主题：【原创】艰难的一跃 -- 晨枫

中国造航母看来是势在必行了。造航母最难的不在于那个船体，造更大一个铁壳子中国人也有这个本事。也不在飞机，歼-10、歼-11改装上舰可以管一阵子用的了，再说飞机和造船也是两码事。也不是电子设备，没有最好的，但有够用的也可以对付一阵子了。造航母最难的是怎么把飞机弄上天去，固定翼飞机这一跃可是非同小可。

二战时期的航母飞机大多是靠自己动力滑跑起飞的，但液压弹射起飞也开始用了。那时飞机的低速性能好，总重小，这就可以起飞了。战后喷气战斗机需要的跑道越来越长，但航母的尺寸是有限的，所以英国人发明了蒸汽弹射起飞，用高压蒸汽推动活塞，活塞推动战斗机，很快达到起飞速度，飞机得以安全离舰、加速爬升，转入正常飞行。但这说说容易，做起来麻烦事一大堆，要不也不至于世界上迄今只有美国制造蒸汽弹射装置，连心高气傲的法国在造“戴高乐”号的时候也要向美国购买。

高压蒸汽注入汽缸，肯定不能一面在锅炉里烧蒸汽，一面往汽缸里灌。蒸汽弹射需要很大的爆发力，只有用高压汽包储存高压蒸汽，在使用前由锅炉向汽包里灌注，使用时打开阀门，一下子把高压蒸汽注入汽缸，产生爆发性的推力。这里有几个问题。

1、汽缸一下子不但受到高压，还同时受到高温。为了防止热膨胀造成裂纹，必须常年保持汽缸处于热状态，只有检修或者一段时间不用，才能撤热。再次使用前要按照规定的速度预热到工作温度，太慢了耗时间，太快了要造成热应力，导致损坏。

2、汽缸直径要大，才能形成足够大的推力。但大直径活塞不仅制造维修困难，还极大地增加了蒸汽负荷。

3、即使采用大直径活塞，活塞也是越推进越没有力气，加速度渐渐降了下来，极端情况下甚至可以随冲程的增加而最终开始减速。而弹射起飞需要的恰恰相反，飞机应该维持恒定的加速度，这样可以达到最大的离舰速度，而对飞机只有最低的应力。对于活塞来说，还有飞机释放后要迅速减速的问题，这增加了冲击和磨损。

4、蒸汽弹射的间隙使用使管路里可能产生冷凝水，但高压蒸汽推动下的冷凝水可能造成“水锤”现象，对管路的危害极大。轻则造成可怕的锤击声，重则造成管路爆裂。高压蒸汽系统还有很多别的恶劣性质，工业上看到高压蒸汽像看到大老虎一样，没有办法的时候只得硬着头皮上，但能避免的时候还是尽量避免。

5、航母动力有很大一部分被蒸汽需求吃掉，美国用核动力有很大一部分考虑就是蒸汽需求，而不完全是无限航程或者不挤占航空燃油的容积。

6、蒸汽弹射需要消耗大量的高纯淡水，用海水或者不纯淡水会造成严重的腐蚀和结垢问题，这也是航母用核动力的另一个原因。

7、在高寒海区使用的时候，蒸汽冷凝造成的结冰是很大的危害。汽缸、汽包和管路保持加热还好说，甲板表面就不大可能全部用蒸汽或者电除冰了。这是苏联最后放弃蒸汽弹射的一个原因。

蒸汽弹射起飞有那么多麻烦，但好处还是显然的，最大的好处是容许弹射起飞总重较大的飞机，极大地增加了飞机设计和使用上的灵活性。但如果能保持蒸汽弹射的好处，而避免那些麻烦，这岂不更好？电磁弹射就是这样一种技术。

电磁弹射不是用磁铁同性相斥那样把飞机真的弹射出去，而是用直线电动机把飞机加速，达到起飞速度后释放。直线电动机是交流电动机的一个很特别的特例，把定子一线铺开，转子不再转动，而是沿着定子随电磁场的递进移动而拉动。磁悬浮列车就是用直线电动机驱动的。直线电动机的拉力不随冲程而降低，线圈适当安排的话，甚至可以逐渐加速，这比蒸汽活塞的速度逐渐降低要有利得多。直线电动机也没有热应力和结冰的问题，或者对淡水的需求问题。直线电动机本身的技术并没有什么太了不起的，中国在研制和建造磁悬浮列车的过程中，对大功率直线电动机也深有体会。电磁弹射的难点在于超级电容。

上为普通的交流电动机，下为把定子铺开后的直线电动机

实际的直线电动机和这个样子更相像

要是喜欢琢磨怎么切割磁力线，看这个图

和蒸汽弹射不能靠现烧锅炉灌汽一样，电磁弹射需要的超大电流也不能靠发电机现发，而是需要用超级电容储存电能，然后放电。随着电动汽车的发展，超级电容有了长足的进步。上海的电动公共汽车据说就是用超级电容驱动的，说明中国在超级电容方面也有了不俗的进步。另一个充放电的方式是用飞轮储能，据说美国下一代航母的电磁弹射就是用飞轮储能的。

电磁弹射的另一个好处是可以和滑跃起飞相结合。滑跃起飞最大的问题是飞机的总重受到限制，即使像苏-33那样的高推重比的战斗机也不能满载起飞，螺旋桨的预警机之类就更难了。如果用滑跃起飞获得一部分起飞速度，用电磁弹射辅助加速，有望大大扩展可以起飞的飞机总重和种类。电磁弹射的直线电动机的定子可以沿弯曲的滑板布置，这是蒸汽弹射所不可能做到的。在电磁弹射故障或者还没有成熟到可以可靠应用的时候，也可以用滑跃起飞临时应急。在紧急防空截击的时候，也可以纯用滑跃起飞，不受充电时间的限制。防空起飞本来也不需要满载，轻载还可以增加机动性。

如果和电磁拦阻索相结合，在拦阻降落的飞机的时候，还可以发电，向超级电容或者飞轮充电，一方面节约燃料，另一方面加速充电。高强度战斗的时候，反复起降正好可以帮助缩短充电时间，一举两得。

总而言之，单纯用滑跃起飞能较快地解决中国有无航母的问题，但很快就会遇到种种限制，最后陷入技术上的尴尬。现在从头研制蒸汽弹射的话，费时费力，还不能和滑跃起飞相结合以取长补短。滑跃加电磁是比纯滑跃或者纯电磁或者纯蒸汽更加有利的技术方案，在技术难度上也不见得比蒸汽弹射大多少。电子表比机械表精确得多，但制造、使用和维修上反而简单。随着超导技术的发展，电磁弹射的前途还不可限量。至于中国航母是不是会用这样的方案，就要看他们是不是请我做总师啦。谁跟我比脸皮更厚？嘻嘻。

• 西河文萃 第21期 2009年4月1日 上
• 山远兄，本月军事版。请阅
• 西河文萃 第21期 2009年3月1日
• 准备工作应该一直都在做，最近放话出来