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军工系列报告之电磁弹射

时间:2024-04-02   访问量:1021

作为现代航母的关键技术,国防核心实力的标志性技术之一,电磁弹射技术也是重要的军民两用技术,比如,磁悬浮列车的启动使用的就是电磁发射技术。

电磁弹射是一种新型的直线推进技术,是采用电磁能量来推动被弹射的物体向外运动,适用于短行程发射大载荷,在军事、民用和工业领域具有广泛应用前景。电磁弹射技术是对蒸汽弹射技术的一种迭代,通过电驱动代替传统蒸汽驱动的方式进行机械发射。

电磁弹射技术最广为人知的运用是在航空母舰弹射器上,其中美国经过了30年的研发周期,由国防采购商通用原子能公司(General Atomics)研制了飞机电磁弹射系统EMALS,并在福特级航母上搭载服役。我国在航母舰队领域起步较晚,但在综合电力推进系统中已取得关键突破和自主可控的能力,电磁弹射系统在国产航母中搭载可期。

电磁弹射技术的军民应用

电磁弹射所用到的技术本身就有很多是从民用领域衍生而来的,比如高铁上的IGBT模块,是推动在电磁弹射技术中有效实现电能控制和转换的电力电子器件。储能,尤其是大容量的储能是分布式能源发展的关键。电磁弹射技术正持续向着提高弹射质量和出口速度等方向发展。随着技术的进展,未来可有效推动的应用领域如下:

一是在武器装备科研生产领域,电磁弹射技术可应用于火箭弹的发射。我国火箭弹技术较为成熟,且研制、生产成本低,精准度高,但最大的问题是在高原山地地区因空气稀薄导致“燃烧不充分”。采用电磁弹射技术能够有效解决该问题,且能够极大提升火箭弹的威力。电磁炮也是重要应用,利用电磁系统中电磁场产生的洛伦兹力来对金属炮弹进行加速,使其达到打击目标所需的动能,与传统的火药推动的大炮,电磁炮可大大提高弹丸的速度和射程。采用电磁弹射技术一次性发射多架无人机,形成强大的“蜂群”效应,在未来的大规模无人作战系统中也大有用武之地。另外,电磁弹射技术还可以用于鱼雷发射、防空电磁炮等多个领域。

二是在轨道交通领域,磁悬浮技术涉及到的电磁驱动技术,本质上和航母上的电磁弹射类似。只不过电磁弹射技术所需要的能量和加速度要比磁悬浮高至少一个数量级。近日我国时速600公里的高速磁悬浮试验样车正式下线,标志着我国在高速磁悬浮领域取得重大突破。在各种中长距离交通工具中,高铁时速一般是300公里,飞机时速一般是900公里,磁悬浮列车时速处于二者之间,尤其是在近距离领域,补充了一种新的交通出行选择。上海磁悬浮专线2006年就已经投入商业运营。

三是在物料输送和搬运传输领域,利用电磁弹射装置中的直线电机作为核心拖动技术生产的邮政包裹自动分拣系统在我国已经投入使用。利用电磁弹射原理的分拣系统分配精准、性能稳定,效率翻番且自动化程度高。在工厂自动化中,这样的技术也可以应用于对移动机构的定位、执行元件的性能及控制要求较高的场景。

四是在商业航天领域,电磁弹射技术未来可能部分或完全替代运载火箭,利用电磁力加速卫星、飞船等有效载荷穿过大气层进入太空,从而实现新型航天器的低成本重复发射,远期用于实现未来航天器的天地往返。2017年初,有媒体报道,航天科工将研发两款由地面大型电磁弹射系统发射的运载火箭,分别为羽舟系列电推火箭系统和轻舟系列液体运载火箭,预计于2020年完成电磁发射演示系统建设及原理验证试验。此外,电磁弹射技术还可以应用于空间轨道转移器。

此外,在基础科学领域,电磁弹射技术还可用于高压物理实验、惯性约束核聚变、电磁金属成形等领域的研究工作。

电磁弹射技术的基础研究投入大、周期长,需要国家层的科研计划统筹推动;在应用层面,电磁弹射技术的应用空间巨大、涉及面广,但部分应用属于革命性的迭代,难度较大。产学研政军协同,构建电磁弹射从基础研究到应用研究再到商业化的全产业链发展优势势在必行。充分发挥军工集团的基础优势,打造电磁弹射技术应用与推广的龙头企业,并链接配套企业,打造参与国际市场竞争的利益综合体。


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