摘要:特朗普在“华盛顿”号航母上发表的美军未来新航母将安装蒸汽弹射器的演讲震惊了全世界,一个流传已久的传闻终于被证实,美军的电磁弹射器存在极其严重的问题,以至于美国总统特朗普在2019年和2025年两次要求更换回蒸汽弹射器!
特朗普在“华盛顿”号航母上发表的美军未来新航母将安装蒸汽弹射器的演讲震惊了全世界,一个流传已久的传闻终于被证实,美军的电磁弹射器存在极其严重的问题,以至于美国总统特朗普在2019年和2025年两次要求更换回蒸汽弹射器!
然而还有另有数个令人震惊的事实摆在特朗普面前,其一是为美军生产蒸汽弹射器的厂家早就因为二十年之久没有新订单而破产;其二则是唯一能生产蒸汽弹射器的厂家在中国;其三是美国的新航母都是为电磁弹射设计的,如今还能改回蒸汽弹射器?
据多个美媒报道称,特朗普访问日本时在横须贺的“乔治·华盛顿”号航母上发表演讲时表示,他打算发布一项关于航母弹射器以及武器升降机的行政命令,要求美国海军在新建的航空母舰上使用蒸汽动力弹射器和液压升降机:
“我将发布一项行政命令,当我们建造航空母舰时,蒸汽用于弹射器,液压用于升降机,”特朗普在暗示水可以禁用福特号的电磁系统后说。“我们永远不会有问题。”
特朗普铿锵有力的演讲很明确的指向了一点,同时他也直截了当的指出电磁弹射器与蒸汽弹射之间的差异,可谓是商人的利益取舍表现得淋漓尽致:
“我真的很会下订单,”总统也说。“他们正在花数十亿美元来建造愚蠢的电磁弹射器。而问题在于,当它出故障时,你必须去麻省理工学院找来世界上最聪明的人,把他们空运过来维修。蒸汽弹射器主要用锤子和喷灯来修理,而且效果也很好,甚至可以更好。”
特朗普表示,蒸汽弹射器已经用了60年,一直都非常出色!它将发布一道行政命令,恢复使用蒸汽弹射器!特朗普表示要将蒸汽弹射器换掉已经不是第一次了,早在2017年,特朗普在接受《时代周刊》专访时就表示要换掉电磁弹射器:
我说你们不再用蒸汽来弹射了吗?不,先生。我说,“啊,它工作得怎么样?”“先生,不好,不好,没有足够的力量!你知道蒸汽是非常猛烈的,你看到那个东西在动,蒸汽四散,飞机被弹射到空中。”
据《时代周刊》表示,特朗普可能是在2017年3月2日访问福特号航母时了解到了电磁弹射器的部分内幕,当时福特号航母还没有服役。2019年5月27日,特朗普在日本横须贺港的海军两栖攻击舰“黄蜂”号(USS Wasp,LHD-1)上演讲时再次表示电磁弹射器换成蒸汽弹射器:
“蒸汽系统完美运行了大约65年。我不会告诉你们这个,因为这发生在我的时间之前,但他们在这个疯狂的电磁弹射器上超支了9亿美元。他们想展示——下一个,下一个,下一个。我们都想要创新,但这太多了。
参与报道的ABCNEWS表示,早期福特号的电磁弹射器确实遇到了很大的问题,但后来有所改善。不过特朗普依然抓着福特号的电磁弹射器问题不放,成为福特号电磁弹射计划的最大批评者,并且反复主张要换回蒸汽弹射器。
从特朗普刚上任开始到现在,已经三次提出要将电磁弹射器换回蒸汽弹射器,一般来说,作为一国总统很少就某个关键装备的方向性决定作出决定,毕竟这是技术工程师的事情,现在轮到特朗普来指手画脚,那铁定就是电磁弹射器的故障已经到了犯天条的程度了!
目前美军总共有11艘航母,其中尼米兹级航母总共有10艘,用的都是蒸汽弹射,还有一艘是福特级福特号,用的是电磁弹射器。目前还有三艘福特级航空母舰正在建造中,分别是CVN-79 “约翰·F·肯尼迪”号、CVN-79 “约翰·F·肯尼迪”号和CVN-81 “多里斯·米勒”号。
其中肯尼迪号已经下水了,目前正在舾装电磁弹射器(EMALS)和先进拦阻装置(AAG),预计在2025年底至2026年服役;“企业”号建造进度约50%,预计服役时间2030年前后;“多里斯·米勒”号建造进度约15%,预计服役时间2032—2033年。
这要改回蒸汽弹射器可不是件容易的事,可能有很多朋友都想不明白这个事情,电弹蒸弹不就是一件装备么,换下有那么难吗?美国核动力航母二十几年一次的核燃料都能换成功,换个蒸弹有那么难吗?答案是还真特么有点难!
