直接跨过液压阻拦系统,出世便领先一代,直流电磁阻拦索有何优势

如果要让一架动辄20吨的战机,以240公里每小时的速度,平稳地降落在航空母舰上,需要使用怎样的设备呢?

事实上,这一直是世界各国在研发航母时,最先考虑的问题,毕竟没有弹射装置,航母还能通过倾斜甲板,为战机提供起飞时的升力;但若没有阻拦装置,那么舰载机必定会面临“有去无回”的局面。

有意思的是,面对这样的情况,目前的解决方式非常统一,那就是使用犹如手臂粗细地“钢索”,强行将战机从百公里每小时的速度拽回到零。不过,随着现代战争对航母,“回收”战机的要求越来越高,常规阻拦装置已经不能满足要求了。

今天就和大家聊聊003上的电磁阻拦索究竟拥有怎样的能力?而它对航母的整体战斗力又有什么帮助呢?

其实单从攻击角度来看,航母既没有导弹发射装置,行驶速度也不快,似乎并没有多强的攻击性能,但实际上,凭借大量舰载机灵活多样的战术,航母现在已经成为了远洋作战的唯一选择,而在这其中,在单位时间内能够起降更多架次的战机,便成为了衡量航母战斗力的标准。

首先在飞机的起飞上。起初,世界各国因为技术水平受限,不得不将航母甲板前端建造成倾斜的样子,这样的目的就是为战机提供一定的升力,以平衡航母受限的甲板长度,不过,倾斜甲板对起飞战机是有利了,但却会因为“占地方”,变相降低航母的载机量,而这一问题直到弹射装置的出现才予以解决。

而在战机起飞问题解决后,其降落又成了一个大问题。要知道,一架战机降落动辄需要将近一公里的缓冲距离,才能彻底降速,但问题是,航母甲板的有效降落面积一般到350米左右就到头了,因此只有将战机硬拉住,才能满足航母的需要。

二战时期,因为舰载机都是几吨重的小家伙,降落时的动能并不大,所以,拥有航母的国家都只需增加阻拦钢索的粗细和强度就可以了,实在不行就多加几条拦截钢索,总能拦得住战机。

其实这样的思路一直伴随着当时拥有航母的国家,不过俗话说“不破不立”,在几十年后俄罗斯库兹涅佐夫号航母发生的事故,可以说给全世界都敲响了警钟。

2016年,俄罗斯库兹涅佐夫号航母,前往地中海执行维和反恐任务,要知道,该航母自1983年下水服役至今,一直是斯拉夫民族的骄傲,事实上,在苏联解体后,库兹涅佐夫号也成为了俄罗斯唯一一艘航母。

可令人遗憾的是,就在执行任务的途中,一架苏33战机因为操作不慎,在降落时引发了冲撞,并导致库兹涅佐夫号燃起了熊熊大火,而根据事后调查,外界才知道,原来,因为阻拦系统失灵,战机在降落时并没有降速,这才酿成大祸。

也正因如此,在库兹涅佐夫号发生事故后,包括美国在内,所有拥有航母的国家都将研究重点放在了阻拦装置上。那么,究竟怎样的阻拦装置,能够抵挡得住现代战机数十吨重的身躯,百公里速度的冲击呢?

在目前的科技中,阻拦装置主要分为两种,其中一种比较“主流”,是以美国MK7型为代表的,液压缓冲式阻拦装置,另一种则属于“另辟蹊径”,正是咱们开头提到的,003航母上使用的电磁阻拦装置。

美国MK7型阻拦装置主要有4个部分组成,它们分别是拦阻机、拦阻驱动、拦阻索支持与钢索缓冲系统。MK7阻拦索是由直径35毫米的钢丝绳,拧成的6股钢缆构成的,在这其中,还不包括12根紧密环绕的辅助钢缆,根据测试,这种手臂般粗细的钢缆能够承受85万牛的冲击力。

不过就像咱刚刚聊过的,仅是强力的阻拦索并不能应对现代战机的冲击,事实上,美国MK7阻拦装置的秘密,藏在其拦阻机驱动中。根据资料,MK7阻拦装置一共设有4道阻拦索,第一道位于甲板尾端的55米,接着每隔14米增加一道,每当阻拦索拦截战机时,其不止是抵挡战机,相反的,其阻击驱动还会对战机施加相反的力,从而达到使战机更快停下的目的。

