電磁彈射器裝置設計

㈦ 航母電磁彈射器的強迫儲能裝置的原理是什麼

強迫儲能裝置就是相當於蒸汽彈射器的儲汽罐，鍋爐里的蒸汽將近1分鍾時間才能把儲汽罐里的蒸汽儲存到可以彈射戰機的能量，相同的是，電磁彈射器的強迫儲能裝置也需要將1分鍾的時間才能儲存到可以彈射戰機。儲存的能量可以達到140兆焦以上，充電功率可達4兆瓦（1兆瓦等於1000千瓦）以上。是靠的飛輪來儲能。只有了解飛輪電池的人可能更容易理解電磁彈射器的儲能裝置的原理，事實上，無論哪種蓄電池，儲存能量都很有限，電動汽車能跑200公里以上的都是奇跡啦，更何況在彈射飛機是大電流更會對蓄電池造成很大的損壞，而且蓄電池壽命也不理想，航母上經常換電池可不是開玩笑的。電容器當然可以大電流充放，壽命也很長，但是短路會爆炸，儲存的電量更是少得可憐。而飛輪電池可以讓汽車行駛600公里以上，跟加汽油的差不多。而且飛輪完全不用考慮大電流充放影響，由於潤滑系統具有可更換性，壽命根本無需擔心，只要將飛輪加到一定速度，儲能就完成了。因此也稱慣性飛輪強迫儲能裝置。

飛輪強迫儲能裝置是什麼組成的其實很簡單，跟飛輪電池在結構上也差不多，主要由飛輪、電機及其他附件組成。東西雖簡單，但是性能和製造出來卻並不簡單。首先，飛輪就不同，航母上飛輪其實並不重，但是由於其極高的轉速，使其儲存了巨大的能量，如此巨大的轉速會產生強大的離心力，普通材料是無法承受的，而且其加工精度達到了鍾表級別，為什麼需要這么高的精度呢？因為飛輪從低速加速到高速時，如果在軸向或者徑向存在哪怕是一點的誤差，就會產生破壞性的震盪，從而使軸承溫度驟增，甚至發生破壞的危險，當然，日常的設備幾乎沒有這么高速的，也無需這么高的精度。另外，飛機彈射時間不過2秒鍾，但是卻使其速度下降達到70%，強大的扭矩力對飛輪等也是很大的破壞力。飛輪和電機是通過連軸器聯接起來的，因此電機也和飛輪同速旋轉，雖然電機的轉子直徑遠小於飛輪的直徑，從是由於其具有與飛輪同樣的轉速，產生的離心力仍不可小視，而且轉子自重也不輕，而且轉子中還有線圈。與軸相接觸的還有測速裝置，當然它不是象電機一樣與飛輪一樣轉速，它只是一個磁感應裝置，軸上的永磁體在旋轉時，與它接觸（實際上不接觸）的線圈即感應產生電壓，並以此測定速度。由於飛輪重量是固定的，知道了速度，也就知道了其儲存的能量了。

強迫儲能裝置的電機，它是發電機還是電動機呢？其實它既是發電機，也是電動機。強迫儲能裝置的電機，結構上跟繞線式電機很相似，它也有滑環，也有引出端子，也有短接環。它是如何工作的呢？首先，它在儲能的時候是電動機，原理上相同於三相導步電動機的變頻啟動或加速（控制裝備以後再談），轉子短接。而在驅動電磁彈射器的直線電機時，它又變成發電機，轉子不再短接，而是串接入直流電源，切記，直充電流是變化的，而不是恆定的。彈射戰機不過2秒鍾，但是飛輪轉速卻下降達70%，然而彈射戰機功率卻是在增加的，也就是說，從始端到末端，功率一直在增加，因為電磁彈射器其實是加速度作功，而不是恆功率做功，但是飛輪的速度卻在下降顯然，轉子的勵磁電流是關鍵，也同時說明，勵磁電流是個增加變化過程。事實上，在彈射戰機的2秒鍾，通過勵磁電流的調節，定子輸出電壓從3KV增加到14KV，電流也從零增加到幾萬安培！可見電磁彈射器確實可以稱得上是一個沖擊性負荷。當然，勵磁電流的調節和控制是由自動化裝置控制的，它與大功率可控硅設備及電磁彈射是一體化的，首先，彈射什麼樣的戰機、掛載、油料、風速及航母的航母、風向等這些參數輸入後，通過處理中心計算出該如何設置勵磁電流的調節，當然這些看起來復雜，但是都有電腦工作了，人是感覺不到的。