据公开资料,电磁弹射体积高达500多立方米,全重超过400吨;蒸汽弹射器则更大一些,据资料超过1000立方米,总重量超过500吨。两者结构差异不是一般的大,电磁弹射器是储能设施可以就近布置,弹射器高频电源与弹射轨道等,基本可以集中布置在航母前部甲板下。
蒸汽弹射器体积则要大得多,蒸汽弹射器主要有几个部分组成,一个是弹射蒸汽活塞缸,是一个长达100多米的开口活塞与气缸;然后是高压蒸汽管道到蒸汽分配舱,这里还有一个“缓冲”与“稳压”的蒸汽包,体积超过数十立方米,这样的蒸汽包可能还不止一个。
同时这个蒸汽包的蒸汽是核反应堆的蒸汽发生器送过来的,这是一根直径大约在250毫米的高镍合金钢外表包覆多层绝热材料的高压蒸汽管道,如果有冗余的话可能有两根,长度可达130米以上。从理论上来看,用蒸弹的底子来换电弹,倒是可行,毕竟蒸弹留下的空间足够电弹用,但是用电弹的底子来换蒸弹那可就头疼了!
美军电磁弹射到底犯了什么天条?竟然要换成蒸弹?
电弹要说起来,那可比蒸汽弹射优秀多了,蒸汽弹射器最大的问题是无法精确调节弹射力度,前半程加速过高,后半程后继乏力,无论是战机还是飞行员都有点受不了;另一个是力度不可调导致弹射载荷比较低的无人机问题很大;电磁弹射全程精确可调,起飞加速度更平滑,减少机体应力,大幅提升舰载机起飞成功率与寿命。
蒸汽弹射器的第二大问题是效率太差,大约只有10%的效率都不到,每次弹射损失600多公斤的蒸汽,如果连续弹射,那航母都得降速。电弹效率可达60~80%以上,是蒸弹的8~10倍;第三大问题前文说了,蒸弹体积太大,管道穿过整艘航母,容错率低,一旦遭到攻击很容易被破坏。蒸汽弹射属于机械式,检修极其困难,电磁弹射到处可以设置传感器与自检,故障更容易被发现。
从理论上来看电弹要比蒸弹优秀100倍,但事实上福特号的电弹却是问题一堆,要不然你认为特朗普是脑子一拍就要换蒸弹的?到目前为止公开的问题大约有如下几个:
迄今最大的故障是2020年6月2日至6月7日,连续5天四条电磁弹射器都故障无法弹射战斗机;电弹设计标准是平均4166次弹射才出现一次故障,但实际是每弹射400次就会出现1次故障;设计的电磁弹射标准是在弹射后恢复时间为45秒,但实际情况是很多时候长达10分钟;理论上最大起飞重量预期是41吨,但实际测试中只能弹射不超过25吨的重量;维护要求太高,舰员无法独立维修,必须依赖岸基远程工程团队支持,战时将成致命短板;无法适配F-35C,公开原因是舰载设施匹配问题,但实际可能是电磁不兼容,电弹会干扰F-35C导致死机;第六个问题,海军官方公开是福特号定型时F-35C还在设计阶段,所以舰载设施无法匹配。但问题是1980年代下水服役的卡尔文森号都已经改装完成搭载F-35C舰载机了,这2013年下水的福特号竟然不能搭载海军的舰载机,这实在是天下奇闻!
美军也没想到,当初的明智之举竟然犯下大错
电磁弹射的主要结构是一台长初级直线感应电机、一套供给电机的中频电源,以及与之配合的控制系统,比如控制弹射力度与加速度曲线等,还有就是一套储能系统再加供电系统。电磁弹射需要在2-3秒内将30~40吨重的战斗机加速到240千米时速的起飞速度,其功率高达27兆瓦左右。并且按福特号设计是同时会有四条弹射器工作,所以储能系统是必须的。
电磁弹射系统属于舰载综合电力系统的子系统,这个系统与早期舰载推进系统有些不一样,以前的舰载动力系统驱动蒸汽轮机,然后再经过一套复杂的变速箱输出合适的转速驱动主轴螺旋桨推进,综合电力系统是蒸汽轮机直接发电,通过电缆输送到驱动主轴的电动机。
这样一来复杂的变速箱和噪声都降低了,所以从上世纪九十年代开始舰载综合电力系统发展相当快,因为早期的舰载设备需要大功率动力时非常麻烦,需要到处都要布置柴油动力设备,用舰载综合电力系统后只需要配电系统+电缆+电机即可,因此在军舰上发展速度相当快。
美军涉入舰载综合电力系统非常早,从上世纪九十年开始走的就是中压交流路线,当时选择交流是明智之举,因为交流电在船用配电中非常好用,一个变压器就能解决所有问题,各种电压电流都能轻松解决,因此在2000年代后的舰载综合电力系统,比如朱姆沃尔特与福特级航母等用的都是中压交流体系。
属于综合电力系统子系统的电磁弹射,通用原子在研发之初想当然的就用上了交流体系,这个交流电改变电压电流确实非常方便,但它有一个致命的缺点,储能与变频非常困难,恰恰电磁弹射系统对这俩要求极高!
