（重庆交通大学 航运与船舶工程学院，重庆 400074）
摘要：现有航母舰载机起飞方式主要以滑跃式和弹射式为主，弹射式主要有蒸汽弹射和电磁弹射，本文通过对比两种弹射方式的性能参数来分析电磁弹射的性能优越，再次印证了电磁弹射是未来航母平台的核心技术。
关键词：电磁弹射、蒸汽弹射、推力输出、能量效率
1. 引言
舰载机作为航母战斗群最主要突出的战斗力，而能否实现在航母平台上部署更多的战机并在战时迅速投入战斗是取得战场先机的关键。现有航母舰载机起飞方式主要有滑跃式起飞和弹射起飞，采用弹射式起飞方式的航母主要采用蒸汽弹射系统以及电磁弹射系统。
2. 蒸汽弹射系统
蒸汽弹射系统将所收集的蒸汽内能转化为待出动战机的动能，使其达到起飞所需必要的初速度。系统所需的蒸汽主要来源于舰上主机锅炉，系统通过改变蒸汽的释放体积以及速度来大致控制弹射能量的高低。
2.1 系统组成
蒸汽弹射系统由7个主要的分系统组成，它们分别为：蒸汽系统、弹射机系统、润滑系统、索张紧系统、液压系统、复位与驱动系统以及弹射控制系统等1。
2.2 弹射过程
弹射的时候，蓄压罐内的蒸汽由弹射阀门释放到弹射汽缸内，缸内压力上升推动活塞前进。弹射阀门的另外一个更重要的作用是精确控制蒸汽进入弹射汽缸的流量变化，以此控制推力和弹射的加速度，以保证飞机结构不会超负荷。飞机升空后，蒸汽排放阀打开，让汽缸内蒸汽排出。同时，活塞和飞机牵引器被水刹器减速后停下，然后由归位系统拉回起跑点。
3. 电磁弹射系统
电磁弹射系统具有容积小，模块化装备，对舰船舱室布置适配性高；对舰上辅助系统要求低，能量利用率高等诸多优势。是未来航母平台发展的核心技术之一。
3.1 系统组成
电磁弹射系统主要由直线电机、储能系统、电力电子变换系统和控制与状态监测系统组成。
3.2工作过程
舰载机达到弹射阵位并准备好弹射之后，控制与状态监测系统控制舰上电力设备向储能装置供电，此时飞轮转动把电能转换成动能。弹射过程中，储能装置通过电力电子变换系统向直线电机供电。直线电机得到电能后，次级带动往复车运动，往复车拖动飞机沿弹射冲程加速到起飞速度；往复车到达弹射冲程的端部后，初级电流反相产生制动力，飞机脱挂后完成起飞。往复车在反方向行波磁场的作用下，以低速回到初始弹射阵位上，准备进行下次弹射。
4. 电磁弹射性能优势
4.1 推力输出稳定
由表1错误！未找到引用源。中“推力峰均比”数据对比可知，由于蒸汽弹射器没有闭环控制系统，其弹射时对舰载机推力峰均比偏大，据统计平均达1.25，最大可超过1.6。而对比可以发现，电磁弹射器的峰均比仅为1.05。在研究弹射过程时，一般使用标准加速度g作为计算单位。
由于峰均比值过高，蒸汽弹射装置在启动阶段的加速度值可达6g甚至更高，然而在后半段装置所产生的推力却极小，有时不及飞机自身发动机的推力。在蒸汽弹射初始阶段，高达6g的加速度对飞行员、对战机都是十分大的考验。对于电磁弹射而言，以轨道长度为91m，弹射末速度约为240km/h为例计算，其弹射过程中平均加速度为2.5g左右，且峰值低于3g。
电磁弹射推力输出平稳，可大幅减小对舰载机机身结构的冲击强度，有利于飞机结构的设计，并可使机体的使用寿命延长31%2，也能缓解飞行员的身心压力3。
4.2 可服务机型种类多
电磁弹射器最明显的优势之一，是它能够通过调节电流等措施对弹射力进行大幅度调节，满足弹射重型舰载机和轻型舰载机的不同需要。蒸汽弹射器则无法对弹射力进行大范围精准调控，所以无法弹射轻型无人机。以“捕食者”轻型无人机为例，该机型的起飞速度仅为25m/s，若该机上舰，使用电磁弹射器令其成功起飞，而蒸汽弹射器则会直接破坏该机结构。
4.3 能量利用率高
在典型情况下，以美国现役航母蒸汽弹射器为例，每次弹射舰载机需要耗费614公斤蒸汽，给舰载机提供95兆焦弹射能量。电磁弹射效率为60%，考虑到核动力系统的效率为26%，发电效率为97%，总计相当于总效率的15%。从数据上看，电弹效率约为蒸弹之3倍。且据通用原子公司的文件显示，若电磁弹射器采用永磁直线电机，同等条件下其消耗的蒸汽量将为蒸弹的1/3到1/4。
4.4 反应速度快
电磁弹射器利用直线电机进行弹射、制动并使用往复车复位，在完全关闭条件下不到15分钟就能达到待用状态。蒸汽弹射器需要不断给蒸汽弹射槽加热，在储汽筒无蒸汽的情况下，达到待用状态需要数小时。因此，为了保证战机可以随时待命起飞，蒸汽系统需要长时间处于工作状态，而这又增加了耗能和维护的苦难。
参考文献
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论文作者:赵晓宇
论文发表刊物:《科技研究》2018年7期
论文发表时间:2018/9/11
标签：蒸汽论文; 电磁论文; 系统论文; 航母论文; 舰载机论文; 推力论文; 弹射器论文; 《科技研究》2018年7期论文;