抛砖引玉，浅谈电磁弹射与蒸汽弹射的性能特点及其的发展 ...

一，        电磁弹射与蒸汽弹射特点比较                                                            

1、体积：
蒸弹：1座 C 1 3超过1100立方米。其中储气罐就有200立方米。（系统复杂不好确认整个系统的容积）。有庞大复杂的蒸弹管道，还有其的管道保温材料。
电弹：小于425立方米

2、重量：
蒸弹：1座 C 1 3  有 538吨
电弹：小于280吨

3，弹射加速方式：
蒸弹：变加速过程。峰值超过6个g，平均值2个g多一点。弹射器后段加速能力严重下降。C－13－1型蒸汽弹射器发射是最大国在可以达到6g，，而整个行程的平均加速度仅有2g多一点，F/Ａ－18战斗攻击机飞行员常产调侃C－13－1弹射器在后段往往没有飞机自身的发动机加速得快。随着速度和气缸容积的增加，过热蒸汽的膨胀绝大多数能量用于蒸汽本身的加速和推动上了，而体积增加后气体膨胀所需蒸汽的比例成立方关系增加。目前的蒸汽弹射器厂度和气缸容积几乎达到极限，到弹射冲程的末端，蒸汽基本上只能加速活塞，对飞机的帮助不大。
电弹：匀加速过程。加速度2个多g。电弹是加速均匀且力量可控。电磁弹射器的推力启动段没有蒸汽那种突发爆炸性的冲击，峰值过载从6g可以降低到3g，这不仅对飞机结构和寿命有着巨大的好处，对飞行员的身体承受能力也是一个不错的改善。此外，由于电磁弹射的加速和弹射器的长度没有关系，除了受到气动阻力和摩擦阻力的影响外，弹射初段到末段的基本加速度不会出现太大的波动，这就比蒸汽弹射的逐步下降来得更有效率。根据计算，平均加速度一样时，电磁弹射器可以比蒸汽弹射击让飞机多载重8%~15%。　
       蒸弹的高过载，使其对载机的纵向强度要求很高，增加了舰载机的设计难度和空重。J-15前起落架较高，用于蒸弹，对强度的要求更高，增重必然较大。电弹就容易多了。
  其次是对人员的影响和机体寿命的影响。都是非常不利的。
  对于中国来说，蒸弹的这一弊端更为强烈。因为我们尚无弹射型飞机服役。若采用了蒸弹，则全部需要弹射舰载机型都要满足蒸弹的要求。开发难度增大，飞机空重增加性能下降。是牵一发动全身的事情。
   
4，可靠性高，抗战损能力：
蒸弹是开环控制机械装置，为保持活塞运动时汽缸内压力 ，需要采用非金属密封条 ，受 损更换极为平凡。整个汽缸是一个长达几十米的圆柱缸体，任一一段有故障整个汽缸就不能使用。
电弹是闭环控制的高冗余系统。福特四个电弹使用8套系统交联，任一系统都可为弹射轨道服务。


5，弹射功率可调节性
蒸弹：调节范围窄，弹射较轻的飞机会出现功率过剩，对飞行员和舰载机构成伤害。小型的无人机则完全不能弹射。汽弹射器的功率输出依靠一个叫速率阀的东西，利用控制蒸汽流量的方式控制弹射器的功率输出，机械的可调节性能输出达到1：6差不多就是极限了；
电弹：弹射功率无级调节。可弹射从小型无人机到40吨的大飞机。
电磁弹射器具有很大的能量输出调节范围。蒸电磁弹射的功率输出是由电路系统控制的，从大功率民用变电的经验可知1：100以内的变化是相当容易的。美国海军未来将会大量使用轻重不一的无人机，目前的蒸汽弹射器很难适应这个要求。

6，能源效率：
蒸弹：约4-6%
电弹：大于60%。
这点对常规动力的航母来说，太重要了。

7，对动力系统的影响：
蒸弹：很大。尼米兹级航母在连续弹射射8架次后，由于蒸汽压力下降，动力损失，航速会从30节下降到20节。可谓越着急越有事。
电弹：很小。电弹对动力的影响很小，接近于零。