望採納！！

㈧ 電磁彈射原理結構圖

通電導體在磁場中會受到磁場力的作用,電磁彈射就是用強電流通過電磁鐵產生強磁場作用於連接飛機的牽引器上,牽引器位於磁場中的部分通強電流,就會受到磁場力作用產生加速度,使之帶動飛機作加速運動,達到起飛速度後飛機脫離飛行甲板起飛。這就是所謂的電磁彈射的基本原理。

這是最明了的示意圖了。原理非常簡單，有個旋轉電刷，相當於一個開關，它依次接通A/B/C……上的電磁鐵，然後這些電磁鐵依次拉動這個彈射滑撬往前走，電刷轉得越快，彈射速度越高，電磁鐵強度越大，彈射重量越大。

(zhuan)

㈨ 航母電磁彈射器的詳細圖紙

有了圖紙你也造不出來，這個和蓋房子相去甚遠。

就像IC晶元，有了電路圖也造不出晶元。

㈩ 電磁彈射器的發展過程

美軍研發的電磁彈射器由三大主要部件構成，分別是線性同步電動機、盤式交流發電機和大功率數字循環變頻器，線性同步電動機是電磁彈射器的主體，它是20世紀80年代末期研究的電磁線圈炮的放大版。
電磁線圈炮也叫電磁線圈拋射器，1831年英國物理學家法拉弟發現電磁現象以後就有人開始設想電磁線圈炮。1845年，有科學家在理論試驗中將一個金屬柱拋出20米；1895年，美國有項專利設計了理論上能夠將炮彈拋射230千米的線圈炮；1900年，挪威物理學教授克里斯坦·勃蘭登獲得三項關於電磁炮的專利；1901年，勃蘭登在實驗室製造了一座長10米、口徑65毫米的模型，可以把10千克的金屬塊加速到100米/秒，這引起了挪威政府、德國政府的注意。德國著名的火炮生產廠商克虜伯公司為勃蘭登教授提供了5萬馬克的研究經費，勃蘭登設計了一門長27米、口徑380毫米的巨炮，預計可以將2噸重的炮彈發射到50千米遠，彈丸速度可以達到900米/秒。為了實現這個目的，勃蘭登設計了3800多個線圈，重量達到30噸。使用這門大炮需要3千伏、600千安的直流電源。當時的技術條件根本不可能提供這種直流電源，因此該炮最後被廢棄，炮上所用的大量銅絲在後來的戰爭中被作為重要戰略物資回收。
1970年，德國科隆大學的哈布和齊爾曼用單機磁線圈將一個1.3克的金屬圓環加速到490米/秒，這一成果迅速引起世界范圍內的高度重視。1976年，蘇聯科學家本達列托夫和伊凡諾夫宣布已將1.5克的圓環加速到4900米/秒。20世紀80年代，美國太空總署（NASA）桑地亞中心一直在進行電磁線圈炮的概念性研發工作，他們曾嘗試修建一個長700米、仰角30度、口徑500毫米、採用12級、每級3000個電磁線圈的巨炮，可以將2噸重的火箭加速到4000~5000米/秒，推送到200千米以上的高度。NASA預計使用這個系統發射小型衛星或者為未來興建大型近地空間站提供廉價的物資運送方式，其發射成本只有火箭的1/2000。
在早期概念性研究階段，NASA發展了一系列解決瞬間能源的技術方案，這些都成為電磁彈射的技術基礎。美國EMALS中的線性同步電動機採用了單機驅動的方式，只是用一台直線電機直接驅動，和以前的雙氣缸蒸汽彈射並聯輸出不同。線性電動機長95.36米，末段有7.6米的減速緩沖區，整個彈射器長103米。彈射器中心的動子滑動組，由190塊環形的第三代超級稀土釹鐵硼永磁體構成，每一塊永磁體間有細密的鈦合金製造的承力骨架和散熱器管路，中心布置有強力散熱器。