（超大原创）关于TG航母的弹射器推测

（超大原创）关于TG航母的弹射器推测：:D

      超大议论TG航母弹射器帖子很多，本菜一直淡定，皆因感觉TG已经成竹在胸，尤其似看了那个中船重工闵行的卫星帖，更加验证自己的推测。现在发一贴，跟大家探讨，有些资料来源于网络，不正之处，请各位指教：

    我的观点便是：
1、TG航母上一定会有弹射器，而且是电磁弹射，进度快了，WLG上就会有。
2、TG航母舰载机会有三种起飞方式做实验：滑跃，弹射，弹射+滑跃，最后一种技术在电磁弹射技术实用化后成为可能。

    大家一定会惊奇，电磁弹射这个MD还没有实用的装备，TG怎么会有，TG还能超越MD的技术水平。原因很简单，TG的电磁弹射技术路线和MD不一样。

    以下为论证过程，论证了TG采用电池组做动力源实现电磁弹射装置的可能性。

J15最大起飞重量33吨，滑跃起飞重量一般为26吨，希望能达到30吨，离舰速度为300公里/时，约为83米/秒，估计TG的航母弹射器和MD差不多，轨道长度也是100米左右。

离舰动能，W1=1/2*30000kg*(83米/秒)2=103335000焦=103.335兆焦，
需要的推力可以算出，W=FS=F*100米，则F=1033350N=1033KN，J15自身动力AL31，最大加力推力125KN*2=250KN，则弹射器需要推力为1033KN-250KN=783KN，
舰载机的加速度可以算出，F=ma，a=F/m=1033KN/30吨=1033350/30000=34.445米/秒2，约为3.5个G,比起蒸汽弹射的最大6个G，冲击小了很多。

还可以算出，甲板上加速时间为（83米/妙）/（34.445米/秒2）=2.4秒。

J15自身动力，125KN推力*2，做功距离，100米，在甲板上飞机自身动力共可做功W2=FS=125000*2*100=25000000焦=25兆焦，

所需弹射能量为W弹=W1-W2=78兆焦。

所需功率密度达到78兆焦/2.4秒=32.5兆瓦，如果算上他电磁弹射器能量转化效率60%，需要的功率密度为54.1兆瓦。


现在我们看看陆地上的大容量电容式电动公交车,已经在上海上路，根据公开报道，电动公交车充电一次，不开空调下，可行驶250公里，费用为化石燃料的四分之一到三分之一。

（参见此文http://www.chetx.com/news/2009-03-17/10209673.htm，及http://auto.sina.com.cn/news/2009-05-13/1150491175.shtml）

我们仅在此推测，超级电容电池组的每次充电大约可冲200度电，电池电容组的重量估计为2.5吨， 则能量密度达到了0.288兆焦/KG，也即80Wh/kg，为目前普通铅酸电池组能量密度的2倍。
另外计算，普通15吨客车，需要的发动机功率一般为100千瓦，如果是空调车功率还要更大，电动车要达到同样的加速能力，必须瞬时功率也达到150千瓦的水平，150千瓦/2.5吨=60W/kg，即便是普通铅酸电池组，功率密度也完全满足，超级电容电池组，更应该不在话下。


从上文我们了解了当前电容储能装置进展，现在看：

常规商用铅酸蓄电池的功率密度约为150W/kg，为了实现54.1兆瓦的功率，则需要360666KG即360吨电池组，如果超级电容电池组能把功率密度提高一半，则单台电磁弹射装置储能需要180吨电池组，。

此外，常规商用铅酸蓄电池的能量密度为40Wh/kg=0.144兆焦/Kg，电容电池组则达到了80Wh/kg，180吨电池能量则为51840兆焦，每次弹射耗能78兆焦/0.6=130兆焦，则充满电后电容电池组可以满足400次弹射所需。