8. 机械制造加工技术难点。
蒸弹：结构主要是几十米长的开式汽缸，机械加工难度大，汽缸缸体材料要求高.并且汽缸的非金属密封条，其材料是易损件，难更大。
电弹：机械结构主要是直线电机，机械部分容易加工。

9，适装性
蒸弹：蒸汽弹射器大部分质量位于上层甲板 ，导致船体重心升高，不利于航行稳定性 适装性一般。体积巨大。蒸汽弹射器多个部件之间由高温高压的管路连接 ，并且弹射汽缸必须整体安装，在航母上的总体安装与布置难度较大，小型航母上不适合装大功率的蒸汽弹射器。复杂的蒸汽管道迷，灼热的蒸汽泄漏和四处污溅（因蒸弹是开式汽缸有一定的蒸汽泄漏率）、难以清洁的润滑油。
电弹：采 用模块化设计，直线电机可以分段安装和拆卸 ，各个部件通过电缆或信号网络连接 ，布置灵活 ，适装性良好。可用于轻型、中型、大型和超级航母。两栖舰上电弹还可解决固定翼战机上舰问题。对原动力没有要求。对航母的设计是和海军操作人员来说，电磁弹射器是一个大福音，它不仅将机库甲板的占用面积缩减到原来的1/3，而且重量还轻了一半。大幅减轻高过重心位置的重量对航母的稳性设计是个很有益的举措， 电弹电缆可以方便的连接不同位置的设备。这也是福特号8套系统可以交联，支持每个弹射轨道，实现热备份的原因。

10，对甲板形变的敏感性
蒸弹:长达几十米的汽缸是一个钢性整体。对甲板直线度要求高。
电弹:是由多条直线电机分段拼接来的，对甲板直线度要求低。



11，可维护性
蒸弹: 差。400弹射之后，密封条等就要更换  。
电弹:  大于1300次。平常系统自检。以后随系统进一步改进，检修周期会再延长。(这是说福特号)。

12，淡水消耗
蒸弹：一次弹射消耗6 1 4 k g蒸汽，消耗约一吨淡水，。
电弹：无。


13、环境适应性：
蒸弹：一般。在寒冷季节或地域，低温使得蒸汽弹射器的效率进一步下降。泄露水蒸气在甲板会有凝结问题。苏联在设计制造乌里扬诺夫斯克号核动力航母时就要考虑航母在北极使用时，蒸汽缸及管道回路的保温问题。
电弹：良好。无蒸汽泄露问题。低温反而使得电磁弹射器的效率提高。

14，升级扩展能力：
蒸弹：难。弹射能力升级几乎不可能。。
电弹：扩展升级能力强大，潜力无限。模组化设计。随着元器件性能的提升，可方便的提升电弹的性能指标。如弹射功率和能源效率。软件升级优化更是方便。
有位专家说：经过一代人之后，也未必能把电弹的潜力挖掘完。

15，发展方向的符合性：
蒸弹：只能是一个过时产品。
电弹：是未来航母的发展方向。
蒸弹有一项优点的，那就是电磁兼容性。这一点是电弹的难点。但是并非不能解决。
福特号上的电弹已经解决了这一问题。电屏蔽较容易，磁屏蔽难一些。福特号的弹射轨道缝隙磁场泄露强度，在开口上方15厘米处，达到正常环境强度。因为合格的电磁弹射器，必然要满足电磁兼容性的要求。否则就是不合格的。还有现在磁浮列车现在国内上海已经有一条了。已解决了这个问题。电弹这个问题类似可以借鉴。
舰船向综合电力方向发展已是必然的趋势。只有电弹合这一趋势。






