中国军舰电推系统为何能领先美一代 背后有六大秘密

2017年03月17日 09:29 新浪军事 微博
微博 微信 空间 分享 添加喜爱

  新浪军事编者:为了更好的为读者呈现多样军事内容,满足读者不同阅读需求,共同探讨国内国际战略动态,新浪军事独家推出《深度军情》版块,深度解读军事新闻背后的隐藏态势,立体呈现中国面临的复杂军事战略环境,欢迎关注。

  近日环球时报刊登一篇文章引起军迷热议,《马伟明:中国军舰全电推进系统已领先美国一代》。这篇文章是参加两会的马伟明院士答记者问。文章虽然不长,但却回答了六个关键问题,下面我们逐一梳理:

  第一,当记者问到“电磁弹射技术,将在10年内取代传统的化学能技术”。马院士的回答实际上纠正了记者的用词(电磁弹射),他说:传统的化学能能做的电磁能也能做,传统的火炮是化学能。凡是载运方面,过去用化学能能做的,大部分用电磁能也能做。

  马院士为什么要反复强调“化学能”,显然是借此机会回应媒体将他的之前的讲话,误读成“中国的电磁弹射器还要等十年”。因为航母的蒸汽弹射器本身并非由“化学能”做功,只涉及蒸汽的压缩与膨胀。所以他所说的是“电磁发射技术”将在10年内取代传统的化学能技术。具体来说就是“电磁轨道炮”和“航天电磁推射技术”,因为传统的火炮和火箭才是“化学能”转化为动能。

  2016年12月份马院士发表了一篇论文《电磁发射技术》,论文提到按照发射长度和末速度的不同,电磁发射技术可分为电磁弹射技术( 发射长度百米级,末速度可达100m/s) ,电磁轨道炮技术( 发射长度十米级,末速度可达3 km/s) ,电磁推射技术( 发射长度千米级,末速度可达8 km/s) ,三种技术的基本原理相同,涉及的具体关键技术有一定差别,但总的技术可概括为四部分:高能量密度储能技术,大容量功率变换技术,大功率直线电机技术和新型网络控制技术。(下图)

  去年秋天,官媒报道未来十年中国航天计划中,提到的“羽舟”和“轻舟”系列,就是采用地面大型电磁推射系统,发射电推和液体运载火箭,计划2020年前完成演示系统建设及原理原则试验。

  在谈到电磁轨道炮的时候,马院士称:由于我们国情原因,我们不仅要做科学家的活儿,还要能做工程师的活儿,甚至还要干工匠的活儿,才能把东西做出来。

  这从侧面回答了外界对我们在电磁技术能快速发展的疑问,我们的科学家们并不是仅仅在研究和设计,还要解决工程化中遇到的问题,甚至要解决制造工艺上的难题。如果科学家---工程师---工匠三个环节是脱节的,那么项目中遇到的难关就会互相扯皮,三方互不了解就难以形成合力,进度自然就慢。下图是美军32兆瓦电磁炮。 

  第二,我国早就开始进行电磁炮的研究,下图是中国研制的电磁炮制导炮弹,以及马院士在科技成果展会上,了解电磁坦克炮的脱壳穿甲炮弹性能。正如马院士曾说的,“我们的做法是从科学探索到关键技术攻关,再到工程实现,最终将设计者变为制造者,打通从创新到创造的最后一公里”。

  马院士是我国千千万万科学家的杰出代表,这种中国特色的装备研究体制,在官媒报道的众多高科技装备研制事迹中常能见到。加上全国一盘棋的大协作、科技人员的白加黑、五加二,项目的进度就比外界猜测的快得多。当年的“两弹一星”,去年歼-20、运-20入列都是很好的证明。那种以西方研制时间,来推算我军装备研制所需的时间,结论一定是错误的。 

  第三,记者问“福特”号航母的电磁弹射系统花了21年,中国也需要这么久吗?马院士的回答是:只要方向正确,方法得当,那么进程可以大大缩短。为什么这么自信,因为中国的电磁弹射器已经研制成功。下图是兴城舰载机飞行员训练基地去年十月的卫星图。去年底传出图中的歼-15采用电磁弹射顺利升空,图中还看到左侧这条弹射器的起点停着一架无人机,显然这条是电磁弹射器。 

  一篇博士生论文《大功率混合储能装置控制策略研究》发表于2015年2月,马教授是第二作者。这篇文章里提到:超级电容器功率密度高,但储能密度较低需要很大的体积,很难满足小型化的要求;电感储能方式对断路开关的要求特别苛刻;利用惯性储能,难以瞬间将全部能量取出,无法实现高功率密度要求。相对来说,蓄电池储能密度很高,功率密度也较高。

  2016年10月份马院士发表了《电磁发射系统中电力电子技术的应用与发展》,下图是这篇文章的配图。论文提到,储能系统有两种:飞轮储能方案和蓄电池+超级电容方案。文中特别强调海军工程大学研制了蓄电池+超级电容方案,即下图中的(a)+(b)。 

  电弹系统控制系统的逆变电路采用IGBT作为控制,文章提到了实际验证系统的参数,如下图的实际弹射的电磁推力和加速度曲线。图中可见:从大约0.20秒到0.55秒,电磁推力迅速升至满功率(13吨),然后稳定运行至2.20秒,也就是说战机的弹射过程大约是2秒钟。

