将其功率提高50%,并减少其尺寸;其次,需要研制大容量能量储存系统,以便为发动机供应能量和为武器快速再充电。第三,需要研制电流实时控制系统。这些技术目前实际上还不存在——现在正在世界上几个科学研究所进行试验的技术尚不可能实际应用。

无论如何,考虑到并不是所有的舰种都能使用原子反应堆,使用原子反应堆也并不总是合适,海军打算未来使用电力系统向工程师们提出了一项相当困难的任务——研制紧凑、可靠的大功率发电机。目前有一点很清楚:未来已从今天开始,EMALS、电磁炮和激光器都已成为其先驱。

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