EMALS

EMALS：Electromagnetic Aircraft Launch System (EMALS)，即電磁彈射裝置。電磁彈射裝置是航空母艦上的一種艦載機起飛裝置，是一種正在研究中的下一代飛機彈射裝置，與傳統的蒸汽式彈射器相比，電磁彈射具有容積小、對艦上輔助系統要求低、效率高、重量輕、運行和維護費用低廉的好處。

基本介紹

• 中文名：電磁彈射裝置
• 外文名：Electromagnetic Aircraft Launch System (EMALS)
• 作用：艦載機起飛裝置
• 優點：容積小效率高、重量輕維護低廉等

簡介

電磁彈射裝置是航空母艦上的一種艦載機起飛裝置，是一種正在研究中的下一代飛機彈射裝置，與傳統的蒸汽式彈射器相比，電磁彈射具有容積小、對艦上輔助系統要求低、效率高、重量輕、運行和維護費用低廉的好處。

歷史簡介

五十多年來，美國航母都是靠引擎室產生的蒸汽在彈射戰鬥機，雖然這個系統經過這么多年的演變，技術上已經相當成熟，但是在效率和控制發射力道方面，仍然不是那么地理想，因此美國海軍將在新一代的航母上，將改用電磁力來彈射飛機。這個稱為 Electromagnetic Aircraft Launch System (EMALS) 的系統在原理上這和磁浮列車頗有異曲同工之妙，靠著輸入電力的不同，可以提供更準確的彈射力道控制，使得用彈射器發射未來的小型無人飛機成為可能。這次的測試是陸基測試，第一艘預計搭載 EMALS 的航母 CVN-78 福特號目前還在建造中，要到 2015 年才會完工，但EMALS的陸基測試結果將直接影響到福特號是否能將這個系統整合進去。

工作原理

包括：電源、強迫儲能裝置、導軌和脈衝發生器等，但彈射器還多了強迫降溫及精確控制。

分別介紹如下：

1、 電源裝置

電磁彈射器用的是直流電源，而且在電磁彈射器工作時是負荷衝擊性非常大。雖然有了儲能裝置，但由於要求彈射器在很短時間內起飛更多架次的飛機，所以對電磁彈射器的電源容量要求也比較大，一般容量在5~8萬KVA左右（但輸出電壓卻不高）。這么大的功率的交流發電機當然不是問題，但如果是直流發電機則必須是無刷穩流直流發電機，否則滑環的強大電流會灼傷換向器。

電磁彈射器的心臟就是100多米長的直線感應電動機，它推動與飛機相連線的電樞。而目前電樞基本上是一個U形鋁塊，裝在定子的3個側面。直線電機的原理並不複雜．構想把一台旋轉運動的感應電動機沿著半徑的方向剖開，並且展平，這就成了一台直線感應電動機。在直線電機中，相當於旋轉電機定子的，叫初級；相當於旋轉電機轉子的，叫次級。初級中通以交流，次級就在電磁力的作用下沿著初級做直線運動．這時初級要做得很長，延伸到運動所需要達到的位置，而次級則不需要那么長。實際上，直線電機既可以把初級做得很長，也可以把次級做得很長；既可以初級固定、次級移動，也可以次級固定、初級移動。然而，電磁彈射器也決不是僅靠直線電機工作的，它總共有強迫儲能裝置、大功率電力控制設備、中央微機工控控制及直線感應電機

2、 力量儲能裝置

力量儲能裝置是電磁彈射器的核心部件，它不僅緩解了發電機的壓力，同時在彈射器不工作時吸收發電機的能量，使發電機幾乎不受衝擊性負荷的影響。力量儲能裝置原理不複雜，但實施起來很麻煩。早期美國使用的力量儲能裝置是這樣的：用一個交流發電機給一個交流電動機供電，這其實很容易辦到，但這個電動機的轉子同時拖動直流發電機和一個慣性特別大的自由轉子（約上百噸）一起旋轉。我們知道，這么重的自由轉子起動起來有一定的難度，然而這么重的自由轉子運行到高速時具有非常大的動能。而在彈射器工作時，在發電機看來是接近短路的電流會產生強大的制動力阻止發電機繼續運行，電動機將無能力拖動，但此時由自由轉子強大的儲能強制拖動直流發電機運行，從而完成衝擊性負荷過程。自由轉子會因此速度降低，但起動結束後電動機會在發電機沒有負荷下把自由轉子拖動到一定的速度，從而完成儲能。但需要說明的一點是，這裡的電動機既不是鼠籠式電機，也不是繞線式電機，還是轉子有一家電感及線圈的電機。

