中国电磁弹射如何碾压美国？揭秘福建舰王牌黑科技！

  简单来说，中国福建舰用的是中压直流和超级电容，而美国福特号用的是交流电和飞轮储能。

  其中，“能量存储与释放”的方式，直接决定了系统的效率、可靠性和维护成本。

  当航母电网有多余电力时，通过电动机将电能输入非常快速地旋转的飞轮，将能量以动能形式储存；

  要弹射战机时，飞轮带动发电机反向运转，将动能转化为电能，通过逆变器输送给电磁弹射轨道，以此来实现弹射。

  据说，福特号的电磁弹射，设计目标是每45秒弹射一架飞机，支持多种舰载机类型。

  理论上，能将航母的日出动架次提升至160-270架，远超尼米兹级的蒸汽弹射。

  由于飞轮内部是机械结构，在每分钟数万转的速度下，轴承、密封和支撑结构很容易产生损坏。

  美国测试多个方面数据显示，单台飞轮的平均无故障时间不足500小时，而航母全寿命周期内需执行数十万次弹射任务。

  更麻烦的是，飞轮释放能量时会产生剧烈的反向电流波动，可能干扰航母电网的稳定。

  美国海军曾报告，“福特”号的电磁弹射系统运行时，全舰电力系统电压波动幅度高达±15%，导致雷达、导航设备频繁报错，被舰员戏称为“电网过山车”。

  这种电磁干扰，甚至有可能影响舰载机电子系统，形成“自己坑自己”的恶性循环。

  美国海军测试显示，“福特”号的EMALS平均每弹射272次就需维修，单次维修耗时长达6个月，几乎等同于“打两仗修半年”。

  更讽刺的是，由于系统可靠性太差，其实际可用弹射次数不足设计值的1/3，出动效率优势彻底沦为空谈。

  当要弹射战机时，电容瞬间放电，提供高功率直流电驱动电磁线圈，以此来实现战机加速。

  跟飞轮储能相比，超级电容最大的优点，就是充放电时间特别短，几乎是毫秒级响应。

  它支持数百万次充放电循环，而不会显著退化，寿命一般可以达到10-20年，远高于飞轮的机械寿命。

  超级电容输出的是直流电，但早期电磁弹射轨道设计基于交流驱动，需要配套高频逆变器进行转换。

  但当时美国IGBT（绝缘栅双极晶体管）的耐压和通流能力不够，无法支撑兆瓦级瞬时放电。

  若满足“福特”号的弹射需求，要安设数千吨电容，必然占用大量的甲板空间。

  因此，美国选择飞轮储能，是权衡风险后的“保守”决定，认为机械储能的成熟度更高。

  据说，福特号的交流电推进系统为兼容飞轮，保留了大量冗余设备，比如变压器和整流器，后期改造为直流系统的成本已相当于新建一艘航母。

  2000年代初，中国科学院和多家公司开始大规模投资，单位体积内的包含的能量从早期的5-10Wh/kg逐步提升，到2010年代中期突破20Wh/kg，甚至更高。

  而作为电磁弹射系统中高频逆变器的核心-IGBT元件，到2020年前后，耐压水平达到兆瓦级，能高效处理瞬时高功率需求。

  据报道，2010年代末的陆基测试平台，累计进行了超过30万次弹射试验，故障率低于0.2%，远低于美国福特号的16%。

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