【簡介：】電磁彈射器的心臟就是100多米長的直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，它推動(dòng)與飛機(jī)相連接的電樞。而目前電樞基本上是一個(gè)U形鋁塊，裝在定子的3個(gè)側(cè)面。直線電機(jī)的原理并不復(fù)雜．設(shè)想把一臺(tái)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

電磁彈射器的心臟就是100多米長的直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，它推動(dòng)與飛機(jī)相連接的電樞。而目前電樞基本上是一個(gè)U形鋁塊，裝在定子的3個(gè)側(cè)面。直線電機(jī)的原理并不復(fù)雜．設(shè)想把一臺(tái)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)沿著半徑的方向剖開，并且展平，這就成了一臺(tái)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。在直線電機(jī)中，相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)定子的，叫初級(jí)；相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的，叫次級(jí)。初級(jí)中通以交流，次級(jí)就在電磁力的作用下沿著初級(jí)做直線運(yùn)動(dòng)．這時(shí)初級(jí)要做得很長，延伸到運(yùn)動(dòng)所需要達(dá)到的位置，而次級(jí)則不需要那么長。實(shí)際上，直線電機(jī)既可以把初級(jí)做得很長，也可以把次級(jí)做得很長；既可以初級(jí)固定、次級(jí)移動(dòng)，也可以次級(jí)固定、初級(jí)移動(dòng)。然而，電磁彈射器也決不是僅靠直線電機(jī)工作的，它總共有強(qiáng)迫儲(chǔ)能裝置、大功率電力控制設(shè)備、中央微機(jī)工控控制及直線感應(yīng)電機(jī)。
強(qiáng)迫儲(chǔ)能裝置是電磁彈射器的一個(gè)瓶頸，在國防方面一直是高度機(jī)密的。作用就是能平時(shí)儲(chǔ)能，然后把大功率能量在短時(shí)間內(nèi)釋放出來。電磁彈射器工作時(shí)間不長，但是在做功時(shí)段是個(gè)加速度做功的過程，因此不能把它當(dāng)成恒功率設(shè)備來考慮。
電磁彈射系統(tǒng)的強(qiáng)迫儲(chǔ)能系統(tǒng)要求在45秒內(nèi)充滿所需要的能量。最大的艦載機(jī)起飛一般需要消耗的能量不會(huì)超過120兆焦,而這強(qiáng)迫儲(chǔ)能系統(tǒng)最大能儲(chǔ)存140兆焦的能量,此時(shí)充電功率為3.1兆瓦,算上損失,4兆瓦左右（實(shí)際上達(dá)不到的），四部電磁彈射系統(tǒng)同時(shí)充電,充電總功率可達(dá)16兆瓦（1兆瓦=1000KW），可見沒有強(qiáng)大的電源是無法滿足電磁彈射需求的。當(dāng)然，航母上耗電的又豈止是四部電磁彈射器，另外還有電磁軌道炮、升降機(jī)、激光（目前激光的功率都不算大）等其它用電加起來的話必須要航母總功率達(dá)60兆瓦以上,否則電磁彈射器充電時(shí)也會(huì)影響其它系統(tǒng)用電的。
這么大的功率實(shí)際上大部分用于動(dòng)力，蒸汽機(jī)機(jī)直接拖動(dòng)螺旋槳而不是由發(fā)電機(jī)拖動(dòng)，這樣做的目的是減少能量轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的損失。由此可見，電磁軌道炮想在中、小型航母上恐怕短期內(nèi)并不容易。而如果沒有強(qiáng)迫儲(chǔ)能裝置，僅靠航母發(fā)電機(jī)直接提供是根本無法想象的。因?yàn)閺椛淦鞴ぷ鲿r(shí)間短，此時(shí)最大功率已經(jīng)超過航母發(fā)電機(jī)總功率了。蒸汽彈射器有一個(gè)儲(chǔ)汽罐，它可以把鍋爐的蒸汽能量儲(chǔ)存起來，而蒸汽彈射器彈射一架飛機(jī)后也至少需要近一分鐘的儲(chǔ)能（從鍋爐來），才能再彈射飛機(jī)，讓鍋爐直接驅(qū)動(dòng)蒸汽彈射器的話是無法想象的。