所以，中船重工闵行基地，完全可能是在做电磁弹射的实验，看过那个卫星帖的，可以去判读。为了实现电磁弹射的目标，研究人员需要在以下方面取得突破：

1、直线电机，这一块和MD一样，谁都绕不开的技术，联想到上海的磁悬浮，成飞制造的动力飞车，西南交大的磁悬浮，我认为这一块技术已经接近成熟。

2、储能装置，
    MD用的是惯性即飞轮储能(FES)装置，新设计的盘式交流发电机重约8.7吨，如果不算附加的安全壳体设备，其重量只有6.9吨。盘式交流发电机的转子绕水平轴旋转，重约5177千克，使用镍铬铁的铸件经热处理而成，上面用镍镉钛合金箍固定2对扇形轴心磁场的钕铁硼永磁体。镍镉钛合金箍具有很大的弹性预应力，可确保固定高速旋转中的磁体。转子旋转速度为6400转/分，一个转子可存储121兆焦的能量，储能密度比蒸汽弹射器的储气罐高一倍多。一部弹射器由4台盘式交流发电机供电，安装时一般采用成对布置，转子反向旋转，可减少因高速旋转飞轮带来的陀螺效应和单项扭矩。弹射一次仅使用每台发电机所储备能量的22.5%，飞轮转盘的转动速度从6400转/分下降到5200转/分，能量消耗可以在弹射循环的45秒间歇中从主动力输出中获得补充。四蓄能发电机结构允许弹射器在其中一台发电机没有工作的情况下正常使用。由于航母装备4部弹射器，每两部弹射器的动力组会安装到一起，集中管理并允许其动力交联，因而出现6台以上发动机故障而影响弹射的事故每300年才会重复一次。盘式交流发电机采用双定子设计，分别处于盘的两侧，每一个定子由280个线圈绕组的放射性槽构成，槽间是支撑结构和液体冷却板。采用双定子结构，每台发电机的输出电源是6相的，最大输出电压1700伏，峰值电流高达6400安，输出的匹配载荷为8.16万千瓦，输出为2133～1735赫兹的变频交流电。盘式储能交流发电机的设计效率为89.3%，这已经通过缩比模型进行了验证，也就是说每一次弹射将会有127千瓦的能量以热量形式消耗掉。发电机定子线圈的电阻仅有8.6毫欧，这么大的功率会迅速将定子线圈加温数百度，所以设计了定子强制冷却。冷却板布置在定子的外侧，铸铝板上安装不锈钢管，内充WEG混和液，采用流量为151升/分的泵强制散热。根据1/2模型测试可知，上述设计可以保证45秒循环内铜芯温度稳定在84℃，冷却板表面温度61℃。
    可以看出，MD的这个FES，里面的高转速，大电压，大电流，高频变流，大热量，对任何工程人员都是挑战，对TG来说，更难在短期实现突破。

    而TG运用超级电容电池组，只需要并联就可以获得大电流，串联就可以获得大电压，充分利用了电池能量密度大，电容功率密度大的特点，平时充电用电池进行慢充，需要弹射时用电容进行放电，技术上实现没有不可逾越的难关。上文的计算，验证了电容电池组绝对没有一般人认为的那样不齿，功率密度，能量密度现在都不是问题。所以TG绝对不会采用FES装置去做储能，做为替代，TG的电容电池组200吨左右的重量以及对应的体积都不是太大问题，加上直线电机和控制装置，可以控制在300吨以下，和蒸汽弹射的C13-2装置相比，重量更轻，电池组也可以灵活布置。

3，电力电流变换系统
　　电力电流变换系统从储能系统获取电能,在长约100米的直线电机上,电力电流变换系统能够在特定时间仅仅接通对弹射起作用的线圈,而不是把整个直线电机的线圈一起接通,从而使整个系统有效运转。它还能通过改变供电的电压,频率,使电磁弹射器在各种速度上都以最高效率运转。
   
    由于TG采用的是电池储能，所以这一块实现相对容易，从电池过来的电流，电压非常平稳，控制相对简单，甚至可以让某些电池组专门接通对应的直线电机定子，主要是控制动滑块到来前接通电流，滑块过后断开电流。由于是电池组，非常容易通过1000千瓦级别的变频器件并联，实现大电流的控制，这方面可以参见高速列车CRH2，CRH3变频换流器的国产化进程。
   
