即将登场的航母电磁飞机弹射系统
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火炮、火箭等发射装置大多属于化学发射器,它们在军事领域占有重要的地位。随着科学技术的发展, 产生了电磁发射技术EML ( Elect romagneticLaunch) 。电磁推进技术的原理早在19 世纪初就已有人提出,后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。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3 g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。
直线电磁发射器(又叫电炮) 按照其工作原理或工作方式可分为导轨型、线圈型和重接型。在线圈型原理的基础上,又发展出了电磁弹射技术。
一弹射器的原理和发展前景
1 线圈型电磁发射器的原理和特点
线圈型电磁发射器早期又称“同轴加速器”,一般是指用序列脉冲或交流电流产生运动磁场从而驱动带有线圈的弹丸或磁性材料弹丸的发射装置。由于工作的机理是利用驱动线圈和被加速物体之间的耦合磁场,因此线圈型电磁发射器的本质可以理解成直线电动机。
一个简单结构的线圈型电磁发射器的模型如图
1a 所示。一单匝的驱动线圈和一发射线圈同轴排列。发射线圈上以永磁或电励磁方式建立一恒定磁场,两个线圈之间的互感M 如图1b 所示。当驱动线圈中通以图1c 规律的电流时,发射线圈上始终要受到一个轴向力F ,从而使其加速,沿着X 轴的正方向前进。
一般地,为了减少加速力F 的波动和延长其加速行程,上述的驱动线圈和发射线圈都做成多匝结构,一个多匝线圈型电磁发射器的原理结构示意图如图2 所示。根据发射线圈上磁场的形成机理和驱动线圈的结构与控制方式,线圈型电磁发射器可分为多种类型,相应的特点如下表所示.
美国海军航母目前使用的飞机蒸汽弹射器不仅体积笨重、噪音大，而且能量效率
低下，因此美国海军曾多次研究新原理的弹射器去取代它，但均由于某些技术原因而陆续放弃。20世纪90年代，美国海军开始设计下一代航母（显示CVN－21，后来定为CVN－78）是提出了一个非常先进的概念——全电军舰。它要求航母的动力传输都将以电力为基础，而不再采用蒸汽、液压等传统的机械手段，其中最重要的技术飞跃之一就是蒸汽弹射器将被电磁弹射器所取代。
2 电磁弹射器的研究现状
弹射的要领在射击武器中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。由此可见,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。现在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。英国国防部正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
