直線電機優(yōu)于蒸汽活塞彈射器

馬薩諸塞州哈德森 -在馬薩諸塞州這個鄉(xiāng)村小鎮(zhèn)的一條大道上，工程師正在開發(fā)世界上推力最高的直線電機。對于海軍航空而言，它可能意味著蒸汽時代的結束。到2005年，海軍建筑師可能會開始用EMALS(電磁飛機發(fā)射系統(tǒng))取代航母上的巨大蒸汽彈射器。“我們希望用電子設備取代重型機械，”Kaman Electromagnetics公司的EMALS項目經(jīng)理Wolfgang Schlegel說。根據(jù)海軍合同，該計劃已經(jīng)達到其關鍵部件示范階段，每天都會發(fā)射試驗臺來證明其組成部分的可靠性和可控性：控制系統(tǒng)，循環(huán)換流器功率調(diào)節(jié)器和線性電動機本身。

脈沖交流發(fā)電機最初是為電磁軌道火炮提供動力而開發(fā)的，包括一個以6,000轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的大型飛輪。在一個信號，測試物品提供多達2兆瓦的電力來驅(qū)動線性馬達。循環(huán)換流器將高頻交流電轉(zhuǎn)換為低頻交流電，供電機使用。最后，線性電動機由NdBFe磁體的模塊陣列和滿量程定子段組成。在航空母艦上使用時，渦輪發(fā)動機將為8兆瓦脈沖交流發(fā)電機提供輸入功率，允許200千瓦的彈射器發(fā)射100，

測試夾具包括一個騎在平行軌道上的450磅支架。在中間的軌道之間居中，有一系列三個模塊化定子段。固定在滑架上的一系列封裝磁鐵在滑架經(jīng)過時與定子相互作用。在夾具的一端，一個大型氣動壓頭推動托架經(jīng)過定子，在那里它進一步加速。在另一端，一組液壓緩沖器和/或犧牲泡沫塊在運行結束時使托架減速。

通過對撞錘進行節(jié)流以便以各種速度將滑架傳送到線性電機段，工程師可以模擬載體發(fā)射的每個階段，而無需構建全尺寸彈射器?？拷ㄗ拥膶к壟赃叺囊幌盗薪咏鼈鞲衅饔涗浟讼到y(tǒng)控制加速度的精度。Schlegel說，到目前為止，“我們有閉環(huán)控制和響應時間 - 我們的工作時間是微秒。”

系統(tǒng)功率的一個指標：4英尺的定子區(qū)域?qū)?50磅的滑架加速到7節(jié)。測試系列仍在繼續(xù)，最終目標是200公尺。

如果批準生產(chǎn)，EMALS將為船舶設計和海軍航空帶來一系列改進。最大設計推力為290,000磅，EMALS的發(fā)射能力比蒸汽彈射器高出28%。無論載體是否轉(zhuǎn)向風，這種改進都可以允許飛行操作。該推力是完全可控的，可以補償陣風，并且可以比蒸汽更精確地匹配推力與飛機重量。推力的閉環(huán)控制將減少飛行員和飛機的磨損。通過一項研究，

原型磁鐵和定子部分已經(jīng)通過了在惡劣的海水環(huán)境中長壽的測試。Schlegel說，由于EMALS將采用模塊化部分構建，因此它應該在制造業(yè)中實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟，同時賦予設計人員更大的靈活性，以便將輔助發(fā)射功能應用到非常規(guī)平臺上。例如，滑雪跳躍式航空母艦可以發(fā)射更重的飛機，或者載重量大的STOVL飛機可以從小型島嶼或空地上豎立的便攜式EMALS發(fā)射。

由于該系統(tǒng)由渦輪發(fā)動機提供動力，因此它獨立于航母的核電或燃油發(fā)電廠，從而提高了戰(zhàn)術靈活性。與蒸汽彈射器的6%效率相比，該系統(tǒng)將大約70%的輸入能量轉(zhuǎn)換為飛機動能。此外，卡曼工程師設想僅使用模塊化定子段的前2/3加速飛機。一旦飛機空降，剩下的三分之一將使航天飛機減速。減速將恢復一些輸入能量并進一步提高系統(tǒng)效率。

在未來，工程師希望開發(fā)一種電動避雷器系統(tǒng)，用大容量渦流制動器取代目前使用的液壓阻尼器。在這種情況下，減速進來的飛機可能有助于加速其他飛機起飛。在此之前，短期的回報是四個EMALS發(fā)射器將占用的空間不會超過現(xiàn)有蒸汽系統(tǒng)所需的空間，但將減少1000噸的上部重量 - 這是海軍建筑師的夢想。