中國第二艘航母將使用電磁彈射
最近，中國工程院院士、海軍工程大學(xué)教授馬偉明獲國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)感言透露了部分成果，結(jié)合其它資料判斷，綜合電力系統(tǒng)技術(shù)即將在我國作戰(zhàn)艦艇上得到應(yīng)用。
綜合電力系統(tǒng)將船上所有發(fā)電和耗電設(shè)備都連接在一個(gè)電網(wǎng)上，可自由地為所有設(shè)備分配電力，從而提高了動(dòng)力系統(tǒng)的整體效率，并能滿足定向能的高功耗要求。由于體積小、重量輕、加速快，燃?xì)廨啓C(jī)已成為現(xiàn)代軍艦最主要的動(dòng)力設(shè)備，美國伯克級和我國052級驅(qū)逐艦都采用燃機(jī)推進(jìn)。
受技術(shù)原理限制，燃機(jī)在低功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的耗油率很高，這使得燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的軍艦在低速航行時(shí)的耗油量很大，不利于提高航程和降低運(yùn)行成本。為解決這一問題，052級驅(qū)逐艦安裝了2臺柴油機(jī)，用于低速航行狀態(tài)推進(jìn)，但這導(dǎo)致動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜、噪音較高不利于反潛作戰(zhàn)。
在推進(jìn)需求之外，現(xiàn)代軍艦大量安裝雷達(dá)和電子戰(zhàn)設(shè)備，同時(shí)作戰(zhàn)、洗衣、空調(diào)等生活耗電也迅速增加，因此發(fā)電量越來越高。伯克級驅(qū)逐艦安裝了4臺18兆瓦燃機(jī)用于推進(jìn)，3臺2.5兆瓦燃機(jī)用于發(fā)電，我國02D驅(qū)逐艦安裝了2臺柴油機(jī)和2臺燃機(jī)用于推進(jìn)，2臺柴油機(jī)用于發(fā)電，這使得動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高昂。
而軍艦極少用最高航速航行，因此推進(jìn)系統(tǒng)總是有大量剩余功率可滿足發(fā)電需求，如果能自由調(diào)整動(dòng)力分配，就可以簡化動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而降低造價(jià)。
英國45型、美國DDG1000朱姆沃爾特級驅(qū)逐艦已經(jīng)應(yīng)用綜合全電推進(jìn)技術(shù)，后者只安裝2臺4.5兆瓦和2臺36兆瓦燃機(jī)，極大簡化了動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、降低艙室空間需求；同時(shí)在3～9、20～81兆瓦功率范圍內(nèi)都能確保燃機(jī)保持較高燃油效率，預(yù)計(jì)在30年服役期內(nèi)可節(jié)省約2000萬美元燃油費(fèi)。
綜合電力系統(tǒng)技術(shù)還是定向能武器的基礎(chǔ)。美軍第3艘DDG1000驅(qū)逐艦將安裝電磁炮，可打擊185公里外的目標(biāo)，極大提高了對地攻擊能力。電磁炮彈的炮口動(dòng)能高達(dá)64兆焦，以10發(fā)/分的射速持續(xù)發(fā)射時(shí)，需要至少12兆瓦的電能供應(yīng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過伯克級7.5兆瓦的發(fā)電功率，因此伯克級安裝的電磁炮射速僅能達(dá)到5發(fā)/分。為安裝電磁炮或激光炮，未來作戰(zhàn)艦艇必須采用綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)，以滿足供電要求。
電磁炮結(jié)構(gòu)示意圖
由于綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)具有軍民兩用性，因此其消息較為公開。馬偉明院士稱：本世紀(jì)初，我們聯(lián)合國內(nèi)10多家科研院所和軍工企業(yè)，展開課題攻關(guān)。但是其中負(fù)責(zé)一重要分系統(tǒng)研究的單位，幾年來一直沒有突破性進(jìn)展……不到4年時(shí)間，完成了最關(guān)鍵的電力推進(jìn)子系統(tǒng)的理論分析、樣機(jī)制造、系統(tǒng)集成以及功能試驗(yàn)考核，全面突破了新型感應(yīng)推進(jìn)電機(jī)和新型變頻器的核心技術(shù)。
