下一代隱形艦載機是殲20改型、第二艘國產航母電磁彈射器可證明

隨著江南廠第二艘國產航母成長的腳步越來越快,對這艘航母的存在已經絲毫不需要再懷疑,官方消息也已不止一次地提到第二艘國產航母。目前第二艘國產航母已經完成了龍骨的鋪設,開始了模塊化建造。據最新消息、航母的百米動力艙段已經成型,動力艙段縱向放在軌道上,與風雨棚內部的空間非常狹小,就此可以說明,全艦最大寬度在42米之上。將直逼美國的10萬噸級尼米茲級航母的最大寬度。

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中船背景圖:第二艘國產航母

有媒體認為第二艘國產航母可能會採用核動力、直通甲板、電磁彈射等多種設計和技術。但我國航母用核動力目前還處於初級開發階段、後面還有技術驗證、綜合可靠性驗證的漫長曆程,目前還趕不上第二艘國產航母的建造進度。然而、有直通甲板、電磁彈射的應用是鐵板上釘釘的事。

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我國試驗彈射起飛顯示電磁彈射(右)比蒸汽彈射速度快

如果尺寸相仿於美國尼米茲級航母,就說明第二艘國產航母噸位真的是在10萬噸左右,為什麼由第一艘國產航母的6.5萬噸直接躍升至10萬噸?最大原因在於配裝了全球最先進的電磁彈射器。通過衛星照片,就可以知道我國試驗型電磁彈射器軌道長達120-125米,長於美國尼米茲級航母上的110米長的C13B蒸汽彈射器。

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美國尼米茲級航空母艦

電磁推進方式是人類繼化學能之後的全新的能量輸出方式,電磁推進方式分為發射和彈射兩種,都是利用電磁作用原理產生的電磁推力使物體加速的。電磁發射和電磁彈射的區別是:

1、電磁發射中的彈丸一般都是幾克到上千克,但是電磁發射的彈丸速度可以達到每秒幾千米到幾十千米,理論上可以達到上百千米。而電磁彈射的對象則是小到幾千克的飛行模型大到幾十噸的重型戰機。電磁彈射的速度與電磁發射相比並不是很高。電磁彈射因為有人和精密器件影響也不能達到很高的初始速度。

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電磁發射的典型代表電磁炮

3、電磁發射的頻率遠大於電磁彈射。在電磁發射中,防空電磁炮要求數百發/每分鐘的射速,反導電磁炮要求幾十發/每秒的射速;而電磁彈射只需要幾分鐘做一次彈射。最典型的電磁彈射是航母上的有人飛機的電磁彈射。

4、電磁發射和彈射從結構上說,電磁發射一般都在發射管內部,可以承受高的過載。而電磁彈射由於載荷相對較大,一般都是騎在驅動軌道之上或通過連接機構輸出推力。

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我國電磁彈射試驗衛星圖

電磁發射和電磁彈射的優點特點是:

1、火炮受化學能氣體膨脹極速的限制,彈丸炮口速度上限在1千米/秒,極難再有大的提升。而電磁發射只要電源供能足夠順暢,彈丸初速幾乎無限地提高,目前可達3千米/秒左右。高初速能增大彈丸射程和穿甲深度,提高精確度,進而提高命中率。

2、彈丸質量可變範圍大。火炮發射一百公斤以上彈丸就很困難,發射裝置已很龐大很難操作。而電磁發射的彈丸重量處於從幾克至幾百噸的廣大範疇。發射裝置受力機構簡化很多,發射平臺可儲存更多的炮彈,可發射炮彈的種類幾乎可以涵蓋所有品種。

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中國電磁推進應用的大家馬偉明院士(左三)

3、能源簡易通用。液體發射藥火炮及火箭的推進劑,都是極其昂貴的特種燃料,有毒易燃易爆是通病,並且不通用,導致供應部門效能低下。而電磁發射使用的普通燃料發電,沒有危險性且成本低,而且只使用通用的電力做發射能源,極大地減小了後勤壓力。

4、彈丸加速均勻、受控性好。火炮是採用改變裝藥量來控制射程,而電磁發射只需精確地控制電流,便可精確控制初速,可大大提高精確度,而且可以精確控制射程。

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金屬風暴速射槍構造圖(每分鐘100萬發)

5、工作性能優良。電磁發射不存在火炮突然撞擊、加速度突變、點火和發射藥燃燒不均勻而造成的延遲等問題,電磁發射幾乎是勻加速運動,因此可發射精確度很高的智能彈藥。電磁發射沒有藥筒,無需退彈殼,沒有炮栓,大大減小了發射機構的體積,在多級電磁炮中可同時在一個炮管中加速幾個彈丸,極大地提高射速,且電磁發射還有聲響小、沒有煙塵、炮口焰小、生存力高的優點。

電磁發射在其它領域的應用前景絕不亞於電磁炮。目前的火箭和航天運載工具都是使用化學能量做推進,其潛力基本已近極限。火箭發射的有效載荷和火箭質量比很小,發射成本很高。普通火箭發射一次有效載荷需6000美元/ 每千克。而電磁發射因可重複使用,發射有效載荷成本僅1.5美元/每千克。研究人員計劃先用電磁發射把火箭加速到2千米/秒,然後火箭點火加速到10千米/秒。大大減少了成本和減小了火箭體積。另外、把小子彈加速到150千米/秒的高速,使其撞擊輕核目標靶,將其動能轉變為靶內的高溫高壓,以此進行超高速碰撞核聚變的研究。

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電磁軌道炮的原理圖

從目前的順利程度來看、我國的電磁彈射採用的是中壓直流電的供能體制,要優於美國中壓交流電體制的電磁彈射。美國的交流電需要轉換成直流電才能被彈射器使用。而中國航母因為使用中壓直流電的供能體制,電力推進系統和電磁彈射器不需要轉換即可直接使用。美國福特號2013年下水,到目前還因電磁彈射供能不順暢而不能正常服役。我國的國家級電磁彈射試驗裝置已彈射數千次,可靠性試驗情況良好,主持研究的馬偉明教授曾經表示:“電磁彈射裝置是領先於美國的,後續上艦工作主要是出現嚴重問題的補救措施的制定”。

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殲20艦載機示意圖

有人不禁要問,電磁彈射有這麼多優點,這麼高效和大推力,為什麼我國的電磁彈射軌道要比蒸汽彈射長呢?短一點好不好?既重量輕又不用造那麼大的航空母艦。難道是電磁彈射推力還趕不上蒸汽彈射?其實這樣考慮是多慮了。早在30年前的1988年、美國做電磁彈射驗證試驗時,就曾把36噸的F14戰鬥機用3秒鐘時間加速到150節(277公里)時速,推力不是問題。反而長期使用的可靠性和人體舒適程度(G值)是主要重點。另外、航母如果在動力足夠的情況下,還是稍微大些的好,能力更強一些。還有一個重要考慮是,長一些大彈射器和大一些的航母可以上更重型的戰鬥機,比如最大起飛重量39噸的空軍殲20隱形戰鬥機。因為如果要做艦載機,殲20還需要更大的機翼和加裝起飛降落裝置,殲20的最大起飛重量會增重到40噸以上,需要彈射的距離稍長些。而且殲20整機長度達到20.3米,航空母艦還是空間大些的好。所以從種種情況分析,我海軍下一代艦載隱形戰鬥機是殲20的艦載改型,而不是性能不佳的殲31,這也是眾望所歸,有助於我國海軍在2040年趕上世界先進水平,屹立於世界之巔。


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