二，电磁弹射器的构成综合分析来看，其关键技术主要有以下4个方面：
1 . 储能技术。一次弹射持续时间虽然不超过3 S ，但峰值功率高达数百兆瓦 ，航母电站无法直接提供这样的电力需求 。因此 ，需要采用储能装置在 4 5  s的 时间 内储存 1 2 2 M J 的能量 。储能技术的难点是需要 找到能量密度很 高 的储能方式 ，否则储 能装 置本 身体 积重量超标就不能满足上舰使用的要求 。通用原子公司最终采用惯性飞能储能的方法圆满解决了这个问题 。

2 . 大功率电力调节技术 。随着动子的速度从0逐渐达到最高速 ，通人直线电机的电能 频率不断升高 ，电压也不断加大， 所以能量存储分系统输出的电能 不能直接驱动直线电机 ，需要通过电力调节分系统实现电能的变换 ，其难点在于处理的电能瞬态功率大，需要对高压大电流进行调节。 随着大功率固态电力电子器件的不断升级， 以及电力电子器件 串并联技术的不断进步 ，大功率电力调节技术在民用领域早已广泛应用，为解决该问题奠定 了坚实的基础。

3 . 直线电机技术。 直线电机是弹射器的执行机构 ，其主要优势是定 、 动子间无机械 接触，仅靠电磁力实现电能到直线运动的动能转换。直线电机技术的难点是尽可能提高它的功率密度和能量效率 ，且需要很强的环境适应能力 。直线 电机 在物流传输 、直线 电梯 、车床加工等领域研究非常深入 ，大功率直线电机在磁悬浮列车等轨道交通领域 已经得 到 广泛应用 。不管是同步直线电机 还是直线感应电机 ，从理论上都能满足电磁弹射的需求 。


4 .弹射控制技术。电磁弹射器需要通过实 时 、闭环的控制 ，达到根据设定的弹射曲线 精 确控制弹射末速度和弹射过程中加速度的目的 。弹射控制技术的难点在于对直线电机的实 时反馈控制 ，以及对各种信息的组网、交互与处理 。电磁弹射器的控制技术在工业及信息领域有大量的方法可以借鉴 ，如矢量控制技术 、直接转矩控制技术 、工业总线技术及计算机技术等等 ，这些都可以推广并移植到电磁弹射器中。


以上4条，第一条，现在用惯性飞能储能，通用公司已解决了，通用有的是非金属材料做的高密度大质量飞轮。我国非金属材料差些，就用重金属材料做飞轮，只是体积稍大些，航母这么大的船体有空间安装。其余三条都是电力工程，这是我国的强项。没难度，早已解决。


三，综合总结


1，        电磁弹射（能源效率：大于60%）比蒸汽弹射（4-6%）更加节能，不少人一说电弹，就是没有核动就不可以上电磁弹射，这是一个大大的错误观点。相反电磁弹射更加节能对动力要求更底。[flash][/flash]
2，        蒸汽弹射更成熟，这也是一个错误观点！蒸汽弹射更成熟，那是对于仅美国而言! 美国有几十年，制造，使用，维护蒸汽弹射的经验，连法国的戴高乐号航母都要采购美国的C13弹射器。美国是不会把制造，使用，维护蒸汽弹射的经验，交流给中国的。中国接触到蒸汽弹器实物很可能是，1985年，废弃航母"墨尔本"号作为废铜烂铁卖给了中国的金属废品商。中国很可能拆开，测绘了蒸汽弹器的实物。这些都是前期的工作。电磁弹射是马伟明院士在负责（这消息还是不能得到官方的确定）。
3，        电磁弹射与蒸汽弹射技术上没有继承发展关系。其原理只有直线运动这点是相通的。别的机械结构，控制原理，一点不相同。相对而言电磁弹射难点，对我国正是强项，电力控制，电气，电机,电子方面我国离世界最高水平还近些。
4，        中国迟早是要上电磁弹射的。至于中间是否上一到两艘蒸汽弹射型的航母，那是仁者见仁，智者见智的问题。这牵涉到，科研单位，许多军工厂，科技工作人员，利益搏弈的问题，还有中央军委等 。最终需中央，相信中央经过多次多方调研验证后,会作出最合适我国国情正确的决策。不是我等论坛小民说如何就如何的。



