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电磁弹射:军民融合十大硬科技系列报告之三
2021-02-07 [2369]
本文摘要:5月28日,美国总统特朗普突然宣布将传统蒸汽动力弹射器代替电磁驾驶舱系统应用于航母。

5月28日,美国总统特朗普突然宣布将传统蒸汽动力弹射器代替电磁驾驶舱系统应用于航母。与此构成相反,中国驾驶舱之父马伟明院士作出了响应,中国电磁驾驶舱技术领先美国,相对于蒸汽驾驶舱功能提高了一倍多。作为现代航空母舰的关键技术,是国防核心实力的象征技术之一,电磁驾驶舱技术也是最重要的军民两用技术,如磁悬浮列车的启动用于电磁发射技术。作为军民融合软科学技术系列报告的第三篇,本文对中国电磁驾驶舱技术的军民两用展开了理解和未来的发展。

图像源: GrabHTMLforAttribution电磁驾驶舱的技术原理和主要应用于(1)技术电磁驾驶舱是一种新型的直进技术,利用电磁能量推进被驾驶舱的物体向外运动,限于短行程发射大载荷,军队电磁驾驶舱技术是蒸汽驾驶舱技术的递归,通过电驱动以代替传统蒸汽驱动的方式展开机械发射。电磁驾驶舱技术最广为人知的运用是航空母舰弹射器,其中美国经过30年的研究开发周期,国防采购商标准化原子能公司(GeneralAtomics )开发了飞机电磁驾驶舱系统EMALS,为福特级航空母舰我国在航空母舰舰队领域很早,但在综合电力前进系统中取得了重要的突破和自律效率的能力,电磁驾驶舱系统为国产航空母舰设定了期限。图1的1EMALS系统(图像源: generalatomics)(2)技术原理和构成电磁驾驶舱系统的技术原理使用电能转换成磁能,转换成载荷所需的动能,使物体该系统包括作为电磁驾驶舱动力装置的直线电动机、管理来自航母配电系统的大量能量的供给、蓄积、释放的蓄电系统、管理脉冲静电的电力电子系统、控制系统、负责综合处理各种信息的管理的电力参见右图2 :图2的电磁驾驶舱系统技术原理图(根据图像源: 《电磁驾驶舱的发展和应用于前景》整理)与蒸汽驾驶舱相比,电磁驾驶舱不具备四个方面的明显优势:一是电磁驾驶舱含有的零件少,体积蒸汽为航母节省了大量战斗单元的配置空间第二是电磁弹射器的运营损失小,蒸汽驾驶舱的机械磨损相当严重,损失小,驾驶费用占航母整体设备维护费用的80%以上。

三是电磁弹射器的功率远远高于蒸汽弹射器,不利于舰载机较慢的驾驶舱着陆。第四个是电磁弹射器驾驶舱的一般舰载机和舰载无人机,但蒸汽驾驶舱不能搭载驾驶舱的舰载无人机。

(三)各国的技术进展如下表1右图所示,现在10个国家中,美国共有包括“小鹰”级、“尼米兹”级、“企业”级在内的13艘大型航母。在电磁驾驶舱领域,美国在第一梯队。

其中EMALS已经装备了福特级航母,每天派遣舰载机平均270-310架。马伟明院士回应说:“我国的电磁驾驶舱技术没有条件乘坐航母,技术上领先美国。”因此进入了第一步的范畴。因此俄罗斯现在正在致力于开发新型航母舰载机的驾驶舱系统,投资了800亿卢布,该系统被判别为错误的电磁驾驶舱系统。

第三段英国和法国出于经济考虑和安全性考虑,退出了电磁驾驶舱的自律研究计划,发表了对美国的订单。享受其他航空母舰的国家,如意大利、泰国等,现在多以横向/短程着陆和滑动式着陆为主要着陆方式,未列入本文。表1电磁驾驶舱技术三大阶梯电磁驾驶舱技术的军民应用于电磁驾驶舱的技术本身多来自民间领域,例如高速铁路上的IGBT模块是在电磁驾驶舱技术中有效地构筑电力控制和切换的电力电子设备储藏,特别是大容量储藏是发展分布式能源的关键。

电磁驾驶舱技术正在向提高驾驶舱的质量和出口速度等方向发展。随着技术的进展,将来可以有效开展的应用领域包括:一是武器装备科研生产领域,电磁驾驶舱技术可以应用于火箭弹的发射。