  电磁弹射器以加速度3g运行,加上战机发动机开全加力,可以保证在百米跑道的末速度,达到时速350公里的起飞速度。

  下图的电磁推力之所以有波动,是因为直线电机采用分段定子形式。关于“分段定子”,笔者在之前的文章里有直线电机的图解。拼图(下)的纵轴的时间单位的毫秒,可见加速度稳定在3g,波幅为正负1%(即0.03g),说明马院士解决了动子滑动中跨分段的一些动态技术难题。 

  下图是兴城基地今年1月份的卫星图,图中显示下方的这条弹射器当时刚完工,还在工程验收阶段。既然这条稍短的弹射器进度,比之前弹射歼-15B和无人机的电弹更晚,那么它不可能是蒸弹,很可能是采用 

  蓄电池+超级电容 储能方案,另一条进度较快的是采用 飞轮储能方案。 

  第四,记者问道:美国“福特”级航母的经验显示,航母的电磁阻拦技术比弹射难度更高……。还没等记者说完问题,马院士就不客气地打断,说:不能这样下定论。我们用了1/5的时间就把阻拦做完了,你说哪个难度高?有了弹射的技术阻拦还难吗?弹射和阻拦是一个正一个反,解决了正,解决反不就容易了吗?看来记者的问题把马院士激怒了,于是回了几个坚定的反问式短句。下图是电磁阻拦系统的结构示意图。 

  下图是美军的电磁阻拦系统以及原理图。

  马院士的回答里有几点是可以肯定的:(1)我国的电磁阻拦系统研制工程已经完成,而且只用了研究电磁弹射器1/5的时间。(2)我国的电磁弹射器已经研制成功,不然 “1/5的时间”如何算出的呢?(3)电磁阻拦的技术难度并非比电磁弹射技术更高。

  结合马院士在回答这个问题之前提到,“只要方向正确,方法得当,那么进程可以大大缩短。言下之意是,美国人没找对方向,方法不得当,所以才进度慢,不能以此就推理我们的电磁弹射和电磁阻拦系统的进度。

  下图是去年底央视新闻截图。从装置的结构显示:它是电磁阻拦系统的1:1样机,而且正在运装中(下图中圆锥形绞盘上的钢缆圈数不同)。从截图上清晰可见,设备上的铭牌写的是中文,所以央视不是拿美军的视频,而是典型的官泄。 

  第五,记者问了个军迷们也常有的疑问:新一代采用全电推进系统、电磁轨道炮和电磁弹射/阻拦设备的军舰,如何防止因对手引爆电磁脉冲炸弹导致完全失去战斗力?马伟明回答:这个问题不太专业。脉冲弹是靠辐射,舰船全是铁壳屏蔽的,很难影响到内部系统,它又不是陆地大电网。言下之意是不必有这方面的顾虑,在舰船设计时已经做了防护。

  第六,2014年11月14日国防部网站的一篇文章《马伟明:中国实现中压直流综合电力系统世界首家》,文章提到:英国45级、美军DDG-1000驱逐舰与法国西北风两栖舰,均采用中压交流综合电力系统。

  船舶综合电力系统将传统船舶相互独立的机械推进系统和电力系统,以电能的形式合二为一,通过电力网络为船舶推进、通信导航、特种作业和日用设备等提供电能,实现了全船能源的综合利用。因此,船舶动力采用综合电力系统已成主流。

  马院士回答了为什么中国的综合电力系统,是处于世界领先的位置。因为我们一开始就选择采用中压直流,一步到位。美国和欧洲是采用中压交流,还处于第一代水平,所以差我们一代。美国人现在才开始做预研中压直流,要赶上我们是十几年以后的事情。看来欧美又选错研究方向,走了一条弯路,现在要改成直流得推倒重来。

  马院士还自豪地说:一项技术领先不领先,先进不先进不是自己说的,需要世界同行评价,标准是客观存在的。就是说“世界领先” 不是我们自吹的,标准摆着那儿,西方人也不得不承认。所以马伟明团队获得“国家科技进步创新团队奖”是实至名归,从下图看,第三代“高速感应集成发供电”我国已经在研制中。 

  我国综合电力系统的发展以“十五”为起点。马伟明告诉记者,“综合电力系统被誉为船舶动力的第三次革命”;船舶采用综合电力系统,不仅实现了船舶推进系统和电力系统的集成,而且更容易实现全船能量的精确高效控制。

  第一代综合电力系统技术成熟,但存在设备体积和重量偏大、系统效率偏低、供电连续性不高等缺点;第二代综合电力系统采用中压直流电制,突破了系统频率限制,降低了对原动机调速特性的要求,大幅减小了设备体积和重量,提高了系统效率和供电连续性。

  下图是去年央视新闻的截屏,显然正在建造的新型驱逐舰,所配套的全电推进系统已经研制成功。在被问到中国会不会出现更多在高科技武器装备领域的领跑者时,马院士语气坚定地回答:会,肯定会。这是一名中国军人的自信、中国科学家的自信,更是中国人的自信。(作者署名:92军迷)

  本栏目所有文章目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。凡本网注明版权所有的作品,版权均属于新浪网,凡署名作者的,版权则属原作者或出版人所有,未经本网或作者授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品。

  新浪军事:最多军迷首选的军事门户!

推荐阅读
聚焦
关闭评论