11月4日，中國(guó)工程院院士、信息工程大學(xué)教授鄔江興和中國(guó)工程院院士、海軍工程大學(xué)教授馬偉明榮獲本年度何梁何利基金最高級(jí)別獎(jiǎng)項(xiàng)——“科學(xué)與技術(shù)成就獎(jiǎng)”。
馬偉明院士能夠獲此殊榮的原因就在于在電磁彈射、綜合電力推進(jìn)、新能源接入技術(shù)等領(lǐng)域取得了一批具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)性成果，共獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)2項(xiàng)，國(guó)家技術(shù)發(fā)明三等獎(jiǎng)2項(xiàng)。那么，相對(duì)于傳統(tǒng)的蒸汽彈射，電磁彈射具有哪些優(yōu)勢(shì)?電磁彈射的技術(shù)難點(diǎn)是什么?中國(guó)在建的航母會(huì)選擇電磁彈射么?觀察者網(wǎng)專(zhuān)欄作者鐵流就這些讀者關(guān)心的問(wèn)題，進(jìn)行了逐一解答。
Q：什么是電磁彈射?
A：根據(jù)電磁感應(yīng)原理，切割磁感線能夠產(chǎn)生電流，反過(guò)來(lái)，電能也能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。電磁彈射就是根據(jù)這個(gè)原理，將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，彈射艦載機(jī)從航母上起飛。
Q：電磁彈射有哪些技術(shù)難點(diǎn)?
A：電磁彈射主要技術(shù)難點(diǎn)有儲(chǔ)能技術(shù)、直線電機(jī)技術(shù)、彈射控制技術(shù)等。
Q：能具體說(shuō)說(shuō)儲(chǔ)能技術(shù)、彈射控制技術(shù)和直線電機(jī)技術(shù)嗎?
A：每一次電磁彈射持續(xù)時(shí)間大約不到3秒，但峰值功率高達(dá)上百兆瓦，這就需要一個(gè)儲(chǔ)能設(shè)備將航母電站輸出的電能儲(chǔ)存起來(lái)，一瞬間釋放。儲(chǔ)能技術(shù)的難點(diǎn)就是需要找到能量密度很高的儲(chǔ)能方式，否則儲(chǔ)能裝置本身體積重量超標(biāo)就不能滿足上艦使用的要求。
電磁彈射需要精確控制彈射末速度和彈射過(guò)程中加速度，彈射控制技術(shù)的難點(diǎn)在于對(duì)直線電機(jī)的實(shí)時(shí)反饋控制，以及對(duì)各種信息的組網(wǎng)、交互與處理。
直線電機(jī)模型和模擬電磁場(chǎng)
直線電機(jī)是彈射器的執(zhí)行部分，主要依靠動(dòng)子和定子的無(wú)機(jī)械接觸，僅靠電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生的電磁力實(shí)現(xiàn)電能到直線運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換。直線電機(jī)技術(shù)的難點(diǎn)是盡可能提高它的功率密度和能量效率，并且具備海洋環(huán)境適應(yīng)能力。
Q：中國(guó)攻克這些技術(shù)的難度大嗎?
A：雖然電磁彈射最近才被美軍搬上航母，但實(shí)際上研制電磁彈射的關(guān)鍵技術(shù)并不是什么高不可攀的技術(shù)，很多技術(shù)都是經(jīng)過(guò)了多年研究，甚至已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。
比如直線電機(jī)技術(shù)在物流傳輸、直線電梯、車(chē)床加工等領(lǐng)域都有涉及，大功率直線電機(jī)在磁懸浮列車(chē)等軌道交通領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。電磁彈射的控制技術(shù)在工業(yè)及信息領(lǐng)域有大量的方法可以借鑒，如矢量控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)、工業(yè)總線技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等等，這些都可以推廣并移植到電磁彈射中。慣性?xún)?chǔ)能的概念其實(shí)早已有之，只是以前沒(méi)有這樣大功率的應(yīng)用需求。因此，中國(guó)攻克電磁彈射的核心技術(shù)并不存在無(wú)法逾越的障礙。
工作原理
Q：相對(duì)于蒸汽彈射，電磁彈射具有哪些優(yōu)勢(shì)?
A：電磁彈射具有彈射性能更好、彈射更為可控、可靠性更高、適裝性更佳等優(yōu)勢(shì)。
Q：電磁彈射性能更好主要表現(xiàn)在哪里?
A：電磁彈射的最大彈射能力高達(dá)122兆焦耳，比蒸汽彈射器高出約29%，可以彈射重量更大的艦載機(jī)。
Q：電磁彈射可控性更好指的是?
A：蒸汽彈射器通過(guò)機(jī)械方法控制注入汽缸的蒸汽，無(wú)法精確控制推力，在彈射過(guò)程中推力的峰谷值比電磁彈射大，這會(huì)造成艦載機(jī)因不穩(wěn)定的推力而受力不均，進(jìn)而因此造成機(jī)體受損。而電磁彈射加速更可控，更平穩(wěn)，可大幅減小對(duì)艦載機(jī)和各部件的沖擊，有利于飛機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并可使機(jī)體的使用壽命延長(zhǎng)31%，也能緩解飛行員的身心壓力。