   
   以上内容，观点如有遗漏，错误，就请坛内XD指正，海涵，多谢！

一，        电磁弹射与蒸汽弹射特点比较                                                            

1、体积：
蒸弹：1座 C 1 3超过1100立方米。其中储气罐就有200立方米。（系统复杂不好确认整个系统的容积）。有庞大复杂的蒸弹管道，还有其的管道保温材料。
电弹：小于425立方米

2、重量：
蒸弹：1座 C 1 3  有 538吨
电弹：小于280吨

3，弹射加速方式：
蒸弹：变加速过程。峰值超过6个g，平均值2个g多一点。弹射器后段加速能力严重下降。C－13－1型蒸汽弹射器发射是最大国在可以达到6g，，而整个行程的平均加速度仅有2g多一点，F/Ａ－18战斗攻击机飞行员常产调侃C－13－1弹射器在后段往往没有飞机自身的发动机加速得快。随着速度和气缸容积的增加，过热蒸汽的膨胀绝大多数能量用于蒸汽本身的加速和推动上了，而体积增加后气体膨胀所需蒸汽的比例成立方关系增加。目前的蒸汽弹射器厂度和气缸容积几乎达到极限，到弹射冲程的末端，蒸汽基本上只能加速活塞，对飞机的帮助不大。
电弹：匀加速过程。加速度2个多g。电弹是加速均匀且力量可控。电磁弹射器的推力启动段没有蒸汽那种突发爆炸性的冲击，峰值过载从6g可以降低到3g，这不仅对飞机结构和寿命有着巨大的好处，对飞行员的身体承受能力也是一个不错的改善。此外，由于电磁弹射的加速和弹射器的长度没有关系，除了受到气动阻力和摩擦阻力的影响外，弹射初段到末段的基本加速度不会出现太大的波动，这就比蒸汽弹射的逐步下降来得更有效率。根据计算，平均加速度一样时，电磁弹射器可以比蒸汽弹射击让飞机多载重8%~15%。　
       蒸弹的高过载，使其对载机的纵向强度要求很高，增加了舰载机的设计难度和空重。J-15前起落架较高，用于蒸弹，对强度的要求更高，增重必然较大。电弹就容易多了。
  其次是对人员的影响和机体寿命的影响。都是非常不利的。
  对于中国来说，蒸弹的这一弊端更为强烈。因为我们尚无弹射型飞机服役。若采用了蒸弹，则全部需要弹射舰载机型都要满足蒸弹的要求。开发难度增大，飞机空重增加性能下降。是牵一发动全身的事情。
   
4，可靠性高，抗战损能力：
蒸弹是开环控制机械装置，为保持活塞运动时汽缸内压力 ，需要采用非金属密封条 ，受 损更换极为平凡。整个汽缸是一个长达几十米的圆柱缸体，任一一段有故障整个汽缸就不能使用。
电弹是闭环控制的高冗余系统。福特四个电弹使用8套系统交联，任一系统都可为弹射轨道服务。


5，弹射功率可调节性
蒸弹：调节范围窄，弹射较轻的飞机会出现功率过剩，对飞行员和舰载机构成伤害。小型的无人机则完全不能弹射。汽弹射器的功率输出依靠一个叫速率阀的东西，利用控制蒸汽流量的方式控制弹射器的功率输出，机械的可调节性能输出达到1：6差不多就是极限了；
电弹：弹射功率无级调节。可弹射从小型无人机到40吨的大飞机。
电磁弹射器具有很大的能量输出调节范围。蒸电磁弹射的功率输出是由电路系统控制的，从大功率民用变电的经验可知1：100以内的变化是相当容易的。美国海军未来将会大量使用轻重不一的无人机，目前的蒸汽弹射器很难适应这个要求。

6，能源效率：
蒸弹：约4-6%
电弹：大于60%。
这点对常规动力的航母来说，太重要了。

7，对动力系统的影响：
蒸弹：很大。尼米兹级航母在连续弹射射8架次后，由于蒸汽压力下降，动力损失，航速会从30节下降到20节。可谓越着急越有事。
电弹：很小。电弹对动力的影响很小，接近于零。

