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电磁弹射
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电磁弹射技术是一种新兴的直线推进技术,适宜于短行程发射大载荷,在军事、民用和工业领域具有广泛应用前景。电磁弹射的主要应用范围是大载荷的短程加速,在军事上比较典型的是航空母舰上的舰载飞机起飞弹射。

电磁弹射就是采用电磁的能量来推动被弹射的物体向外运动,是电磁炮的一种形式。过去常采用的弹射有机械弹射,如弹簧、皮筋等;能量弹射,如子弹(利用火药瞬间爆发能量)、磁悬浮列车等。

发展历程

19世纪初,电磁推进技术的原理就已有人提出,经过几十年的探索与研究,人们相继研制出了各种电磁感应原理的直线发射装置或模型,但由于受相关研究领域技术的影响,上述模型的性能距工程实用尚存在着较大的差距。

20世纪70年代以后,超大功率脉冲技术和电子技术的飞速发展使电磁发射技术有了重大突破。1978年澳大利亚的马歇尔等人用550MJ的单极发电机作为电源和采用等离子体电枢在5m长的导轨炮上把3g重的聚碳酸脂弹丸加速到了5.9km/s的初速度。这个具有划时代意义的研究成果证明了用电磁力可以把较重的弹丸推进到高速的可能性,使世界各地的科学家受到极大的鼓舞和启发,由此也将电磁发射技术的研究推向了一个新阶段。

电磁发射技术在全世界范围内都处于实验研究阶段,电磁弹射虽起步稍晚,但由于其潜在的应用前景,该项技术的研究还是备受重视,1988年美国海军与卡曼航空航天公司曾计划联合研制航母舰载电磁弹射器模型,指标是在3s的加速时间内,把重达36T的全载F-14战机加速到150节。据估计,这种电磁弹射器的重量只有现役的蒸汽弹射器的十分之一,而且省去许多管道,这对于舰船的安全运行和减重提速都具有重要意义。英国国防部也着手准备一个开发与试验计划,研究在未来两艘航母上加装一种新型电磁弹射系统的可能性。与此同时,其他国家也对电磁弹射技术产生了浓厚的兴趣。

当地时间2013年10月11日,全球第一艘装备电磁弹射器的美军福特号航母下水。

2022年6月17日,中国福建号航空母舰下水命名仪式在中国船舶集团有限公司江南造船举行。经中央军委批准,中国第三艘航空母舰命名为“中国人民解放军海军福建舰”,舷号为“18”。福建舰是中国完全自主设计建造的首艘弹射型航空母舰,采用平直通长飞行甲板,配置电磁弹射和阻拦装置,满载排水量8万余吨。

2023年9月,中国4秒电磁弹射微重力实验装置,已开始首批实验。该装置高44.5米,通体无焊接,靠4万多颗螺栓精准铆钉;它利用电磁弹射技术,将实验舱向上弹射再回落,可提供4秒微重力环境。

基本原理

电磁弹射就是采用电磁的能量来推动被弹射的物体向外运动,是超电磁炮的一种形式。过去常采用的弹射有机械弹射,如弹簧、皮筋等;能量弹射,如子弹(利用火药瞬间爆发能量)、磁悬浮列车等。

电磁发射是采用电磁作用原理产生的电磁推力使物体加速的。因电磁驱动力与电流平方成正比,所以只要保证足够的电流输入,便能在发射装置内产生足够大的推力,使物体达到更高的速度。以导轨式电磁发射为例,其基本原理如图所示。

开关S接通时,电源G通过导轨A、电枢D和导轨C,构成了一电流回路;电流I产生磁场B,它对在磁场中流动的电荷产生了力F。由于导轨固定于刚体上不能移动,而电枢是活动体,所以电枢会在力的作用下以速度V向右运动,这就是电磁发射的基本原理。

技术特点

在射击武器中,弹射的要领是指被发射的物体不启用自身的动力装置而靠发射器赋予的起动力而实施起飞的一种发射方式。弹射是发射技术的一种特例,具体特点有:

