【新唐人北京时间2022年06月25日讯】航空母舰是令人生畏的海上巨兽，一架又一架的战斗机从这里起飞，呼啸着掠过蓝天。可是有一个问题，现在的喷气式飞机，在陆地上的起飞，距离动辄就要几千米以上，F-16需要2,000米起飞，可是整个航母它的长度一般不超过350米。以美国尼米兹级核动力航母为例，它的长度317米，但是飞行甲板只有不到100米。那么飞机是如何在不到100米的距离上起飞的呢？
最简单的起飞方式叫滑跃式起飞，在中共的辽宁舰、山东号，以及俄罗斯的库兹涅佐夫号上都能看到，在军舰的最前端甲板向上跃起，大概有超过12～14度的角度。飞机经过这里，自然就一个向上的角度，再打开后燃加力室，就有足够的动力完成起飞。
但是滑跃式起飞，局限非常大，很难满载起飞，以中共的歼-15为例，在辽宁号上起飞，只能携带两枚中程导弹和两枚近程导弹。并且非常耗油，为了保证有足够的动力，不得不提前打开后燃加力室。很明显，一架飞机依靠自己的动力不足以完成航母上起飞。那怎么办呢？那就要借助外力。
目前，世界上最为流行的是蒸汽弹射，而最为先进的则是电磁弹射。我们先来看蒸汽弹射。
蒸汽弹射
蒸汽弹射在50年代就出现了，最早是英国人的发明，被美国人拿来发扬光大。蒸汽弹射，顾名思义，就是利用高压蒸汽将飞机弹射出去。
蒸汽弹射的工作原理
美国的核动力级航母，甲板下面是一个巨大的机械城市。其中的核心是核反应炉和蒸汽轮机，核反应炉无限提供动力，不断地烧锅炉，产生的蒸汽驱动中汽轮机带动螺旋桨，提供向前的动力。除此之外，这些蒸汽还有另外一个作用，美国的航母将大量的高温高压蒸汽集中在蒸汽室中，这些蒸汽，不是为了别的，就是为了帮助飞机起飞。
飞机要起飞时，开到预定位置，和弹射器的轨道对齐，前轮固定到一个滑块上。这个滑块是蒸汽弹射器的一部分，如果你能透视航母，你就能看到在飞行甲板的下方，一般会有一个弹射器的管线，滑动的是一个活塞气缸，活塞的顶端露出甲板，就是前面说到的滑块，它可以固定到飞机前轮上。当飞机前轮固定到弹射器上时，飞机就可以准备好起飞了。
在美国的航母上，时常可以见到穿着黄马甲的飞行指挥员。这些人负责协调和安排舰载机的起飞，可以被看作是航母上的交通警察。还有一个突出来的玻璃盖子，里面的人负责操控弹射器。
当飞机预备起飞时，链接这蒸汽弹射器的气缸阀门会打开，大量的高压蒸汽瞬间涌入到弹射器之中，产生巨大的压力。但这个时候还不能起飞，因为高压蒸汽一开始涌入的时候压力不足，也不稳定，还需要再等一会，蓄积力量。此时活塞固定让飞机留在原地。只有当活塞积累到足够压力之后，弹射器启动，飞机被巨大的动力推动着瞬间被弹开。美国航母上的蒸汽弹射器能在以750千牛的推力，在2秒内将1架20吨的战斗机，加速到每小时265公里。这个加速度换算过来，大概是4到5个G，这个G就是重力加速度。这个感觉比你平时去玩过山车要更猛一些，普通的过山车一般是一到两个G，一般来说，不会超过4个G。
飞机弹射出去之后，有一个液压的抓斗，再把之前的这个活塞抓回原始的位置，这样的话一个完整的发射周期就进行完了。听起来不难，你要是飞行员的话，什么都不需要干，坐在飞机上就可以了，和过山车差不多。
蒸汽弹射的缺点
蒸汽弹射听起来不错，但是有很大的缺点。
第一，需要消耗蒸汽。蒸汽是高温高压的气体，你如果连续使用几次蒸汽弹射器，你的压力就不足了。以美国小鹰级航空母舰的C-13弹射器为例，每一次弹射消耗625公斤的蒸汽和1吨左右的缓冲淡水。连续紧急弹射8架飞机之后航母锅炉蒸汽压力就会损失20%，整个动力就会损失32%，航速下降8节。
并且航母储备蒸汽时间非常久，将大量的水烧开产生蒸汽几个小时，但是电池储能只需要15分钟是在紧急作战下具有很大的优势。
第二，要消耗大量的淡水。每一次弹射至少要消耗625公斤的蒸汽。你看美国的视频，飞机起飞的时候，整个跑道上都在冒烟，那都是淡水蒸汽。为什么要消耗淡水呢？因为海水里面有大量的杂质，而氯化钠、镁、钠等金属形成蒸汽之后，对整个飞机上的精密仪器腐蚀性相当大，所以必须使用淡水或者蒸馏水。但是我们知道在海上是没有淡水的，你携带的淡水量是有限的。对于核动力航母来说，问题并不大，因为核动力航母的能源是无限的，可以采用低压蒸馏法，直接引进海水加热蒸馏，然后凝结就可以得到蒸馏水，可是常规动力航母动力有限。这就是为什么常规动力航母，如果用蒸汽弹射的话，会很吃力。你没有那么多的能源去保证你的蒸汽和淡水。
第三，重量太重。蒸汽弹射器需要配备蒸汽储罐、管线和辅助设备，体积和重量过于庞大。美国最新的蒸汽弹射器全套体积达1,100立方米，全重接近500吨。可是反观美国的电磁弹射设备，只需要500多立方米，全重325吨，减小了接近一半。