電磁彈射器難就難在電能不象蒸汽，根本不適合大容量儲(chǔ)存，象儲(chǔ)存彈射艦載機(jī)這樣的能量更是難上加難。通用原子公司在實(shí)驗(yàn)電磁彈射器時(shí)對(duì)強(qiáng)迫儲(chǔ)能裝置只字不提，可見其技術(shù)的高度機(jī)密性非同一般，想突破也非易事。
從原理上來說，它就是跟變頻器差不多，工作時(shí)通過變換器將升高電壓和頻率的電流輸入直線電機(jī)。于是電磁線圈便生成一個(gè)隨電樞運(yùn)動(dòng)的磁場。借助這個(gè)運(yùn)動(dòng)的磁場，驅(qū)動(dòng)彈射器的動(dòng)子（實(shí)際上相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子）來高速推動(dòng)戰(zhàn)機(jī)起飛。而電磁線圈的電源來自大功率電力控制設(shè)備，它實(shí)際上是由特高功率的可控硅整流器組成其一次元件，它能在高達(dá)幾千伏的電壓作用下產(chǎn)生幾萬安培的電流。因?yàn)槭袌錾系乃凶冾l器也不可能有這樣高的加速度，也就是說頻率的變化會(huì)有這么快。而且變頻器在頻率增加時(shí)存在電機(jī)定子線路電抗增加的因素，在這里更是嚴(yán)重。
這方面技術(shù)并不是很高，尤其是在硅谷方面迅猛發(fā)展的今天。只不過這里要求更高的可靠性和高速性、靈活性。控制裝置的輸出信號(hào)給大功率電力控制設(shè)備，同時(shí)又接受直線電機(jī)的反饋信號(hào)進(jìn)行閉環(huán)控制，其速度是毫秒級(jí)的。也就是說其CPU運(yùn)算速度的廠家來說，這些早就實(shí)現(xiàn)了，比如是冶煉廠的電爐控制等。而且控制裝置的人機(jī)界面也是相當(dāng)好的，操作人只需按下起飛什么類型的飛機(jī)，如F-18等，中央處理器會(huì)自動(dòng)根據(jù)風(fēng)速、航母速度、載彈量等條件分析后進(jìn)行儲(chǔ)能，并保證在消耗最你的能量下圓滿起飛飛機(jī)（當(dāng)然還要一點(diǎn)保險(xiǎn)系數(shù)的）。包括起飛無人機(jī)、預(yù)警機(jī)、對(duì)空對(duì)海作戰(zhàn)飛機(jī)等。而這些對(duì)于蒸汽彈射器來說是很為難的。電氣的控制反應(yīng)、最優(yōu)控制等都是目前其它機(jī)械方面所不能比擬的。
首先是效率問題，現(xiàn)役的蒸汽彈射器效率只有百分之五，電磁彈射器高達(dá)百分之六十，而且沒有密如蛛網(wǎng)的高溫高壓蒸汽管道維修的噩夢。在軍事開資龐大的美軍，是有一定意義的。
其次是電磁彈射適應(yīng)性更好，電磁飛機(jī)彈射系統(tǒng)具有不斷監(jiān)視自身的閉路系統(tǒng)，連續(xù)調(diào)節(jié)速度和功率，以便適應(yīng)每種飛機(jī)機(jī)型的彈射剖面。電磁飛機(jī)彈射器除具有較大控制靈活性之外，其重量和大小只相當(dāng)于蒸汽彈射器的一半。消除了高壓、高溫蒸汽管路和閥的迷宮將減少值勤作業(yè)和戰(zhàn)斗危險(xiǎn)。由于使用電力電子分系統(tǒng)，電磁飛機(jī)彈射系統(tǒng)的維修人員將少30%。 未來電磁飛機(jī)彈射系統(tǒng)是模塊化的，因此便于維修和改進(jìn)時(shí)不同組件和分系統(tǒng)的交換。
電磁飛機(jī)彈射系統(tǒng)具有更好的性能和和彈射控制范圍，適合彈射飛機(jī)的范圍很廣。它將加速飛機(jī)的重量約在4.5～45噸，彈射速度在100～370千米/小時(shí)之間，控制靈敏度靈活，這是蒸汽彈射器不能達(dá)到的。