(1) 弹射的对象与发射相比一般都是大载荷物体。作为电磁炮的电磁发射器中发射的弹丸一般都是几克到几百克,最大也不过上千克;而弹射器的弹射对象则是小到几千克的航空模型大到几十吨的战机。

(2)弹射器的速度与发射器相比不是很高。一般情况下,发射器的弹丸可以达到每秒几千米到几十千米,理论上可以达到上百千米;而弹射器则不要求很高的速度,每秒几十米到几百米就可以满足要求。

(3) 弹射器的发射频率远低于发射器。在电磁发射器中,防空电磁炮要求每分钟发射500发,反导电磁炮要求每秒发射60发;而电磁弹射器则可以几分钟,甚至于几十分钟做一次弹射。

(4) 从结构上说,电磁炮的发射体一般都在发射管内部,而电磁弹射器在载荷由于相对较大,一般都是“骑”在驱动器之上的。

应用范围

电磁弹射技术是一种新兴的直线推进技术,适宜于短行程发射大载荷,在军事、民用和工业领域具有广泛应用前景。电磁弹射的主要应用范围是大载荷的短程加速,在军事上比较典型的是航空母舰上的舰载机起飞弹射。

应用优势

电磁弹射是将电能转化为磁能再转化为动能,推动物体达到一定速度的系统,其动力装置是直线电机,系统通过输入强大的电流使线圈产生磁场,使往复车加速,推动战机起飞。相比蒸汽弹射,电磁弹射优势明显。首先,电磁弹射系统实现“瘦身减重”,一套完整的电磁弹射设备体积仅500多立方米,全重325吨。其次,电磁弹射比蒸汽弹射的最大能量幅度高20%,可以放飞更重的飞机。而且电磁弹射功率可调,通过调整输出电流,起飞重量可在2吨至70吨之间调整,终端速度可在50节至200节之间任意设定。再次,加速度曲线十分平滑,能够极大改善飞行员的身体负担和飞机的结构寿命。

此外,蒸汽弹射器的构造复杂,电磁弹射器相对简单,相比蒸汽弹射器区别在于不需要蒸汽来驱动活塞而是用电来驱动,还可以节约能源。配有电磁弹射系统的美国“福特”号航母,日出动舰载机达到300余架次,相比尼米兹级提高了25%。

研发意义

舰载机是航母战斗力的核心,在作战中,舰载机负责对地面、海上以及空中目标进行打击。所以,舰载机的起飞能力和效率很大程度上决定航母编队的作战能力。舰载机一般采用弹射起飞、滑跃起飞、垂直起飞3种方式。其中,弹射起飞利用弹射器助推,可以使飞机获得更高的加速度,具备在短距离内放飞重型战机的能力,是舰载机起飞的主流方式。

参考资料

航母舰载机起飞方式大比拼:电磁弹射,到底牛在哪.科技日报-中国新闻网.2023-09-15

再创世界纪录!电磁橇最高推进速度超过音速.爱济南-澎湃新闻.2025-08-26

电磁弹射系统.钛学术文献服务平台.2025-08-17

电磁弹射系统.万方数据.2025-08-26

中国国产航母电磁弹射器曝光作战能力提升2-3倍.中新网.2023-09-15

..2025-08-26

世界最强航母美福特号下水 福特女儿按启动按钮.北方网.2023-09-15

福建舰系我国首艘电磁弹射型航空母舰.环球网-今日头条.2023-09-15

我国电磁弹射应用取得重大进展!.央视网.2025-08-26

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蒸汽弹射与电磁弹射孰优孰劣.中国军事图片中心-中国军网.2023-09-15

美海军测试电磁战机弹射器“福特”号航母完成90%.新华网.2023-09-15

电磁弹射与蒸汽弹射有何区别?各有什么优缺点?.兵工科技-手机凤凰网.2025-08-26

评论称福特级航母加F35战机将成美军制敌利器.中国新闻网.2025-08-05

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