我国火箭弹技术更处于成熟期,研究开发、生产成本低,精度低,但下一个问题是高原山区空气稀薄,“自燃不充分”。使用电磁驾驶舱技术需要有效地解决问题,需要大幅度提高火箭弹的威力。电磁炮也是最重要的应用,利用电磁系统电磁场产生的洛伦兹力加速金属子弹的展开,超过打击目标所需的动能,传统火药发展的大炮和电磁炮可以大幅度提高弹丸的速度和射程。

使用电磁驾驶舱技术,再利用发射的多架无人机,构成强大的“蜂群”效果,在将来的大规模无人登陆作战系统中也大有帮助。另外,电磁驾驶舱技术可以用于鱼雷发射、防空电磁炮等多个领域。

图3中国电磁炮上舰(图像源:中船重工集团) 2是轨道交通领域磁悬浮技术参与的电磁驱动技术,本质上与航母上的电磁驾驶舱类似。但是,电磁驾驶舱技术所需的能量和加速度比磁悬浮最低低一位数。最近,中国时速600公里的高速磁悬浮试验样车划了月下线,表明中国在高速磁悬浮领域取得了重大突破。

在各种中长途交通工具中,高铁时速通常为300公里,飞机时速通常为900公里,磁悬浮列车时速介于两者之间,特别是在近距离领域,这补充了新的交通通勤自由选择。上海磁浮专线于2006年投入商业运营。图4上海磁悬浮列车(图像来源:上海磁悬浮交通发展有限公司)三在材料运输和运输领域,以电磁驾驶舱装置直线电机为核心拖动技术生产的邮政包观自动服务公司的系统在我国已经使用。

利用电磁驾驶舱原理的服务公司系统准确、性能稳定,效率倍增,自动化程度低。在工厂自动化中,这种技术也适用于移动机构的定位、驱动器性能的继续、拒绝性高的场景的控制。四是商业航天领域,电磁驾驶舱技术有可能在未来部分或几乎替代火箭,利用电磁力加速卫星、宇宙飞船等有效载荷越过大气层转移到宇宙,以构筑新型航天器的低成本反复发射,未来2017年初,据报道宇宙科学家将研制从地面大型电磁驾驶舱系统发射的两种火箭。

分别是羽舟系列电火箭系统和轻舟系列液体火箭,预计2020年完成电磁发射展示系统的建设和原理检查试验。另外,电磁驾驶舱技术也适用于空间轨道移动器。

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图5电磁驾驶舱火箭(图像源:中国航天科工集团)另外,在基础科学领域,电磁驾驶舱技术还可用于高压物理实验、惯性约束核聚变、电磁金属成形等领域的研究。推进电磁驾驶舱技术发展的对策建议与美国、英、法等发达国家相比,我国电磁驾驶舱已经突破了技术瓶颈。但是,在应用方面,美国领先,如何充分发挥电磁驾驶舱技术的革命性技术潜力,是当前必须考虑的核心重要问题。在未来展开电磁驾驶舱技术的发展中,明确提出(1)方向“不怕浮云菩萨望远镜”:特朗普以技术过于先进、费用太高为由宣布中止电磁驾驶舱的应用,但国家战略、技术进展及未(二)应用上要“百花齐放百家争鸣”如上所述,电磁驾驶舱技术不仅在军事领域,在民间领域的应用空间也非常大。

我国电磁驾驶舱技术取得的突破,得益于国内有实力的制造业产业基础,建议进一步采取措施,希望电磁驾驶舱技术与产品研究的军民融合,另一方面更完善武器产品,更重要的是,电磁驾驶舱关表2电磁驾驶舱技术市场规模识别(单位:人民币)(数据源: Wind相关数据,产新智囊团估计) (3)电磁驾驶舱技术产业链建设在研究水平,电磁驾驶舱技术基础研究大,周期长,国家级的在应用水平上,电磁驾驶舱技术的应用空间极大,面广,但有些属于革命性的递归,玩耍性小。产学研政军合作,构建电磁驾驶舱需要从基础研究到应用于研究商业化的全产业链发展的优势。充分发挥军需集团的基础优势,将电磁驾驶舱技术应用于发展龙头企业,链接设施企业,建立了参与国际市场竞争的利益综合体。参考文献: [1]国防科学技术大学学报,马伟明,鲁军勇. 《电磁升空技术》 [2]国防科学技术大学研究生学位论文,崔鹏. 《新型电磁升空技术的研究》 [3]中国航天新闻,李艳明. 《电磁驾驶舱:距离运用还有多近》 [4]军事文摘,宫春科. 《美军最新型“福特”级航母上的电磁驾驶舱系统》; [5]中信证券军事装备专题报告电磁专题《电磁驾驶舱》关注公众号,恢复关键词“军民融合”,提供相关文章总结。

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