強迫儲能裝置是電磁彈射器的一個瓶頸，在國防方面一直是高度機密的。作用就是能平時儲能，然後把大功率能量在短時間內釋放出來。電磁彈射器工作時間不長，但是在做功時段是個加速度做功的過程，因此不能把它當成恆功率設備來考慮。

這種強迫儲能裝置是電磁彈射器的一個瓶頸，在國防方面一直是高度機密的。作用就是能平時儲能，然後把大功率能量在短時間內釋放出來。電磁彈射器工作時間不長，但是在做功時段是個加速度做功的過程，因此不能把它當成恆功率設備來考慮。

電磁彈射系統的強迫儲能系統要求在45秒內充滿所需要的能量。最大的艦載機起飛一般需要消耗的能量不會超過120兆焦,而這強迫儲能系統最大能儲存140兆焦的能量,此時充電功率為3.1兆瓦,算上損失,4兆瓦左右（實際上達不到的），四部電磁彈射系統同時充電,充電總功率可達16兆瓦（1兆瓦=1000KW），可見沒有強大的電源是無法滿足電磁彈射需求的。當然，航母上耗電的又豈止是四部電磁彈射器，另外還有電磁軌道炮、升降機、雷射（目前雷射的功率都不算大）等其它用電加起來的話必須要航母總功率達60兆瓦以上,否則電磁彈射器充電時也會影響其它系統用電的。

電磁彈射器難就難在電能不象蒸汽，根本不適合大容量儲存，象儲存彈射艦載機這樣的能量更是難上加難。通用原子公司在實驗電磁彈射器時對強迫儲能裝置隻字不提，可見其技術的高度機密性非同一般，想突破也非易事。

磁懸浮列車就是用直線電機來驅動的。關於直線感應電機實際上原理簡單，在實際生活中也可遇到不少。目前美國的電梯轎廂門就是採用直線電機驅動，而中國在還大部分停在車床上等不太多的場合。用於電磁彈射器的直線電機與它們相比可謂超功率的，而且其工藝方面也比普通的高。電磁彈射器的直線電機動子是採用鋁筒（大部分材料為鋁），為U型狀，其中3面與直線電機的定子相對，其中往復道與航母存在摩擦外，其餘均不會產生摩擦，而且鋁筒質量輕，遠遠小於蒸汽彈射器的活塞，因此返回非常容易，減速道也可短的多。實際上，其中動子部分一部分專家認為還可以進一步減輕，那么電磁彈射器效率是明顯的.

3、 導軌

電磁彈射器的導軌與電磁軌道炮的差異很大，也比其複雜的多。

電磁彈射器的導軌共有4個，分別為上部2個，下部2個。但每跟導軌都非常長（200米以上），安裝在起飛甲板的下面。並且每跟導軌內部均有超導體與其熔接，中間是高壓冷卻油，其冷卻油在進入導軌前的溫度低於-40℃，而從導軌出口的溫度低於-30℃。不僅如此，導軌與飛機牽引桿的接觸面至導軌中心還有很多特細的小孔，所以其冷卻油不僅僅是為超導體降溫，還有潤滑的作用，而且會使飛機牽引桿在運行時降溫。

飛機牽引桿是在飛機前輪下與飛機前輪連為一體的裝置，可收縮並放置在飛機的腹腔內。其中間也為超導體，但無油冷確通道，而且與導軌連線處面積較大，均為軟接觸。在起飛前，飛機牽引桿伸出至上下導軌之間，飛機發動機起動並開如運行，但約一秒鐘時彈射器通電，強大的電流從導軌經飛機牽引桿後再流回另一對導軌並形成迴路，牽引桿在強大的電磁力下被推動運行到高速（未到起飛速度，但只差一點）後電流被強制截止，牽引桿將不再受力，但在飛機發動機的推力下達到起飛速度。為什麼未達到起飛速度就斷電呢？是因為由於飛機牽引桿與飛機連為一體，如果這時繼續通電的話，飛機起飛時將把飛機牽引桿拉出，斷電時會產生強大的電弧灼傷飛機牽引桿。

4、 脈衝發生器　以上過程實際上是脈衝發生器完成的。蒸汽彈射器為使發動機與彈射器同步運行（縮短起飛距離），用一根鋼棍先擋住飛機運行，由於飛機發動機推力無法推斷鋼棍，但與彈射器合力卻可推斷鋼棍，從而使飛機在彈射器與發動機合力下起飛。但電磁彈射器卻無需鋼棍擋住，在飛機起飛時電磁彈射器同步通電，但電流是逐漸增加起來，而且在起飛末段將電流截止。

發展及展望

美國海軍近來致力於船艦的自動化與電力化，除了電磁彈射裝置外，軌道炮也是很重要的研發方向。