雖然滑組在工作中其本身只有電感渦流和磁渦流效益產生不多的熱量，但是其位置處於中心地帶，散熱條件不好，且永磁體對溫度敏感，高過一定溫度就會失效。滑組和定子線圈間保持均勻的6.35毫米間隙，相互間不發生摩擦，依靠滑車和滑車軌道之間的滑輪保持這個間隙不變。滑動組上因為沒有需要使用電的裝置，所以結構比較簡單，且無摩擦設備，需要檢修和維修的工作量極少。彈射中，每一塊定子磁體將只承受2.7千克/平方厘米的應力。由於滑動組採用了固定的高磁永磁體，所以定子被設計成電磁，形狀為馬鞍形，左右將滑動組包圍，上部有和標准蒸汽彈射器相同大小的35.6毫米的開縫。定子採用模塊化設計，共有298個模塊，分為左右兩組，每個模塊由寬640毫米、高686毫米、厚76毫米的片狀子模塊構成。一個模塊上有24個槽，每個槽用3相6線圈重疊繞制而成，這樣每一個模塊就有8個極，磁極距為80毫米。槽間採用高絕緣的G10材料製成，每個槽都用環氧樹脂澆鑄，將其粘接成一個無槽的整體模塊。通過數字化定位的霍爾元件，定子模塊感應滑車上的磁強度信號，當滑車接近時，模塊被充電，離開後斷開，這樣不需要對整個路徑上的線圈充電，可以大大節省能源。每一個模塊的阻抗很小，只有0.67毫歐，它的設計效率為70%，一次彈射中消耗在定子中的能量有13.3兆瓦，銅線圈的溫度會被迅速加熱到118.2℃，加之受環境溫度影響，這一溫度可能會高達155℃。這將超過滑車永磁體的極限退磁溫度，因此需要強製冷卻，冷卻方案是定子模塊間採用鋁製冷卻板，板上有細小的不銹鋼冷卻管，可以在彈射器循環彈射的45秒重復時間內將線圈溫度從155℃降低到75℃。線性電動機的末段是反相段，通過電流反相就能讓滑組減速並停下來，同時自動恢復到起始位置。
從電磁線圈炮的發展歷史來看，阻礙電磁彈射器的現實化並不是線性電機本身，而是強大而穩定的瞬發能源。美國航母上採用20世紀90年NASA為電磁炮、激光武器發展的慣性儲能裝置研製而來的盤式交流發電機。新設計的盤式交流發電機重約8.7噸，如果不算附加的安全殼體設備，其重量只有6.9噸。盤式交流發電機的轉子繞水平軸旋轉，重約5177千克，使用鎳鉻鐵的鑄件經熱處理而成，上面用鎳鎘鈦合金箍固定2對扇形軸心磁場的釹鐵硼永磁體。鎳鎘鈦合金箍具有很大的彈性預應力，可確保固定高速旋轉中的磁體。轉子旋轉速度為6400轉/分，一個轉子可存儲121兆焦的能量，儲能密度比蒸汽彈射器的儲氣罐高一倍多。一部彈射器由4台盤式交流發電機供電，安裝時一般採用成對布置，轉子反向旋轉，可減少因高速旋轉飛輪帶來的陀螺效應和單項扭矩。彈射一次僅使用每台發電機所儲備能量的22.5%，飛輪轉盤的轉動速度從6400轉/分下降到5200轉/分，能量消耗可以在彈射循環的45秒間歇中從主動力輸出中獲得補充。四蓄能發電機結構允許彈射器在其中一台發電機沒有工作的情況下正常使用。由於航母裝備4部彈射器，每兩部彈射器的動力組會安裝到一起，集中管理並允許其動力交聯，因而出現6台以上發動機故障而影響彈射的事故每300年才會重復一次。盤式交流發電機採用雙定子設計，分別處於盤的兩側，每一個定子由280個線圈繞組的放射性槽構成，槽間是支撐結構和液體冷卻板。採用雙定子結構，每台發電機的輸出電源是6相的，最大輸出電壓1700伏，峰值電流高達6400安，輸出的匹配載荷為8.16萬千瓦，輸出為2133～1735赫茲的變頻交流電。