8. 机械制造加工技术难点。
蒸弹：结构主要是几十米长的开式汽缸，机械加工难度大，汽缸缸体材料要求高.并且汽缸的非金属密封条，其材料是易损件，难更大。
电弹：机械结构主要是直线电机，机械部分容易加工。

9，适装性
蒸弹：蒸汽弹射器大部分质量位于上层甲板 ，导致船体重心升高，不利于航行稳定性 适装性一般。体积巨大。蒸汽弹射器多个部件之间由高温高压的管路连接 ，并且弹射汽缸必须整体安装，在航母上的总体安装与布置难度较大，小型航母上不适合装大功率的蒸汽弹射器。复杂的蒸汽管道迷，灼热的蒸汽泄漏和四处污溅（因蒸弹是开式汽缸有一定的蒸汽泄漏率）、难以清洁的润滑油。
电弹：采 用模块化设计，直线电机可以分段安装和拆卸 ，各个部件通过电缆或信号网络连接 ，布置灵活 ，适装性良好。可用于轻型、中型、大型和超级航母。两栖舰上电弹还可解决固定翼战机上舰问题。对原动力没有要求。对航母的设计是和海军操作人员来说，电磁弹射器是一个大福音，它不仅将机库甲板的占用面积缩减到原来的1/3，而且重量还轻了一半。大幅减轻高过重心位置的重量对航母的稳性设计是个很有益的举措， 电弹电缆可以方便的连接不同位置的设备。这也是福特号8套系统可以交联，支持每个弹射轨道，实现热备份的原因。

10，对甲板形变的敏感性
蒸弹:长达几十米的汽缸是一个钢性整体。对甲板直线度要求高。
电弹:是由多条直线电机分段拼接来的，对甲板直线度要求低。



11，可维护性
蒸弹: 差。400弹射之后，密封条等就要更换  。
电弹:  大于1300次。平常系统自检。以后随系统进一步改进，检修周期会再延长。(这是说福特号)。

12，淡水消耗
蒸弹：一次弹射消耗6 1 4 k g蒸汽，消耗约一吨淡水，。
电弹：无。


13、环境适应性：
蒸弹：一般。在寒冷季节或地域，低温使得蒸汽弹射器的效率进一步下降。泄露水蒸气在甲板会有凝结问题。苏联在设计制造乌里扬诺夫斯克号核动力航母时就要考虑航母在北极使用时，蒸汽缸及管道回路的保温问题。
电弹：良好。无蒸汽泄露问题。低温反而使得电磁弹射器的效率提高。

14，升级扩展能力：
蒸弹：难。弹射能力升级几乎不可能。。
电弹：扩展升级能力强大，潜力无限。模组化设计。随着元器件性能的提升，可方便的提升电弹的性能指标。如弹射功率和能源效率。软件升级优化更是方便。
有位专家说：经过一代人之后，也未必能把电弹的潜力挖掘完。

15，发展方向的符合性：
蒸弹：只能是一个过时产品。
电弹：是未来航母的发展方向。
蒸弹有一项优点的，那就是电磁兼容性。这一点是电弹的难点。但是并非不能解决。
福特号上的电弹已经解决了这一问题。电屏蔽较容易，磁屏蔽难一些。福特号的弹射轨道缝隙磁场泄露强度，在开口上方15厘米处，达到正常环境强度。因为合格的电磁弹射器，必然要满足电磁兼容性的要求。否则就是不合格的。还有现在磁浮列车现在国内上海已经有一条了。已解决了这个问题。电弹这个问题类似可以借鉴。
舰船向综合电力方向发展已是必然的趋势。只有电弹合这一趋势。






二，电磁弹射器的构成综合分析来看，其关键技术主要有以下4个方面：
1 . 储能技术。一次弹射持续时间虽然不超过3 S ，但峰值功率高达数百兆瓦 ，航母电站无法直接提供这样的电力需求 。因此 ，需要采用储能装置在 4 5  s的 时间 内储存 1 2 2 M J 的能量 。储能技术的难点是需要 找到能量密度很 高 的储能方式 ，否则储 能装 置本 身体 积重量超标就不能满足上舰使用的要求 。通用原子公司最终采用惯性飞能储能的方法圆满解决了这个问题 。

