美新航母要退回蒸汽弹射时代?

 

舰载机弹射系统只不过是航空母舰庞大系统中的一部分,为何能引起特朗普的关注?蒸汽弹射与电磁弹射有何区别?特朗普为何要改换蒸汽弹射器?难道美新航母要退回蒸汽时代?...



日前,美国总统特朗普在美军驻日本横须贺海军基地发表讲话时,表示对电磁弹射花费巨资感到不满,并讲他将颁布命令将航母上的电磁弹射器改为蒸汽弹射器。特朗普称:“我们将大量资金投在电磁弹射系统上,却不知道在恶劣条件下其性能如何。所以我要下达命令,下一艘新航母要换用蒸汽弹射系统。”一时引起各国媒体和军方关注。

 

舰载机弹射系统只不过是航空母舰庞大系统中的一部分,为何能引起特朗普的关注?蒸汽弹射与电磁弹射有何区别?特朗普为何要改换蒸汽弹射器?难道美新航母要退回蒸汽时代?
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何为航母舰载机弹射系统?
舰载机弹射器是航空母舰上的关键起降设备,是一个由诸多子系统构成的庞大而复杂的装置,能够帮助多种型号的舰载战斗机、预警机等,从长度有限的飞行甲板上,安全快速起飞。

航空母舰的核心战斗力是舰载机,在作战中,舰载机负责对空中、地面、以及海上目标进行打击。因此,舰载机的起降能力是一个航母战斗群战斗力的重要标志之一。

图:目前美国航空母舰都采用蒸汽弹射器,蒸汽弹射器弹力虽强,但消耗汽量大蒸汽容易泄露等弱点,从而影响航空母舰的机动作战性能。
 

目前,舰载机的起飞方式主要有3种,即,滑跃式起飞、弹射起飞和垂直起飞

  • 滑跃式起飞主要是依靠飞行自身的动力,在航母甲板上短距滑跑,并通过甲板末端的首斜甲板抛射作用,从而实现滑跃起飞。这种起飞方式,由于结构简单和造价低廉,所以被俄罗斯航母采用。但由于对飞机载荷有严格限制,一定程度上削减了舰载机的战力。
  • 弹射起飞方式是通过大功率的弹射器给飞机足够的起飞速度,从而实现弹射起飞。这种起飞方式大大降低了对舰载机本身的载荷限制和要求,可以满载满油量起飞,使航母的综合战力大幅度提升。所以美国的航空母舰大都采用弹射起飞方式。
  • 垂直起飞则主要是舰载直升机、倾转旋翼机等飞机的起飞方式。
其中,弹射起飞就是利用弹射器助推,可以使飞机获得更高的加速度,具备在短距离内放飞重型战机的能力,是舰载机起飞的主流方式。弹射器是飞机起飞的重要装置,主要有两种:即蒸汽弹射器和电磁弹射器。
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蒸汽弹射 VS 电磁弹射
孰优孰劣?
 2.1 蒸 汽 弹 射 
蒸汽弹射系统是以蒸气为工作介质,推动气缸,带动滑车,拖拽舰载机,从而实现舰载机弹射起飞。蒸汽弹射器由众多子系统构成,其中包括蒸汽系统,弹射引擎系统,液压系统,弹射指令系统,水力制动系统,润滑系统等。

目前,蒸汽弹射器技术已相当成熟,因此被军事大国航母普遍采用。但蒸汽弹射器也存在一定局限:1)蒸汽弹射器主要是体积和重量过于庞大,如美国最新的蒸汽弹射器,全套体积达1100立方米,全重接近500吨;2)单位时间内消耗蒸汽量过大,影响连续弹射;3)蒸汽弹射的弹射力量调节范围小,无法弹射较轻的无人机;4)弹射时瞬间爆发的巨大推力,让舰载机飞行员感到非常不适。
 图:福特航母的电磁弹射系统


 
 2.2 电 磁 弹 射 
电磁弹射是继蒸汽弹射之后发展起来的新一代弹射装置。其原理是将电能转化为磁能再转化为动能,并推动物体达到一定速度的系统,其动力装置是直线电机,系统通过输入强大的电流使线圈产生磁场,使往复车加速,从而推动战机起飞。

近年来,随着技术的发展进步,各军事大国开始注重发展电磁弹射技术。相比蒸汽弹射,电磁弹射优势明显。据媒体披露:1)电磁弹射系统“体小身轻”,全套电磁弹射设备体积只有蒸汽弹射器的一半,仅500多立方米,全重325吨;2)电磁弹射比蒸汽弹射的最大能量幅度高20%,可以放飞更重的飞机。而且电磁弹射功率可调,通过调整输出电流,起飞重量可在2吨至70吨之间调整,终端速度可在50节至200节之间任意设定。3)加速度曲线十分平滑,能够极大改善飞行员的身体负担和飞机的结构寿命。4)据称,配有电磁弹射系统的美国“福特”号航母,日出动舰载机达到300余架次,相比尼米兹级提高25%。而且电磁弹射器的维护保养费用也大幅下降,操作该系统的人力成本可降低30%。
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特朗普为何要换?