根据美国多次演习的数据来看,MK7能够在F35战机,以130公里每小时的状态下,在100米范围内,使其速度降为0,与此同时,完成一整套拦截操作,MK7只需要4.5秒。事实上,这样的表现已经是液压阻拦装置能达到的最大机能功效了,毕竟材料学中的客观规律是无法突破的。

不过,虽然MK7拥有如此强横的拦截能力,但其却因为设备体积过于庞大,机械设备过于精密的原因,使得后勤人员往往得耗费极大的精力进行维护。另一方面;即便费了这么大劲,该系统仍旧需要战机在回归时,抛弃多余的燃油才能拦截成功,而这也正是美国航母这么多年来一直面临的问题之一。

反观003航母上使用的电磁阻拦装置,首先从数据上,它就对MK7型阻拦装置进行了碾压。或许是我国使用的舰载机本来就比较重的原因,在设计初期,我国电磁阻拦装置就进行了对20吨战机拦截的探索,而就目前的情况来看,该装置能够在海鲨战机240公里每小时的状态下,将其在70米范围内降速,与此同时,完成整套拦截流程还不到4秒。

这就意味着,在单位时间内,该装置比MK7的效率甚至要高2倍,换句话来说,003对于战机的起降兼容性,远远超过带有MK7的航母。那么,都是拦截装置,为何电磁阻拦,就比传统液压缓冲阻拦强那么多呢?

电磁阻拦最大的优势就是其原理,简单来说,当该装置的钢索感知到与战机接触时,就会将冲击力、速度等信息传递给中央处理器,随后,中央处理器就会专门针对降落战机的数据,对其施加最为合适的拉力。

相比于传统的液压缓冲设备,因为是纯机械架构,过于生硬,所以会对战机造成潜移默化的损伤,电磁阻拦系统拦截战机时无疑更平滑稳定。一方面,该设备对航母的甲板十分友好;另一方面,因为是“软件”占主导作用,所以在维护上需要的精力与时间都少很多。

事实上,美国也曾经在电磁拦截领域做出过探索,并研发出了涡流电磁装置。不过从实际应用效果来看,虽说美国福特级航母采用了最新的涡流电磁系统,但也只是改变了MK7系统维护困难,故障率高的缺点,在拦截效能上的提升并不大,那么,为何003上的电磁阻拦系统就拥有领先对方如此多的性能呢?

这就是我国独创的“中压直流技术”的功劳了,美国涡流电磁装置使用的是交流电,而003电磁拦截采用的是直流电,而直流电带来的好处大致有4个方面。

首先,使用直流电的拦截设施,并不会因为原动机与拦截装置频率不同互相影响,相比于涡流装置必须安装增速与减速齿轮,配备直流电的电磁系统的能量利用率更高,其原动机的转速甚至可以突破3000转每分钟的客观限制,也正因如此,其产生的功率密度更高,阻力也更大,这便是其能拦截速度240公里每小时战机的原因。

其次,因为是直流供电,003航母并不需要大体积的各类变压器协调,这就使得电磁阻拦设置的体积可以更小巧,换言之,在相同甲板下,可以安装多组直流电磁阻拦装置,如果有必要,其甚至能拦截40余吨的战机起降,在战场上,如此强大的泛用性无疑是十分具有优势的。

在电磁学中,一种叫做集肤效应的问题可以说让工程师们最为头疼,该效应简单来说,就是在交流电磁场中,电流会因为磁场方向变化,导致分布不均,大量电流集中在导线的外层,使得其电阻与损耗增加,但效率却反而减少。而直流电却不存在这一问题,所以从损耗角度来看,该系统的故障率也会更低。

最后,因为原动机只要将电能供给直流电磁阻拦装置,直接使用就可以了,因此,但凡是牵扯到调速、容量、频率差异等交流电产生的问题,都不会在003上出现,而这也意味着,只要能为该电磁阻拦索提供原动机,它就能源源不断的对归来的战机进行拦截保护。

事实上,直流电磁阻拦技术,在日后一定会成为各国优先考虑的机制,不过随着003航母的下水,我国在该领域无疑是完成了领先一代的壮举,毕竟经过了谨慎的求证,并完成了初始技术积累的003,至少在直流电磁领域,做到了一定程度的“垄断”,而这或许正是美国工程界十分眼馋的原因吧。

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