盤式儲能交流發電機的設計效率為89.3%，這已經通過縮比模型進行了驗證，也就是說每一次彈射將會有127千瓦的能量以熱量形式消耗掉。發電機定子線圈的電阻僅有8.6毫歐，這么大的功率會迅速將定子線圈加溫數網路，所以設計了定子強製冷卻。冷卻板布置在定子的外側，鑄鋁板上安裝不銹鋼管，內充WEG混和液，採用流量為151升/分的泵強制散熱。根據1/2模型測試可知，上述設計可以保證45秒循環內銅芯溫度穩定在84℃，冷卻板表面溫度61℃。
真正最為關鍵、技術難度最大的部件是高功率循環變頻器。這個技術是電磁彈射器的真正技術瓶頸。EMALS正處於關鍵性部件工程驗證階段，循環變頻器僅僅是完成了計算機模擬，還沒有開始發展工程樣機。從設計上看，循環變頻器是通過串聯或者並聯多路橋式電路來獲得疊加和控制功率輸出的，它不使用開關和串聯電容器，省略了電流分享電抗器，實現了完全數字化管理的無電弧電能源變頻管理輸出。其每一相的輸出能力為0～1520伏，峰值電流6400安，可變化頻率為0～4.644赫茲。循環變頻器設計非常復雜，它不僅需要將4台交流發電機的24相輸入電能准確地將正確的相位輸入到正確的模塊埠，還必須准確的管理298個直線電機的電磁模塊，在滑塊組運行到來前0.35秒內讓電磁體充電，而在滑組經過後0.2秒之內停止送電並將電能輸送到下一個模塊。循環變頻器工作時間雖然不長，每次彈射僅需工作10～15秒，但熱耗散非常大，一組循環變頻器需要528千瓦的冷卻功率，冷卻劑是去離子水，流量高達1363升/分，注入溫度35℃的情況下可確保系統溫度低於84℃。美國對這一核心部件的保密工作非常重視，除了基本原理外，幾乎沒有任何的模型結構、工程圖片披露。2003年，美國海軍和通用電氣公司簽訂合同，要求花費7年時間完成這一部件的實體工作。
到目前為止，美國在海軍航母電磁彈射器上花費了28年的時間和32億美金的經費，預計將在2014年服役的CVN－78航母上正式使用這一設備。從設計和工程實現的關鍵性部件的性能來看，成功地按時間表投入使用的可能性非常大。主要技術問題出在線形同步電機上，18米所必模型所顯示的效率僅為58%，而50米1/2模型顯示的效率僅有63.2%，這證明能量利用率還不足，功率也成倍增加，設計是不能完成散熱需求的。另外一個問題在於軍用系統的防火要求，永磁體對溫度比較敏感，存在退磁臨界溫度，一般在100～200℃之間，航母的火工品較多，火災事故並不罕見，如何保證磁體的磁強度不受大的影響還是一個很棘手的問題。電磁彈射器功率巨大，其磁場強度也非常可怕，現代戰斗機上復雜的電磁設備都非常敏感，容易受到干擾，因此需要特別加強電磁彈射系統的磁屏蔽工作。由於彈射器的磁體是開槽形的，和蒸汽彈射器的蒸汽泄露一樣會有很強的磁泄露，所以設計了復雜的磁封閉條，在離飛行甲板15厘米的高度就能將磁場強度降低到正常環境的水準。相關的電磁干擾和兼容性問題將在2012年進行專門的適應性試驗。
美國預期電磁彈射器達到如下指標：起飛速度：28～103米/秒；最大牽引力和平均牽引力之比：1.07；最大彈射能量：122兆焦；最短起飛循環時間：45秒；重量：225噸；體積：425立方米；補充能源需求：6350千瓦。