□文/南京信息工程大學物理學教授、博導 劉玉柱 南京信息工程大學 俞文杰

供圖/視覺中國

“三胎”也下水了！彩帶飄揚，軍歌嘹亮，低沉厚重的船鳴聲中，一艘龐然大物從船塢中緩緩駛出……沒錯，它就是我國的第三艘航母——福建艦！作為我國完全自主研發(fā)的首艘彈射型航母，它的滿載排水量達到了驚人的8萬余噸，配備的新型電磁彈射裝置更是引來了全世界的關(guān)注！

到底什么是電磁彈射？它又有哪些優(yōu)勢呢？讓我們走近福建艦，一睹電磁彈射這位“太極大師”的風采吧！

艦載機如何起飛？彈射器來助力

航母由于具有驚人的戰(zhàn)斗力，向來被稱為現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的“海上霸主”。開戰(zhàn)時，艦載機群騰空而起，威力不言而喻。然而，要讓這么多飛機在航母上起飛，確實是一件難事。我們都知道，傳統(tǒng)的固定翼飛機（擁有兩個固定機翼，不同于直升機）起飛時，需要長長的跑道來滑行加速。可是，這在航母上怎樣實現(xiàn)呢？要知道，航母再大，也不可能有機場那么大。

工程師們提出了兩種解決方案：

第一種起飛方式被稱為“滑躍起飛”，簡單點說，就是讓航母的甲板前端稍稍翹起，艦載機起飛時便會隨著翹起的甲板改變仰角，從而騰空。遼寧艦和山東艦便是采用了這種方式。然而，實現(xiàn)滑躍起飛需要艦載機在起飛時開足馬力，這樣一來，便會消耗大量的燃料，從而減小了作戰(zhàn)半徑。此外，一些大型飛機如預警機等，由于其機身的龐大和發(fā)動機的動力限制，不能夠進行滑躍起飛。

第二種起飛方式被稱為“彈射起飛”，這需要一種被稱為“彈射器”的裝置來讓艦載機在短距離內(nèi)瞬間加速，以此解決航母跑道長度不足的問題。彈射器的原理其實很簡單，它就像我們玩過的彈弓，蓄力后可以在瞬間給艦載機一個強大的推力，再加上飛機發(fā)動機自身提供的動力，便可讓其在甲板上彈射起飛。

航母上的彈射器一般分為兩種：一種是蒸汽彈射，一種是電磁彈射。蒸汽彈射是一種傳統(tǒng)的艦載機彈射方式，其裝置大部分安裝在航母的飛行甲板下。航母甲板上則安裝有彈射滑軌，內(nèi)部有著可以沿槽來回移動的活塞和滑梭。飛機彈射之前，位于航母內(nèi)部的鍋爐會先產(chǎn)生高溫、高壓的蒸汽，并且通過充氣閥輸送到儲氣筒，直至儲氣筒中的壓強達到最大。此時，飛機便可滑行至彈射滑軌，前輪上的鉤子也會掛在滑梭上，然后地勤人員升起飛機后部的擋焰板，飛機的發(fā)動機推力也調(diào)至最大。最終，彈射閥打開，高溫、高壓的蒸汽會進入滑軌下的兩個氣缸，當壓強達到一定值時，便可推動滑軌內(nèi)部的活塞，帶動滑梭和艦載機瞬間彈射加速。如此一來，艦載機便可一飛沖天了。

福建艦上的“太極大師”——電磁彈射

作為我國的第三艘航母，福建艦裝備了更為先進的電磁彈射裝置。那么，電磁彈射與蒸汽彈射有什么區(qū)別呢？

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事實上，電磁彈射裝置的結(jié)構(gòu)、基本原理與蒸汽彈射裝置類似，只不過它采用電磁作用的原理讓艦載機加速起飛。我們都知道，通有電流的導體在磁場中會受到力的作用，這個力在物理學上被稱為“安培力”，它會隨著電流的增大而增大。而電磁彈射裝置，就是利用超大的瞬時電流產(chǎn)生的巨大電磁力來彈射艦載機。然而，要想推動幾十噸重的艦載機，這個電流的瞬時功率要高達上萬千瓦，這與一列“復興號”高速動車組的總功率相當。為了能產(chǎn)生并承受如此強大的電流，工程師們又專門設(shè)計了超高性能的儲能裝置。如此一來，這小小的電磁彈射裝置便如同一位“太極大師”，能在瞬間爆發(fā)出四兩撥千斤的功力，一架架艦載機也就騰空而起了。

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用于推動艦載機的安培力原理示意圖 供圖/作者

四兩撥千斤，“巧勁”是關(guān)鍵

小伙伴們可能要問：既然有了蒸汽彈射裝置，為什么還要研制新型的電磁彈射裝置呢？它到底有什么優(yōu)勢？

剛?cè)岵侵袊鴤鹘y(tǒng)武術(shù)太極拳中的哲學，電磁彈射技術(shù)也有著異曲同工之妙。先來說說蒸汽彈射的不足，蒸汽彈射就像是一個“莽夫”，力道大、出手快，但無法調(diào)節(jié)彈射的力度，一些結(jié)構(gòu)脆弱的小型飛機就有可能在它的“暴虐”下發(fā)生解體。而電磁彈射就完全不同，它可以根據(jù)艦載機的質(zhì)量和起飛條件對彈射推力進行精準調(diào)節(jié)，“可剛可柔”的它能彈射從幾噸到幾十噸的各型飛機，大大提升了作戰(zhàn)效率。此外，由于電磁彈射裝置配備了超大的儲能裝置，它的爆發(fā)力遠大于傳統(tǒng)的蒸汽彈射裝置，穩(wěn)定性、耐久性和能量轉(zhuǎn)化率也遙遙領(lǐng)先。

第三艘航母的下水，向世界證明了我們的綜合國力！而中國自主研發(fā)的先進電磁彈射技術(shù)，也將在一定程度上改變航母未來的作戰(zhàn)模式。