2013年8月初，國家重大技術(shù)裝備網(wǎng)稱，中船重工武漢712研究所船舶綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)取得重大進(jìn)展，研制了以變頻器、推進(jìn)電機(jī)、推進(jìn)變壓器、功率管理系統(tǒng)、操縱控制系統(tǒng)為核心的推進(jìn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了單軸推進(jìn)功率20兆瓦以下船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的全部國產(chǎn)化。
從這兩條消息看，我國綜合電力系統(tǒng)已經(jīng)于2013年初取得突破。但從功率看，8000～1.5萬噸驅(qū)逐艦需要單軸36兆瓦的推進(jìn)功率，而我國僅實(shí)現(xiàn)單軸20兆瓦推進(jìn)功率，現(xiàn)有設(shè)備無法滿足大型驅(qū)逐艦使用要求，只能用于對航速和推進(jìn)功率要求較低的4000噸級護(hù)衛(wèi)艦。
我國現(xiàn)有054A護(hù)衛(wèi)艦用于替換1980～1990年代服役的053護(hù)衛(wèi)艦，目前已下水20艘，未來5年內(nèi)還會(huì)建造十余艘，從而滿足近海防御任務(wù)需求。在此之后，我軍護(hù)衛(wèi)艦的建造可能告一段落，轉(zhuǎn)而以發(fā)展遠(yuǎn)海護(hù)衛(wèi)任務(wù)所需的大型驅(qū)逐艦為主。在此期間，我國綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)也會(huì)繼續(xù)發(fā)展，屆時(shí)將能滿足驅(qū)逐艦的功率需求。
052D驅(qū)逐艦是為替換1980年代服役的051型驅(qū)逐艦研制的，受噸位限制，該艦無法滿足遠(yuǎn)海護(hù)衛(wèi)要求，因此海軍必須發(fā)展新一代055型萬噸級大型驅(qū)逐艦。從各方面消息看，055級尚未開工建造，目前尚處于工程研制階段，預(yù)計(jì)首艦可能在5年后下水服役，符合綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展進(jìn)度。為滿足低油耗、低成本、使用定向能武器等要求，055級必將采用綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)。
在船用綜合電力技術(shù)接近實(shí)用后，馬偉明院士講話中還提到某項(xiàng)尖端技術(shù)，是近年來世界海軍強(qiáng)國爭相發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域，是代表未來新型主戰(zhàn)艦船標(biāo)志性的核心技術(shù)……5年里，我們不分晝夜地連續(xù)攻關(guān)……2008年我們終于研制成功小型樣機(jī)，接著又做出了1：1單元設(shè)備樣機(jī)，突破了全部關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了與世界最先進(jìn)技術(shù)的同步發(fā)展。
從各方面資料看，這里提到的就是航母艦載機(jī)電磁彈射器，目前只有美國正在應(yīng)用在福特級航母上，未來我國國產(chǎn)第二艘航母則很可能會(huì)使用。
相比傳統(tǒng)的蒸汽彈射器，電磁彈射器重量輕一半以上，只有約700噸，有助于提高航母適航性；可以彈射更輕和更重的飛機(jī)，可同時(shí)滿足5噸級小型無人機(jī)和40噸級重型戰(zhàn)斗機(jī)的要求；彈射過程中飛行員感覺更舒適；取消了大量蒸汽管線，簡化了航母設(shè)計(jì)，提高了安全性；降低了全壽命使用成本，可節(jié)省十幾億美元資金。電磁彈射器對電力供應(yīng)的需求并不大，福特級安裝4部電磁彈射器也只需要總計(jì)約9兆瓦的功率。
當(dāng)前我國正在發(fā)展彈射起飛航母，待國產(chǎn)電磁彈射器技術(shù)成熟后，可安裝在第3艘及之后的國產(chǎn)航母上，從而大大提高艦載機(jī)出動(dòng)能力、降低全壽命使用成本。該技術(shù)甚至可以應(yīng)用于遼寧號和正在建造的第2艘航母，采用彈射加滑躍起飛方式，從而實(shí)現(xiàn)艦載機(jī)起飛過程中的單發(fā)停車安全。
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