電磁彈射器的工作原理

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1、電磁彈射器的工作原理谷曉潔英語系1302班201307010203摘要　電磁彈射器利用直線感應電機的直線運動,帶動艦載機加速到起飛速度,其工作原理是:直線感應電機的初級(固定部分)通上交流電后,產(chǎn)生交變磁場,這種磁場在直線感應電機的次級(運動部分)產(chǎn)生感應電流,使次級變?yōu)橛懈袘娏鞯膶w,這樣,處于交變磁場的次級部分就會受到安培力的作用,向前運動。關鍵詞電磁彈射器引言電磁彈射器被認為是蒸汽彈射器的可行替代方案,美海軍的航母電磁彈射器(EMALS)研究最早可追溯到20世紀40年代。1988年,美國開發(fā)出電磁彈射器的小比例模

2、型,該模型長3.66米,寬為實際尺寸的一半,試驗表明,其靜態(tài)推力可達到500千牛以上,彈射直線電機的電磁輻射也能夠被控制在槽型結構內。此后,美國就此項研究進行了許多設計研究,硬件演示和技術探討,但受經(jīng)費限制,研究的范圍和規(guī)模有限。20世紀90年代后期,美國在論證未來航母的過程中,正式將電磁彈射系統(tǒng)擺上了議事日程。1999年,美國海軍完成了電磁彈射器的概念探討和定義工作,并發(fā)布招標書。2004年4月2日,美國海軍空戰(zhàn)中心選擇了通用原子公司的電磁彈射器方案,確定由該公司領導的團隊承擔電磁彈射器的研制和驗證工作。2008年9月

3、3日,美國航母電磁彈射器完成第一階段高周試驗(HCT-1),通過海量重復試驗(10000次),驗證了電磁彈射器的電氣、熱力設備的性能以及儲能系統(tǒng)的充放電周期率。2009年冬,將開始第二階段高周試驗,包括滿功率試驗以及環(huán)境適應性測試,給出電磁彈射器的性能預報?！　≌摹　‰姶艔椛淦鞯暮诵臉嫵砂?　　彈射直線電機是電磁彈射器的核心部分。目前美國采用的是直線感應電機,其主要技術難點有三:一是高峰值功率直線電機的開發(fā)。電磁彈射器的峰值功率要求很高,可能達到100兆瓦以上,而目前能實現(xiàn)工程應用的直線電機單機功率僅為幾百千瓦。為了

4、降低對直線電機功率的要求,美國的每部電磁彈射器都采用了4臺直線電機(單機功率超過30兆瓦),它們的總功率可達到百兆瓦級;二是電磁泄露。需要對電磁彈射器可能產(chǎn)生的全部頻段進行模擬,并將飛行甲板上的磁感應強度與各種艦載機設備的敏感度進行對比,防止對艦上設備造成影響;三是散熱。用于電磁彈射器的永磁彈射直線電機初級的峰值功率損失可達到13.3兆瓦,銅片的最高溫度可達118.2℃,需要利用主動冷卻系統(tǒng)對其進行冷卻。直線感應電機的功率損失可能會超過永磁直線電機,因此必須考慮如何高效散熱?！　δ芟到y(tǒng)　　電磁彈射器對電力的需求很大,在

5、彈射較重的艦載機時,整個電磁彈射器的峰值功率可能會達到100兆瓦甚至更高,在目前的條件下,這部分用電無法直接依賴航母電力系統(tǒng)實時供給,必須依靠儲能系統(tǒng)將所需的電能事先儲存起來,在需要的時候瞬間釋放。由于體積和重量等原因,能夠滿足電磁彈射器儲能需要的現(xiàn)成系統(tǒng)無法直接用于航母。目前美國海軍的電磁彈射器采用的是飛輪儲能(FES)裝置?！　‰娏﹄娮幼儞Q系統(tǒng)　　電力電子變換系統(tǒng)從儲能系統(tǒng)獲取電能,在長約103米的直線電機上,電力電子變換系統(tǒng)能夠在特定時間僅僅接通對彈射起作用的線圈,而不是把整個直線電機的線圈一起接通,從而使整個系統(tǒng)

6、有效運轉。它還能通過改變供電的電壓,頻率,使電磁彈射器在各種速度上都以最高效率運轉。電磁彈射器所用的電力電子變換系統(tǒng)由可以高效控制強電能的現(xiàn)成民用電力電子裝置組成,可精確控制供給彈射電動機電脈沖的電壓和頻率?！　】刂婆c狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)　　電磁彈射系統(tǒng)對控制與狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的要求很高。在整個彈射過程中,控制與狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)不間斷地監(jiān)視著電磁彈射器全系統(tǒng)的性能。該系統(tǒng)可根據(jù)飛機、環(huán)境的變化實施調控,使艦載機達到要求的末速度,并擔負整個電磁彈射器的報警任務?！　‰姶艔椛淦鞯膬?yōu)勢　　美國海軍之所以為未來航母選擇電磁彈射器,主裝置、彈射汽

7、缸、活塞、復位機械等構成,尤其是其復雜的管道系統(tǒng)被稱為“迷宮”。相比而言,電磁彈射器的構成要簡單得多,主要由彈射直線電機、儲能系統(tǒng)、電力電子變換系統(tǒng)和控制與狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)四部分組成。另外,電磁彈射器只使用電力,航母的原動機選擇靈活;而蒸汽彈射器需要蒸汽源,如果航母不采用蒸汽動力或核動力裝置,還需要專門為蒸汽彈射器配備輔助鍋爐提供蒸汽,極不經(jīng)濟,且將占據(jù)航母大量的空間和重量?！　》磻?可靠、易維護、效率高　　電磁彈射器利用直線電機進行彈射、制動并使往復車復位,在完全關閉的條件下不到15分鐘就能達到待用狀態(tài);而蒸汽彈射器需要

8、不斷給彈射槽加熱,在儲汽筒無蒸汽的情況下,達到待用狀態(tài)需要數(shù)小時。蒸汽彈射器由發(fā)射系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、拖索張緊系統(tǒng)、潤滑及控制系統(tǒng)等部分組成。工作時，由鍋爐產(chǎn)生高壓蒸汽，將其儲存在蒸汽室里；彈射前，拖索將艦載機鉤在往復車上；當高壓蒸汽充入汽缸筒后，蒸汽的巨大壓力推動活塞，活塞帶動往復車，往復車帶動艦載機飛速向前滑動，從而