中國超導廠商首次展出電磁彈射平台

            中國超導廠商首次展出電磁彈射平台

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　　歷時5天的第十七屆中國國際工業博覽會於11月7日在國家會展中心(上海)落下帷幕。參展廠商“上海超導”展出了大量新技術產品，其中一個電磁彈射器示意模型尤為亮眼。該公司超導產品相比國外同類型號性能高出25%。

　　上海超導在工博會上集中展示了自主設計、製造的“二代高溫超導(YBCO)帶材生產線”、自主生產的磁場下性能全球領先的“二代高溫超導帶材”、“超導感應加熱設備”、“超導磁懸浮技術”、“超導電纜”、“超導電機”、“等離子體醫療/美容”、“新型等離子體脫硫脫硝技術”等一系列與國計民生息息相關的前沿科技與產品。

　　公司表示，公司基於自主製造的生產線，在完全掌握超導帶材生產、封裝、檢測等全部工藝環節的基礎上，開發出具有全球領先水平的“二代高溫超導(YBCO)帶材”，經第三方檢測，其強磁場下性能比目前國際上最好產品高出25%。此外，公司還自主研發了具有全球領先性能的“超低阻帶材接頭技術”，實現了2.3納歐的全球最低工業接頭電阻，使二代高溫超導帶材的產業化進程得以進一步加速。

　　上海超導是行業內極少有的同時能在產業鏈上、中、下游提供優質產品的公司。資料顯示，上海超導創立於2011年，由贛商集團與戰略投資者共同投資、與上海交通大學合作創辦；目前已經擁有一條基於物理法的二代高溫超導帶材生產線，形成了具備自主知識產權的真空鍍膜裝備體系；主要產品包括真空鍍膜設備、第二代高溫超導帶材、基於該類帶材的超導應用。

　　據悉，公司的帶材產品憑藉優越的性能與較高的性價比，已被中天科技集團、東方電氣集團、寶鋼集團、中科院電工研究所、中科院高能物理所、英國劍橋大學、清華大學、西南交通大學、華北電力大學等多家企業和單位所接受，廣受好評。

　　新聞延伸：中美電磁彈射技術差距有多大 不輸美國局部更先進

　　11月4日，中國工程院院士、信息工程大學教授鄔江興和中國工程院院士、海軍工程大學教授馬偉明榮獲本年度何梁何利基金最高級別獎項——“科學與技術成就獎”。

　　馬偉明院士能夠獲此殊榮的原因就在於在電磁彈射、綜合電力推進、新能源接入技術等領域取得了一批具有完全自主知識產權的原創性成果，共獲國家科技進步一等獎2項，國家技術發明三等獎2項。那麼，相對於傳統的蒸汽彈射，電磁彈射具有哪些優勢？電磁彈射的技術難點是什麼？中國在建的航母會選擇電磁彈射麼？專欄作者鐵流就這些讀者關心的問題，進行了逐一解答。

　　Q：什麼是電磁彈射？

　　A：根據電磁感應原理，切割磁感線能夠產生電流，反過來，電能也能轉化為機械能。電磁彈射就是根據這個原理，將電能轉化為動能，彈射艦載機從航母上起飛。

　　Q：電磁彈射有哪些技術難點？

　　A：電磁彈射主要技術難點有儲能技術、直線電機技術、彈射控制技術等。

　　Q：能具體說說儲能技術、彈射控制技術和直線電機技術嗎？

　　A：每一次電磁彈射持續時間大約不到3秒，但峰值功率高達上百兆瓦，這就需要一個儲能設備將航母電站輸出的電能儲存起來，一瞬間釋放。儲能技術的難點就是需要找到能量密度很高的儲能方式，否則儲能裝置本身體積重量超標就不能滿足上艦使用的要求。

　　電磁彈射需要精確控制彈射末速度和彈射過程中加速度，彈射控制技術的難點在於對直線電機的實時反饋控制，以及對各種信息的組網、交互與處理。

　　直線電機是彈射器的執行部分，主要依靠動子和定子的無機械接觸，僅靠電磁感應原理產生的電磁力實現電能到直線運動的動能轉換。直線電機技術的難點是儘可能提高它的功率密度和能量效率，並且具備海洋環境適應能力。