任意調(diào)節(jié)彈射推力，哪怕是四噸的無人機(jī)，那是蒸汽彈射機(jī)一彈就碎的輕巧飛行器DD訊息戰(zhàn)的新寵，由于彈射動(dòng)能配置方面的限制，輕型飛機(jī)反而更難彈射。而且不能夠彈射當(dāng)前美軍使用的無人機(jī)。而高性能無人機(jī)登上航母是肯定的,由于有人艦載機(jī)和無人機(jī)大小不一，而蒸汽彈射器又沒法調(diào)節(jié)彈射功率，而且效率太低，一次彈射一般要消耗614千克蒸汽，每次彈射結(jié)束都有大量蒸汽被排除，帶走大量能量，其效率一般在4%～6%之間。而電磁彈射系統(tǒng)的效率約為60%左右，對(duì)能量的需求大為降低。蒸汽彈射器由于功率無法精確控制，在彈射艦載機(jī)的過程中，對(duì)艦載機(jī)的推力上下波動(dòng)比較大。而電磁彈射系統(tǒng)能夠?qū)椛溥^程中的力進(jìn)行精確控制，另外，蒸汽彈射器在飛機(jī)脫鉤后仍然會(huì)維持很高的汽缸壓強(qiáng)，對(duì)彈射器末端造成極大的沖擊，而電磁彈射系統(tǒng)在與飛機(jī)脫鉤后作用力立刻反向，對(duì)彈射系統(tǒng)末端的沖擊力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于蒸汽彈射器。目前的蒸汽動(dòng)力彈射器不能夠用于彈射任何現(xiàn)役無人機(jī)，而這被認(rèn)為是蒸汽彈射器的最大缺陷。信息技術(shù)突破性發(fā)展以及更輕、更靈巧武器的不斷出現(xiàn)，使無人機(jī)在“尼米茲”級(jí)航母退役之前就可能上艦執(zhí)行戰(zhàn)斗任務(wù)。而美國的政治領(lǐng)導(dǎo)層更希望使用無人機(jī)作戰(zhàn)，以把人員傷亡、被俘的風(fēng)險(xiǎn)降低到零。
電磁彈射器還可以延長戰(zhàn)機(jī)的壽命。電磁彈射器的功率可以根據(jù)彈射飛機(jī)的尺寸重量進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，可用于彈射美國海軍現(xiàn)在以及未來的各種有人飛機(jī)或無人飛機(jī)。同時(shí)電磁彈射器彈射力非常穩(wěn)定，彈射過程中，其最大力與平均力的比值僅為1．05，這就大大減輕了彈射過程中飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)所受到的沖擊，有研究表明，電磁彈射器的這一性能最大可使艦載機(jī)的機(jī)體壽命延長31%。此外，與蒸汽彈射器相比，電磁彈射器的尺寸、重量可降低50%，對(duì)人力的需求將減少30%，全壽命周期費(fèi)用可降低20%，作戰(zhàn)可用度可提高20%。
電磁彈射系統(tǒng)還有一個(gè)蒸汽彈射器不具備的優(yōu)點(diǎn)，那就是它很容易簡化為滿足短距起降飛機(jī)起飛的助跑系統(tǒng)，能很好地與滑躍跑道形狀配合，可用于輕型航母或兩棲攻擊艦上，甚至能夠用在任何采用綜合電力系統(tǒng)的艦艇上。而蒸汽彈射器的汽缸必須保持直線，不可能裝在滑躍甲板上。
電磁彈射系統(tǒng)構(gòu)成相對(duì)簡單。它只用直線電動(dòng)機(jī)進(jìn)行彈射、制動(dòng)和使往復(fù)車復(fù)位,不需要保持常備狀態(tài)，在完全關(guān)閉的冷態(tài)條件下不到15分鐘內(nèi)就能達(dá)到待用狀態(tài)。實(shí)際將來經(jīng)驗(yàn)成熟后時(shí)間會(huì)更短，而蒸汽彈射器要依靠大量的系統(tǒng)和分系統(tǒng)，有液壓泵、蒸汽、水力剎車、蓄壓器等等，需要不斷給彈射槽預(yù)熱，蒸汽彈射器的機(jī)械磨損嚴(yán)重，尤其是金屬密封條，每彈射一次都會(huì)與此摩擦一次，更換量大。而電磁彈射系統(tǒng)使用的電力電子元件用無接觸的瞬時(shí)電磁力，無磨損，可靠性在民用領(lǐng)域已得到檢驗(yàn)，壽命都在幾萬小時(shí),且具容錯(cuò)能力。 可見，如遇緊急情況下，電磁彈射器反應(yīng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于蒸汽彈射器。而且可靠性兩者根本沒法比。
電磁彈射器最大彈射50噸戰(zhàn)機(jī)，最大速度可達(dá)400千米/小時(shí)，因此它可以在航母無需高速行駛的情況下或無風(fēng)的情況下起飛戰(zhàn)機(jī)。而使用蒸汽彈射器的航母，一旦遇到緊爭情況，就全指望旁邊的伯克級(jí)了，所以有人說航母只適宜進(jìn)攻而不適宜防守是有一定道理的，但是采用電磁彈射將會(huì)改變這種觀念。