2 . 大功率电力调节技术 。随着动子的速度从0逐渐达到最高速 ，通人直线电机的电能 频率不断升高 ，电压也不断加大， 所以能量存储分系统输出的电能 不能直接驱动直线电机 ，需要通过电力调节分系统实现电能的变换 ，其难点在于处理的电能瞬态功率大，需要对高压大电流进行调节。 随着大功率固态电力电子器件的不断升级， 以及电力电子器件 串并联技术的不断进步 ，大功率电力调节技术在民用领域早已广泛应用，为解决该问题奠定 了坚实的基础。

3 . 直线电机技术。 直线电机是弹射器的执行机构 ，其主要优势是定 、 动子间无机械 接触，仅靠电磁力实现电能到直线运动的动能转换。直线电机技术的难点是尽可能提高它的功率密度和能量效率 ，且需要很强的环境适应能力 。直线 电机 在物流传输 、直线 电梯 、车床加工等领域研究非常深入 ，大功率直线电机在磁悬浮列车等轨道交通领域 已经得 到 广泛应用 。不管是同步直线电机 还是直线感应电机 ，从理论上都能满足电磁弹射的需求 。


4 .弹射控制技术。电磁弹射器需要通过实 时 、闭环的控制 ，达到根据设定的弹射曲线 精 确控制弹射末速度和弹射过程中加速度的目的 。弹射控制技术的难点在于对直线电机的实 时反馈控制 ，以及对各种信息的组网、交互与处理 。电磁弹射器的控制技术在工业及信息领域有大量的方法可以借鉴 ，如矢量控制技术 、直接转矩控制技术 、工业总线技术及计算机技术等等 ，这些都可以推广并移植到电磁弹射器中。


以上4条，第一条，现在用惯性飞能储能，通用公司已解决了，通用有的是非金属材料做的高密度大质量飞轮。我国非金属材料差些，就用重金属材料做飞轮，只是体积稍大些，航母这么大的船体有空间安装。其余三条都是电力工程，这是我国的强项。没难度，早已解决。


三，综合总结


1，        电磁弹射（能源效率：大于60%）比蒸汽弹射（4-6%）更加节能，不少人一说电弹，就是没有核动就不可以上电磁弹射，这是一个大大的错误观点。相反电磁弹射更加节能对动力要求更底。[flash][/flash]
2，        蒸汽弹射更成熟，这也是一个错误观点！蒸汽弹射更成熟，那是对于仅美国而言! 美国有几十年，制造，使用，维护蒸汽弹射的经验，连法国的戴高乐号航母都要采购美国的C13弹射器。美国是不会把制造，使用，维护蒸汽弹射的经验，交流给中国的。中国接触到蒸汽弹器实物很可能是，1985年，废弃航母"墨尔本"号作为废铜烂铁卖给了中国的金属废品商。中国很可能拆开，测绘了蒸汽弹器的实物。这些都是前期的工作。电磁弹射是马伟明院士在负责（这消息还是不能得到官方的确定）。
3，        电磁弹射与蒸汽弹射技术上没有继承发展关系。其原理只有直线运动这点是相通的。别的机械结构，控制原理，一点不相同。相对而言电磁弹射难点，对我国正是强项，电力控制，电气，电机,电子方面我国离世界最高水平还近些。
4，        中国迟早是要上电磁弹射的。至于中间是否上一到两艘蒸汽弹射型的航母，那是仁者见仁，智者见智的问题。这牵涉到，科研单位，许多军工厂，科技工作人员，利益搏弈的问题，还有中央军委等 。最终需中央，相信中央经过多次多方调研验证后,会作出最合适我国国情正确的决策。不是我等论坛小民说如何就如何的。



   
   以上内容，观点如有遗漏，错误，就请坛内XD指正，海涵，多谢！