    看看MD，其电磁弹射器真正最为关键、技术难度最大的部件还是高功率循环变频器。这个技术是电磁弹射器的真正技术瓶颈。从设计上看，循环变频器是通过串联或者并联多路桥式电路来获得叠加和控制功率输出的，它不使用开关和串联电容器，省略了电流分享电抗器，实现了完全数字化管理的无电弧电能源变频管理输出。其每一相的输出能力为0～1520伏，峰值电流6400安，可变化频率为0～4.644赫兹。循环变频器设计非常复杂，它不仅需要将4台交流发电机的24相输入电能准确地将正确的相位输入到正确的模块端口，还必须准确的管理298个直线电机的电磁模块，在滑块组运行到来前0.35秒内让电磁体充电，而在滑组经过后0.2秒之内停止送电并将电能输送到下一个模块。循环变频器工作时间虽然不长，每次弹射仅需工作10～15秒，但热耗散非常大，一组循环变频器需要528千瓦的冷却功率，冷却剂是去离子水，流量高达1363升/分，注入温度35℃的情况下可确保系统温度低于84℃。目前，美国对这一核心部件的保密工作非常重视，除了基本原理外，几乎没有任何的模型结构、工程图片披露。

    这里面，如果是几百千瓦的变频器也就罢了，MD的必须是100兆瓦级的，还要对应飞轮输出的2133～1735赫兹的变频电流，目前的电力器件没有达到这个级别的，别说TG，就是MD恐怕也决非易事。


    所以，我在此继续斗胆猜测，MD的电磁弹射，目前显示出来的技术路线，可能自己也不一定会装备，有可能是忽悠毛子和TG的，目的是让他们知道知难而退，先去研究蒸汽弹射吧。而其实，MD可能暗渡陈仓，走得什么路线，还在研究中，也有可能最后和TG一样了。



        后来发现了duanyao兄弟的帖子，充分利用成熟技术，打造山寨版电磁弹射器， http://lt.cjdby.net/viewthread.p ... =%B5%AF%C9%E4%C6%F7，

大家可以看看此帖，再评价我的帖子。

（超大原创）关于TG航母的弹射器推测：:D

      超大议论TG航母弹射器帖子很多，本菜一直淡定，皆因感觉TG已经成竹在胸，尤其似看了那个中船重工闵行的卫星帖，更加验证自己的推测。现在发一贴，跟大家探讨，有些资料来源于网络，不正之处，请各位指教：

    我的观点便是：
1、TG航母上一定会有弹射器，而且是电磁弹射，进度快了，WLG上就会有。
2、TG航母舰载机会有三种起飞方式做实验：滑跃，弹射，弹射+滑跃，最后一种技术在电磁弹射技术实用化后成为可能。

    大家一定会惊奇，电磁弹射这个MD还没有实用的装备，TG怎么会有，TG还能超越MD的技术水平。原因很简单，TG的电磁弹射技术路线和MD不一样。

    以下为论证过程，论证了TG采用电池组做动力源实现电磁弹射装置的可能性。

J15最大起飞重量33吨，滑跃起飞重量一般为26吨，希望能达到30吨，离舰速度为300公里/时，约为83米/秒，估计TG的航母弹射器和MD差不多，轨道长度也是100米左右。

离舰动能，W1=1/2*30000kg*(83米/秒)2=103335000焦=103.335兆焦，
需要的推力可以算出，W=FS=F*100米，则F=1033350N=1033KN，J15自身动力AL31，最大加力推力125KN*2=250KN，则弹射器需要推力为1033KN-250KN=783KN，
舰载机的加速度可以算出，F=ma，a=F/m=1033KN/30吨=1033350/30000=34.445米/秒2，约为3.5个G,比起蒸汽弹射的最大6个G，冲击小了很多。