第四，蒸汽弹射无法精准地控制能量输出。如果飞机过重，蒸汽弹射力量不足，无法弹射；如果是小型的无人机，蒸汽弹射也无法弹射，因为所需的力量太低，导致蒸汽压力不足。
第五，传统的蒸汽弹射能量有限，最大只能达到95兆焦，而美国设计的电磁弹射器最大输出达到122兆焦，能量输出多了29%，而能量利用率高达90%。说白了蒸汽弹射就是传统的内燃机汽车，而电磁弹射，就是现在流行的电车。
电动代替机械传动势在必行。那么什么是电磁弹射呢？电磁弹射的工作原理又是什么呢？
电磁弹射
电磁弹射的工作原理
要说电磁弹射，我们要从一个简单的概念说起，直线马达或者叫直线电机。传统意义上的直流电机，输入的是电流，输出的是旋转的机械能。要想让旋转的运动改变为直线运动，在机械设计中最常见的方式是使用滚珠丝杠。但是后来人们发明了一种直线马达，能够驱动部件在直线上前进，被广泛地运用到数控机床之中。直线电机这一概念被广泛运用到工程领域，比如过山车、磁悬浮列车，中国在2006年从德国引进磁悬浮技术，其实就是在为电磁弹射做准备。
简单来说，电磁弹射的核心是用磁力弹射，可是磁场是怎么来的？由电流产生的磁场。我们知道导线通电会产生磁场，如果中间放入铁心，磁场会更强。但是出于各种工程上的原因，电磁弹射一般不会使用铁芯。电磁弹射的导轨中铺满了一个个通电的线圈，每一个有10厘米厚，大小和吃饭的盘子差不多，它们在轨道中形成一个一个磁场。而电磁弹射要推动的物体，它就是一块磁铁。在磁场里，因为同性相吸异性相斥的原理，推动滑块向前进。这些导轨中的线圈是依次通电，当磁铁通过第一个线圈的时候，第一个线圈通电产生磁场，吸引磁铁向前运动。
可是当该磁铁通过第一个线圈的时候，屁股对着磁场，异性相吸引，就会被该磁场给拉回来。那怎么办呢？有两个办法，第一就是转换第一个线圈的电流方向，从而改变磁场方向，本来是相吸引，现在变成相斥。但是频繁控制电流方向并不容易。还有另外一种方法，也是电磁弹射器使用的，当滑块经过第一个线圈后，第一个线圈停止充电，磁场消失。下一个线圈通电，在新的位置产生磁场，推动滑块向前运动。也就是说在这100米长的轨道上，形成了一个又一个动态的磁场，这些磁场接力，推动滑块在磁场中前进。
电磁弹射这个概念其实很早就出现了。大家如果去坐过山车，有的过山车就是用电磁弹射的原理推动过山车前进。甚至有的地铁线轨道交通也是采用的电磁弹射的原理。它本身并不是一个多么先进的一个科学技术。
但是运用在航母上，用在工程上却是一个很有挑战的项目。以美国福特级航母为例，电视弹射的轨道长达91米，如何保证在这么长的长度下对物体加速，以及在海洋环境下，空气中大量弥漫的杂质对磁场可能会产生怎样的影响，都会影响到电视弹射的效率。
电磁弹射需要大量电力
最近中共的003航母福建号下水。福建号是一艘常规动力航母，那么大家就有一个问题了，电磁弹射需要大量的电力，作为常规动力航母福建号有能力推动电磁弹射吗？
电磁弹射的核心是这么两句话，用电量不大，但是功率非常大。起飞一架大型的舰载机，需要能量超过140兆焦。也就是40度电，用电量大么？对于一艘航母来说并不大，但问题是，你要在2秒的时间内释放40度电，瞬间功率超过7万千瓦，这就非常可怕了。
这么多的能量无论是常规动力还是核动力，都无法在短时间内提供。核动力的好处是能够无限地持续地大功率提供能源，但是不能在瞬间产生这么多的电能。那怎么办呢？无论是常规动力，还是核动力，只有一个办法，要在短时间内提供足够能量，就要先把这些电能提前储存好。
储存电能，大家首先想到的是电容器，但这在技术上无法实现。电磁弹射的储能装置选择的是飞轮。所谓飞轮，就是把电能转化为机械能，在一个高速旋转的飞轮中储存着，飞轮的边缘线速度能达到音速以上。当然为了减少摩擦，飞轮内部都是真空。飞轮储能，是电磁弹射非常重要的一环。能量事先储存好，弹射飞机的时候直接拿来用了。
所以，对于电磁弹射来说，都需要安装飞轮储能。至于飞轮的电力来源，无所谓，常规和核能都一样。所以从理论来说，虽然003福建号是常规动力，但在飞轮储能性能有保障，电力分配高效的基础上，电磁弹射的效率并不会和核动力相差太多。
我们今天和大家介绍了蒸汽弹射和电磁弹射的区别，那么随着中共003福建号的下水，这艘航母性能到底如何？我们将在下集详细带来福建号的分析。
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（责任编辑：李红）