　　Q：中國攻克這些技術的難度大嗎？

　　A：雖然電磁彈射最近才被美軍搬上航母，但實際上研製電磁彈射的關鍵技術並不是什麼高不可攀的技術，很多技術都是經過了多年研究，甚至已經被廣泛應用。

　　比如直線電機技術在物流傳輸、直線電梯、車床加工等領域都有涉及，大功率直線電機在磁懸浮列車等軌道交通領域已經得到廣泛應用。

　　電磁彈射的控制技術在工業及信息領域有大量的方法可以借鑑，如矢量控制技術、直接轉矩控制技術、工業總線技術及計算機技術等等，這些都可以推廣並移植到電磁彈射中。

　　慣性儲能的概念其實早已有之，只是以前沒有這樣大功率的應用需求。因此，中國攻克電磁彈射的核心技術並不存在無法逾越的障礙。

　　Q：相對於蒸汽彈射，電磁彈射具有哪些優勢？

　　A：電磁彈射具有彈射性能更好、彈射更為可控、可靠性更高、適裝性更佳等優勢。

　　Q：電磁彈射性能更好主要表現在哪裡？

　　A：電磁彈射的最大彈射能力高達122兆焦耳，比蒸汽彈射器高出約29%，可以彈射重量更大的艦載機。

　　Q：電磁彈射可控性更好指的是？

　　A：蒸汽彈射器通過機械方法控制注入汽缸的蒸汽，無法精確控制推力，在彈射過程中推力的峰谷值比電磁彈射大，這會造成艦載機因不穩定的推力而受力不均，進而因此造成機體受損。而電磁彈射加速更可控，更平穩，可大幅減小對艦載機和各部件的衝擊，有利於飛機結構的設計，並可使機體的使用壽命延長31%，也能緩解飛行員的身心壓力。

　　Q：為什麼更新技術會比運行半個世紀的成熟技術更可靠？

　　A：電磁彈射現階段還處於測試摸索階段，可靠性還是不如技術成熟的蒸汽彈射的，這裡的可靠性指的是電磁彈射技術成熟後理論上可以達到的可靠性。

　　Q：蒸汽彈射可控性不如電磁彈射的原因是？

　　A：因為蒸汽彈射器結構複雜零部件眾多，且飽受高溫高壓摧殘，加上蒸汽彈射器為開口汽缸結構，需要採用金屬密封條保持活塞運動時汽缸內壓力，受損更換極為頻繁，進而導致全系統的固有可靠性不高。而電磁彈射採用四能量鏈冗餘結構，在彈射過程中可容忍一個能量鏈出現故障，保證任務完成，加上定子和動子之間電磁場的非物理接觸傳力特性，取消了許多高磨損的機械設備，不僅壽命大幅延長，可靠性也大幅提高。

　　Q：能用具體數據來說明嗎？

　　A：蒸汽彈射2次重大故障間的平均周期約405周；而電磁彈射技術成熟的話，2次重大故障間的平均周期有望達1300周以上。

　　Q：適裝性更佳是什麼意思？

　　A：這是指電磁彈射器相對於蒸汽彈射器安裝更方便更靈活。舉例來說，蒸汽彈射器大部分重量位於上層甲板，導致船體重心升高，不利於航行穩定性；而電磁彈射可靈活布置的特性，能夠避免這個問題。

　　蒸汽彈射器多個部件之間由高溫高壓的管路連接，並且彈射汽缸必須整體安裝，在航母上的總體安裝與布置難度較大；而電磁彈射採用模塊化設計，直線電機可以分段安裝和拆卸，各個部件通過電纜或信號網絡連接，適裝性更好。

　　此外，電磁彈射器還具有比蒸汽彈射器更小的體積和質量——美國現役航母1座C13型蒸汽彈射器的總質量為538噸，體積超過1100立方米；而電磁彈射的質量小於280噸，體積小於425立方米。

　　Q：電磁彈射還有其他優勢麼？

　　A：電磁彈射能量利用率比蒸汽彈射更高，而且更加節約淡水資源。

　　Q：航母在海上作戰，淡水資源非常寶貴，而蒸汽彈射器一次彈射作業需消耗大量水蒸汽，使用電磁彈射就可以避免在彈射中損耗淡水資源？

　　A：是的，而且因為電磁彈射採用電氣化信息化手段，簡化了操作方法，並可實現全系統的狀態監控和故障自診斷，人力需求減小30%，維護工作量大大降低，平均故障修復時間大大減少，並且節省了全壽命周期費用。