还可以算出，甲板上加速时间为（83米/妙）/（34.445米/秒2）=2.4秒。

J15自身动力，125KN推力*2，做功距离，100米，在甲板上飞机自身动力共可做功W2=FS=125000*2*100=25000000焦=25兆焦，

所需弹射能量为W弹=W1-W2=78兆焦。

所需功率密度达到78兆焦/2.4秒=32.5兆瓦，如果算上他电磁弹射器能量转化效率60%，需要的功率密度为54.1兆瓦。


现在我们看看陆地上的大容量电容式电动公交车,已经在上海上路，根据公开报道，电动公交车充电一次，不开空调下，可行驶250公里，费用为化石燃料的四分之一到三分之一。

（参见此文http://www.chetx.com/news/2009-03-17/10209673.htm，及http://auto.sina.com.cn/news/2009-05-13/1150491175.shtml）

我们仅在此推测，超级电容电池组的每次充电大约可冲200度电，电池电容组的重量估计为2.5吨， 则能量密度达到了0.288兆焦/KG，也即80Wh/kg，为目前普通铅酸电池组能量密度的2倍。
另外计算，普通15吨客车，需要的发动机功率一般为100千瓦，如果是空调车功率还要更大，电动车要达到同样的加速能力，必须瞬时功率也达到150千瓦的水平，150千瓦/2.5吨=60W/kg，即便是普通铅酸电池组，功率密度也完全满足，超级电容电池组，更应该不在话下。


从上文我们了解了当前电容储能装置进展，现在看：

常规商用铅酸蓄电池的功率密度约为150W/kg，为了实现54.1兆瓦的功率，则需要360666KG即360吨电池组，如果超级电容电池组能把功率密度提高一半，则单台电磁弹射装置储能需要180吨电池组，。

此外，常规商用铅酸蓄电池的能量密度为40Wh/kg=0.144兆焦/Kg，电容电池组则达到了80Wh/kg，180吨电池能量则为51840兆焦，每次弹射耗能78兆焦/0.6=130兆焦，则充满电后电容电池组可以满足400次弹射所需。


所以，中船重工闵行基地，完全可能是在做电磁弹射的实验，看过那个卫星帖的，可以去判读。为了实现电磁弹射的目标，研究人员需要在以下方面取得突破：

1、直线电机，这一块和MD一样，谁都绕不开的技术，联想到上海的磁悬浮，成飞制造的动力飞车，西南交大的磁悬浮，我认为这一块技术已经接近成熟。

2、储能装置，
    MD用的是惯性即飞轮储能(FES)装置，新设计的盘式交流发电机重约8.7吨，如果不算附加的安全壳体设备，其重量只有6.9吨。盘式交流发电机的转子绕水平轴旋转，重约5177千克，使用镍铬铁的铸件经热处理而成，上面用镍镉钛合金箍固定2对扇形轴心磁场的钕铁硼永磁体。镍镉钛合金箍具有很大的弹性预应力，可确保固定高速旋转中的磁体。转子旋转速度为6400转/分，一个转子可存储121兆焦的能量，储能密度比蒸汽弹射器的储气罐高一倍多。一部弹射器由4台盘式交流发电机供电，安装时一般采用成对布置，转子反向旋转，可减少因高速旋转飞轮带来的陀螺效应和单项扭矩。弹射一次仅使用每台发电机所储备能量的22.5%，飞轮转盘的转动速度从6400转/分下降到5200转/分，能量消耗可以在弹射循环的45秒间歇中从主动力输出中获得补充。四蓄能发电机结构允许弹射器在其中一台发电机没有工作的情况下正常使用。由于航母装备4部弹射器，每两部弹射器的动力组会安装到一起，集中管理并允许其动力交联，因而出现6台以上发动机故障而影响弹射的事故每300年才会重复一次。盘式交流发电机采用双定子设计，分别处于盘的两侧，每一个定子由280个线圈绕组的放射性槽构成，槽间是支撑结构和液体冷却板。采用双定子结构，每台发电机的输出电源是6相的，最大输出电压1700伏，峰值电流高达6400安，输出的匹配载荷为8.16万千瓦，输出为2133～1735赫兹的变频交流电。盘式储能交流发电机的设计效率为89.3%，这已经通过缩比模型进行了验证，也就是说每一次弹射将会有127千瓦的能量以热量形式消耗掉。发电机定子线圈的电阻仅有8.6毫欧，这么大的功率会迅速将定子线圈加温数百度，所以设计了定子强制冷却。冷却板布置在定子的外侧，铸铝板上安装不锈钢管，内充WEG混和液，采用流量为151升/分的泵强制散热。根据1/2模型测试可知，上述设计可以保证45秒循环内铜芯温度稳定在84℃，冷却板表面温度61℃。
    可以看出，MD的这个FES，里面的高转速，大电压，大电流，高频变流，大热量，对任何工程人员都是挑战，对TG来说，更难在短期实现突破。

