直線電機(jī)優(yōu)于蒸汽活塞彈射器

馬薩諸塞州哈德森 -在馬薩諸塞州這個(gè)鄉(xiāng)村小鎮(zhèn)的一條大道上，工程師正在開發(fā)世界上推力最高的直線電機(jī)。對(duì)于海軍航空而言，它可能意味著蒸汽時(shí)代的結(jié)束。到2005年，海軍建筑師可能會(huì)開始用EMALS(電磁飛機(jī)發(fā)射系統(tǒng))取代航母上的巨大蒸汽彈射器。“我們希望用電子設(shè)備取代重型機(jī)械，”Kaman Electromagnetics公司的EMALS項(xiàng)目經(jīng)理Wolfgang Schlegel說。根據(jù)海軍合同，該計(jì)劃已經(jīng)達(dá)到其關(guān)鍵部件示范階段，每天都會(huì)發(fā)射試驗(yàn)臺(tái)來(lái)證明其組成部分的可靠性和可控性：控制系統(tǒng)，循環(huán)換流器功率調(diào)節(jié)器和線性電動(dòng)機(jī)本身。

脈沖交流發(fā)電機(jī)最初是為電磁軌道火炮提供動(dòng)力而開發(fā)的，包括一個(gè)以6,000轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的大型飛輪。在一個(gè)信號(hào)，測(cè)試物品提供多達(dá)2兆瓦的電力來(lái)驅(qū)動(dòng)線性馬達(dá)。循環(huán)換流器將高頻交流電轉(zhuǎn)換為低頻交流電，供電機(jī)使用。最后，線性電動(dòng)機(jī)由NdBFe磁體的模塊陣列和滿量程定子段組成。在航空母艦上使用時(shí)，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)將為8兆瓦脈沖交流發(fā)電機(jī)提供輸入功率，允許200千瓦的彈射器發(fā)射100，

測(cè)試夾具包括一個(gè)騎在平行軌道上的450磅支架。在中間的軌道之間居中，有一系列三個(gè)模塊化定子段。固定在滑架上的一系列封裝磁鐵在滑架經(jīng)過時(shí)與定子相互作用。在夾具的一端，一個(gè)大型氣動(dòng)壓頭推動(dòng)托架經(jīng)過定子，在那里它進(jìn)一步加速。在另一端，一組液壓緩沖器和/或犧牲泡沫塊在運(yùn)行結(jié)束時(shí)使托架減速。

通過對(duì)撞錘進(jìn)行節(jié)流以便以各種速度將滑架傳送到線性電機(jī)段，工程師可以模擬載體發(fā)射的每個(gè)階段，而無(wú)需構(gòu)建全尺寸彈射器?？拷ㄗ拥膶?dǎo)軌旁邊的一系列接近傳感器記錄了系統(tǒng)控制加速度的精度。Schlegel說，到目前為止，“我們有閉環(huán)控制和響應(yīng)時(shí)間 - 我們的工作時(shí)間是微秒。”

系統(tǒng)功率的一個(gè)指標(biāo)：4英尺的定子區(qū)域?qū)?50磅的滑架加速到7節(jié)。測(cè)試系列仍在繼續(xù)，最終目標(biāo)是200公尺。

如果批準(zhǔn)生產(chǎn)，EMALS將為船舶設(shè)計(jì)和海軍航空帶來(lái)一系列改進(jìn)。最大設(shè)計(jì)推力為290,000磅，EMALS的發(fā)射能力比蒸汽彈射器高出28%。無(wú)論載體是否轉(zhuǎn)向風(fēng)，這種改進(jìn)都可以允許飛行操作。該推力是完全可控的，可以補(bǔ)償陣風(fēng)，并且可以比蒸汽更精確地匹配推力與飛機(jī)重量。推力的閉環(huán)控制將減少飛行員和飛機(jī)的磨損。通過一項(xiàng)研究，

原型磁鐵和定子部分已經(jīng)通過了在惡劣的海水環(huán)境中長(zhǎng)壽的測(cè)試。Schlegel說，由于EMALS將采用模塊化部分構(gòu)建，因此它應(yīng)該在制造業(yè)中實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)，同時(shí)賦予設(shè)計(jì)人員更大的靈活性，以便將輔助發(fā)射功能應(yīng)用到非常規(guī)平臺(tái)上。例如，滑雪跳躍式航空母艦可以發(fā)射更重的飛機(jī)，或者載重量大的STOVL飛機(jī)可以從小型島嶼或空地上豎立的便攜式EMALS發(fā)射。

由于該系統(tǒng)由渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，因此它獨(dú)立于航母的核電或燃油發(fā)電廠，從而提高了戰(zhàn)術(shù)靈活性。與蒸汽彈射器的6%效率相比，該系統(tǒng)將大約70%的輸入能量轉(zhuǎn)換為飛機(jī)動(dòng)能。此外，卡曼工程師設(shè)想僅使用模塊化定子段的前2/3加速飛機(jī)。一旦飛機(jī)空降，剩下的三分之一將使航天飛機(jī)減速。減速將恢復(fù)一些輸入能量并進(jìn)一步提高系統(tǒng)效率。

在未來(lái)，工程師希望開發(fā)一種電動(dòng)避雷器系統(tǒng)，用大容量渦流制動(dòng)器取代目前使用的液壓阻尼器。在這種情況下，減速進(jìn)來(lái)的飛機(jī)可能有助于加速其他飛機(jī)起飛。在此之前，短期的回報(bào)是四個(gè)EMALS發(fā)射器將占用的空間不會(huì)超過現(xiàn)有蒸汽系統(tǒng)所需的空間，但將減少1000噸的上部重量 - 這是海軍建筑師的夢(mèng)想。