　　Q：中美在電磁彈射技術差距有多大？

　　A：中國是稀土永磁體生產大國，在高磁強度稀土永磁體研究方面比起美國也不顯遜色，早在1996年，中國曾發布了一個口徑90毫米的4磁體級的樣炮原型機，可以達到電能轉換50%以上，瞬間能源有成熟的20兆焦和100兆焦輸出級別的器件。

　　近年來，在中國電磁彈射方面更是捷報頻傳——馬偉明院士帶領項目組完成了電磁彈射樣機研製和試驗的全過程，攻克43項關鍵技術，申報國防專利32項。某軍工企業冷彈射技術可實現彈射推力達數百噸，並具有機構輕便、操作和維修簡化、彈射功率高、可控性可靠性強等特點。在今年9月公布於網絡的衛星照片顯示，中國在某地一個機場建造了電磁型導軌式高速牽引裝置工程樣機測試設施，中國已成為繼美國之後建成電磁型導軌式高速牽引裝置工程樣機測試設施的國家。

　　Q：就是說中國在電磁彈射方面已經超越俄羅斯，僅次於美國？

　　A：馬明偉院士在接受媒體採訪時曾表示，“在軍委、總部和海軍首長的高度關注和支持下，2008年我們終於研製成功小型樣機，接着又做出了1：1單元設備樣機，突破了全部關鍵技術，實現了與世界最先進技術的同步發展。中國艦載機彈射起飛技術完全沒有問題，實踐多次也很順利，有信心運用到現實當中去……中國掌握的技術已經不輸美國，在局部領域甚至更為先進。”

　　Q：中國正在建的001A航母會是電磁彈射航母嗎？

　　A：根據目前的消息來看，中國軍方實行技術大躍進的概率不高，很可能依舊採用小步快走的方式發展中國航母——001A可能會和遼寧號比較類似，通過完成航母製造的全過程磨礪中國造船工業，積累航母設計和製造經驗，並對遼寧號在使用中暴露出的一些問題做一些改進。

　　Q：如果安裝電磁彈射器，是否一定要上核動力航母？

　　A：雖然核動力航母在能源方面會比常規動力航母具有優勢，但未必要上核動力才能保障電磁彈射所需能源。因為電磁彈射的能量利用效率很高，比蒸汽彈射要高10倍，所以常規動力航母也能上電磁彈射，只要在儲能技術、直線電機技術、彈射控制技術、大功率轉換技術上過關，並配屬大功率燃機即可。

　　Q：中國是否一定要借鑑美國在彈射器上的使用經驗，先搞蒸汽彈射，再做電磁彈射？

　　A：蒸汽彈射和電磁彈射在技術上不具備繼承性，哪怕中國耗費巨資和15—30年時間完全掌握了蒸汽彈射技術，到電磁彈射之時一切都要近乎於從頭開始。美國先蒸汽彈射，後電磁彈射只是因為歷史原因，中國會根據自身實際情況做選擇，未必會完全照搬美國的做法。

　　Q：中國蒸汽彈射和電磁彈射研究進度哪個更快？

　　A：根據官方八股文和網絡消息，電磁彈射和蒸汽彈射都不乏振奮人心的消息，從興城在建的兩條彈射器來看，一條是蒸汽彈射器，一條是電磁彈射器。由此可見，蒸汽彈射和電磁彈射方案都在軍方的選擇方案中，兩者的進度很可能大致處於同一水平，至於鹿死誰手，很可能取決於兩個團隊的技術成果性能和成熟度的比拼。

　　Q：002航母會安裝電磁彈射器，還是蒸汽彈射器？

　　A：從實際需求上講，未來一段時間內中國依舊會執行積極防禦戰略，並沒有向美國那樣制霸全球的需求，依靠001A和055驅逐艦為核心的航母戰鬥群，輔以東風21D、東風26以及南海島礁上的航空兵力量基本能夠完成第二島鏈內自衛反擊任務。因此，對電磁彈射航母的需求並不迫切。

　　另外，相對於彈射器技術上的捷報頻傳，彈射型艦載機卻杳無音訊，以目前J15前輪起落架來說，顯然並不適合彈射起飛。J15如果要彈射起飛，很可能需要對起落架和機體結構做一些改進。

　　所以，彈射器上國產航母還有待時日，滑躍式起飛在相當長時間內都會是主流。現在就斷言那種彈射器上航母還為時尚早。