目前各位能看到的储能系统几乎都是直流模式,比如铅酸电池、锂电池、超级电容,都是经过交流电变成直流电然后再储能,要变成交流电还得逆变。交流储能也不是不能解决,福特号用盘形电机解决了,储能时是电机,放电时是发电机,只是这玩意儿转动惯性非常大,需要成对使用抵消它的陀螺效应,这个东西体积很大,据说福特号用了四台。
接下来的问题是,这盘形电机发出来的是交流电,要供给电磁弹射需要转换成高功率中频脉冲电源,简单的说就是需要一台超级变频器将交流电变成合适的高频交流电。交流电改变电压很简单,但是频率变换就很麻烦了,需要将交流电变成直流电,然后再转换成高频电源。
交直流转换在低功率场合很常见,但在电弹这种超级变态的功率输出中一来一去转换就会增加电源的复杂程度,怎么办呢?天才的通用原子公司将中频电源模块 (Power Conversion Subsystem, PCS)设计成了集中式+分配式:
一个大型 PCS 模块组,按需给4条轨道供能,而不是“每条轨道一套完全独立的电源链”。
这个设计当然不是拍脑袋搞出来的,通用原子的工程师们经过缜密的论证,考虑了多方面的要求之后确定下来的。
省空间和重量:如果每条弹射器都独立配电、储能、变换系统,舰体内部会极度臃肿。经济性考虑:集中式 PCS 能够在不同弹射器之间共享冗余容量。能量管理:飞轮储能和电源控制的集中式调度,便于实现快速调度和均衡。这个设计从理论角度来看非常合理,但从工程角度来看却是一场灾难,因为这套中频电源模块工作极度不稳定,容错率极低,从交直流变换以及电源从直流转换成高频这一过程损耗也很大,发热严重,工作极其不稳定,2020年那次罢工5天就是这套电源严重故障!
当时据说是维护时工程师手贱重启了,结果竟然无法启动,随舰工程师无法解决,只能请来通用原子能公司专家,但是一时也找不到原因。据公开报道称,最终只好用了一种“替代方法”解决了该问题,但从故障到恢复已经5天过去了,并且维护工程师也被告知,这套系统不得轻易重启!
中国的福建舰有这个问题吗?当然没有!因为等到中国开始发展综合电力系统时,各种功率元器件都已经成熟了,还有海军工程大学的电磁大佬马伟明力推中压直流,所以中国当时选的是中压直流路线,这个天然就比交流在电磁弹射上要好用,储能可以锂电、超级电容随便用,路线正确,技术大牛,福建舰9月底公开就是三大舰载机弹射,美军都看傻了,歼-35轻松弹射,全世界电磁弹射第一次在航母上成功弹射五代机,竟然是中国海军创造的!
有几个问题要先说明下,蒸弹其实故障率也挺高,美国C-13-1/2蒸汽弹射器的平均无故障循环次数为405次,也有说法是1300次,两个综合下,大概是800次吧,差不多是电磁弹射的2倍左右。所以说蒸弹问题也不小,但比电弹稳定可控而且好维护,所以特朗普这个说法没毛病。
不过还有另一个问题要说明下,为美国海军生产蒸汽弹射器的是巴布科克・威尔科克斯公司(Babcock & Wilcox Company,简称 BW 公司),因为二十多年没有接到订单,这家公司的蒸汽弹射分公司已经破产了。
所以现在美国人准备去把蒸汽弹射从坟墓里挖出来?或者还有另一个选择,大概在2015~2017年时中国的003航母当时选型弹射器,对决双方是蒸汽弹射与电磁弹射,双方各造了一条完整的弹射器双方对比,方法很简单,各自弹射,性能优秀、成本低、故障率低,好维护者胜出,结果大家都知道了,电磁弹射胜出!
另外还有传闻称003航母当初设计就是蒸弹,但电弹胜出了,有匆匆忙忙改成电弹!算起来中国海军还是唯一有把蒸弹改成电弹经验的元老,可惜这经验没法提供给美国海军,毕竟他们现在是要把电弹改成蒸弹。
但这不是问题啊,你大老美的蒸弹公司不是破产了么,不如来找中国吧,把这条蒸弹买了去,外加全套蒸弹技术全部提供,中国人还优化过了,优惠价,搞个几亿美元回笼也好啊!中国嘛,反正也用不上了,不如变现。
最近076也有大新闻,据上海海事局10月18日发布的沪航警725/25公告,在076船坞入口正前方划定一块小型矩形禁入区,从10月20日-29日禁止无关船舶驶入,估计弹射小车已经测试了。这下中美两边可就有的比较了,中国这边是顺风顺水,连两栖攻击舰都上电弹了;美国海军呢?电弹问题不断,老特几次三番发话要换成蒸弹,这河东河西,差距是越来越大了!
来源:星辰大海路上的种花家