    而TG运用超级电容电池组，只需要并联就可以获得大电流，串联就可以获得大电压，充分利用了电池能量密度大，电容功率密度大的特点，平时充电用电池进行慢充，需要弹射时用电容进行放电，技术上实现没有不可逾越的难关。上文的计算，验证了电容电池组绝对没有一般人认为的那样不齿，功率密度，能量密度现在都不是问题。所以TG绝对不会采用FES装置去做储能，做为替代，TG的电容电池组200吨左右的重量以及对应的体积都不是太大问题，加上直线电机和控制装置，可以控制在300吨以下，和蒸汽弹射的C13-2装置相比，重量更轻，电池组也可以灵活布置。

3，电力电流变换系统
　　电力电流变换系统从储能系统获取电能,在长约100米的直线电机上,电力电流变换系统能够在特定时间仅仅接通对弹射起作用的线圈,而不是把整个直线电机的线圈一起接通,从而使整个系统有效运转。它还能通过改变供电的电压,频率,使电磁弹射器在各种速度上都以最高效率运转。
   
    由于TG采用的是电池储能，所以这一块实现相对容易，从电池过来的电流，电压非常平稳，控制相对简单，甚至可以让某些电池组专门接通对应的直线电机定子，主要是控制动滑块到来前接通电流，滑块过后断开电流。由于是电池组，非常容易通过1000千瓦级别的变频器件并联，实现大电流的控制，这方面可以参见高速列车CRH2，CRH3变频换流器的国产化进程。
   
    看看MD，其电磁弹射器真正最为关键、技术难度最大的部件还是高功率循环变频器。这个技术是电磁弹射器的真正技术瓶颈。从设计上看，循环变频器是通过串联或者并联多路桥式电路来获得叠加和控制功率输出的，它不使用开关和串联电容器，省略了电流分享电抗器，实现了完全数字化管理的无电弧电能源变频管理输出。其每一相的输出能力为0～1520伏，峰值电流6400安，可变化频率为0～4.644赫兹。循环变频器设计非常复杂，它不仅需要将4台交流发电机的24相输入电能准确地将正确的相位输入到正确的模块端口，还必须准确的管理298个直线电机的电磁模块，在滑块组运行到来前0.35秒内让电磁体充电，而在滑组经过后0.2秒之内停止送电并将电能输送到下一个模块。循环变频器工作时间虽然不长，每次弹射仅需工作10～15秒，但热耗散非常大，一组循环变频器需要528千瓦的冷却功率，冷却剂是去离子水，流量高达1363升/分，注入温度35℃的情况下可确保系统温度低于84℃。目前，美国对这一核心部件的保密工作非常重视，除了基本原理外，几乎没有任何的模型结构、工程图片披露。

    这里面，如果是几百千瓦的变频器也就罢了，MD的必须是100兆瓦级的，还要对应飞轮输出的2133～1735赫兹的变频电流，目前的电力器件没有达到这个级别的，别说TG，就是MD恐怕也决非易事。


    所以，我在此继续斗胆猜测，MD的电磁弹射，目前显示出来的技术路线，可能自己也不一定会装备，有可能是忽悠毛子和TG的，目的是让他们知道知难而退，先去研究蒸汽弹射吧。而其实，MD可能暗渡陈仓，走得什么路线，还在研究中，也有可能最后和TG一样了。



        后来发现了duanyao兄弟的帖子，充分利用成熟技术，打造山寨版电磁弹射器， http://lt.cjdby.net/viewthread.p ... =%B5%AF%C9%E4%C6%F7，

大家可以看看此帖，再评价我的帖子。