既然电磁弹射优势明显,那么特朗普为何却要求回归蒸汽弹射?其实,早在2017年5月,美国总统特朗普在接受《时代》周刊采访时就表示,海军研发多年的电磁弹射系统(EMALS)过于复杂,希望“福特”级航母能够继续使用 “尼米兹”级航母的蒸汽弹射器。这次在日本只不过是旧事重提。

从特朗普的言论来看,他之所以关注电磁弹射器问题,主要还是在于福特级航母上的电磁弹射器太费钱了,再就是他认为电磁弹射技术还不靠谱,尤其是对太多自动化技术的应用一直持怀疑态度,所以要将其改回蒸汽弹射。以至于开玩笑称,支持电磁弹射的人可能是敌方派来卧底的。

(1)当然,首要问题还是花费太高。

据美海军透露,“福特”级航母引入3种新型主要作战系统:电磁弹射系统(EMALS)、先进拦阻装置(AAG)、双波段雷达(DBR),EMALS是这3种系统中争议最大的系统。美海军海上系统司令部也承认,“福特”号采办存在严重超支问题,EMALS、AAG、DBR这3种系统在“福特”号超支成本中所占比例为40%。
 图:美军电磁弹射起飞地面试验装置


 

(2)再就是目前电磁弹射系统确实存在一些技术问题。

据2018年12月美国防部武器测试办公室报告称,在迄今为止进行的747次舰上弹射测试中,电磁弹射系统发生了10次“严重故障”,故障率“远高于平均每4166次弹射发生一次关键故障的要求”。

(3)另外,电磁弹射系统还面临维修问题。

在海上试验中,美海军发现,频繁使用时电磁弹射系统故障较多,远没有蒸汽弹射器可靠。美海军称,一旦在战斗中出现一个弹射器无法使用,有可能需要关闭全部4个弹射器才能进行维修。实际上,“福特”号航母的电磁弹射系统不能在弹射作业期间进行维护。这一事实加剧了对系统可靠性的担忧。

对此,特朗普批评说:美国花费了9亿美元用于研制疯狂的电磁弹射,而我要问的是,蒸汽弹射有何不可?专家们却说电磁弹射启动更快,不需要加速度。新航母不需要这种加速度,因为我们每隔2分钟就能起飞一架舰载机,而且没人知道昂贵的电磁弹射在恶劣环境下会是什么样的情况。
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美新一代航母要退回蒸汽时代?


尽管特朗普声称要下令将航母上的电磁弹射器改为蒸汽弹射器,但这并非是一个“万全之策”,实际操作困难也较大。也就意味着更换“福特”级航母电磁弹射系统可能性不大。这主要是基于现实情况来分析:

原因1):因为“福特”级航母从设计到建造都是围绕电磁系统而不是蒸汽系统进行的,如果放弃电磁弹射系统而改为蒸汽弹射系统,无疑需要再花费巨大工作量和高额成本重新设计,势必导致新航母总成本要增加数十亿美元,不仅将拖后整体研制进度,而且还会导致部署时间延迟数年。所以,尽管特朗普一再要改换为蒸汽弹射系统,但实际操作不太可行
 图:电磁弹射毕竟代表航母未来发展趋势


原因2):再者,电磁弹射系统毕竟是一项新技术,其自身完善必然也需要一个发展过程。尽管目前还存在一些问题和缺陷,但这也是任何新技术走向成熟的必经过程,一旦解决了工程问题,这类问题也就迎刃而解了,随着技术和工程问题的解决,其性能和可靠性将获得大幅度提升,同时也可以相应降低其维护成本

原因3):另外,美国海军并没有因此而改变计划,并对电磁弹射系统仍很有信心。今年早些时候,美国海军仍推出了批量购买“福特”级航母的计划,并斥资154亿美元开始建造“福特”级的第三艘和第四艘,其中包括电磁弹射系统。

然而,从特朗普新近的态度来看,弃用电磁弹射系统的态度似乎也很坚决。按特朗普的行事方式,也不排除他下令坚持改为蒸汽弹射系统,这可能给电磁弹射系统的命运带来变数。但有关评论认为,如果新航母再改回蒸汽弹射,无疑是一种倒退。尽管如此,电磁弹射仍被美海军看好,世界一些军事大国也在关注和研发这一新技术,因为电磁弹射毕竟代表航母未来发展趋势。

作者丨学术plus高级评论员  徐秉君 

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