近年来,随着福建舰航母和福特号航母都采用电磁弹射技术,其技术发展路线的选择受到了广泛关注。电磁弹射技术作为航母舰载机起飞的关键技术,其先进性直接关系到航母的作战能力。然而,美国福特级航母所采用的电磁弹射系统却因技术路线选择问题,面临一系列挑战,很多人因此担心福建舰航母会不会也存在同样的风险?其实大家都多虑了。
福特号航母的电磁弹射系统故障率比较高,已经是人所共知的事实。是否意味着电磁弹射系统并没有蒸汽弹射系统可靠呢?答案是否定的。福特号航母的问题在很大程度上是因为美国人采用了传统的交流电技术,这一选择在电力技术领域已逐渐显露出落后之势。与此同时,中国则选择了更先进的直流电技术路线。交流电技术的固有缺陷,如系统结构复杂、重量大、体积庞大等,使得这一技术路线并不适合电磁弹射系统。美国之所以未能转向直流电技术,部分原因在于全球直流电技术的研究、论文以及相关设备多由中国掌控。
采用交流电技术的缺陷及其影响主要有以下几方面:
一、系统结构与维护问题:交流电技术导致电磁弹射系统结构复杂,维护难度大,且存在共享储能与功率转换组件的问题,一旦发生故障,所有弹射器都将受到影响。按外文资料的说法,福特号航母的储能组和功率转换子系统逆变器是共享,在操作期间无法轻易对储能和功率转换组件进行电气隔离,加剧了不可靠性。你可以理解为:福特号 4 条弹射器使用了一套储能设备和高频电源,只要这两个功能模块需要检修,四条弹射器就得罢工。而这套系统因为使用频率非常高,又是非常有可能出故障的。
二、 飞轮储能技术的限制:飞轮储能技术虽然成熟,但其能量转换效率不高,且存在机械能转换损失大的问题。此外,飞轮储能的瞬时功率大,容易导致电力系统过载,影响航母其他系统的正常运行。而中国航母是基于中压直流系统,大概率使用的是超级电容进行储能,这种储能方式比较简单,放电时也不需要转成交流电,拥有非常大的可靠性,能源的利用率也高得多。福特级一直不能弹射 F-35C 战斗机,说明美国的电磁弹射系统并没有灵活地适配各种重量的飞机。而福建舰可以同时部署空警-600 和 L-15,说明我们弹射器输出功率可调范围要大得多,很有可能使用了超级电容技术,超级电容的能量密度很高,一个约 5 立方米的电容所存储的电能就足以弹射 2 架舰载机。当然,福建舰也使用了更先进的电磁拦阻系统,这个优势也非常大。
三. 电力供应的挑战:为了满足电磁弹射器的高功率需求,福特号航母的总发电能力大幅提升,但电力供应仍显紧张。福特号还配备了 12 套总容量 720 兆焦的飞轮储能系统,对电力供应的要求是非常高的,也就是能耗非常大。福特号航母的总发电能力由尼米兹级的功率 64 兆瓦提高到 192 兆瓦,但电力还是不太够用。而福建舰使用的中压直流系统对电力的利用效率大幅度提升,这也是一大优势。
面对电磁弹射系统的技术困境,美国不得不在现有技术路线上进行修补,但这并不能从根本上解决问题。尽管福特级航母的电磁弹射器故障率相对较低,但由于系统设计上的缺陷,一旦出现故障,维修时间较长,严重影响航母的作战能力。
与此同时,直流电技术路线的优势逐渐显现,特别是在储能效率、系统简化以及维护便利性方面。未来,随着技术的进一步发展,中压直流技术有望成为电磁弹射系统的新选择。据说,美国福特级的后续舰也将改用中压直流系统,是否能赶上福建舰还需要我们进一步观察,因为肯尼迪号航母下月快 4 年了,电磁弹射系统的安装进展一直严重滞后。
电磁弹射技术的发展不仅关系到航母的作战能力,也是国家科技实力的体现。美国福特级航母的技术挑战提醒我们,技术路线的选择至关重要,步子迈得太大会扯到腿,被中国弯道超车在所难免。