主题：【原创】艰难的一跃 -- 晨枫
家园 【原创】艰难的一跃 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。
外链图片需谨慎，可能会被源头改上为普通的交流电动机，下为把定子铺开后的直线电动机
外链图片需谨慎，可能会被源头改实际的直线电动机和这个样子更相像
外链图片需谨慎，可能会被源头改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。
本帖一共被 4 帖 引用 (帖内工具实现)家园 挖出一宝,物归原主 谢谢：作者意外获得【通宝】一枚
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家园 搞不好上海建的那条磁悬浮线路就是为了这个。 呵呵，那样的话，大船就可以命名为“磁悬浮二号线”了。
家园 也许总师的思路和你一致喔 晨大莫非是航妈顾问团的总师？赶快献花顶帖。以后也可向记者夸口：咱和谁谁谁曾经在一条河里洗过脚。
家园 几个月来的第一个宝啊 恭喜：你意外获得【通宝】一枚
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家园 取决于有没有搞到核心技术 要是有了老美的蒸汽弹射的技术，那航母还真有可能用。可要是全从头开始，本能的觉得滑跃加电磁可能是最有可能的。感觉上美国的航母没有用电磁很可能和当时磁悬浮的技术还在纸面上，用蒸汽是改良，用电磁是创新。那当然是用蒸汽了。后来的技术发展了，可蒸汽已成为成熟的技术。改成电磁加滑跃反而会造成不便。
家园 超级电容下岗，电池上位！ http://www.nature.com/nature/journal/v458/n7235/abs/nature07853.html
http://www.nature.com/nature/journal/v458/n7235/edsumm/e090312-05.html
High-speed batteriesBatteries are thought of as having high energy density but low power rates, while for fast-discharging supercapacitors the opposite is true. Byoungwoo Kang and Gerbrand Ceder have now developed a lithium-ion battery that challenges that assumption, discharging extremely rapidly and maintaining a power density similar to a supercapacitor, two orders of magnitude higher than a normal lithium-ion battery. This is achieved by modifying LiFePO4, a material widely used in batteries. The starting point is nanosized LiFePO4, which already gives relatively fast discharge rates, which is then coated with a similar compound that is slightly Fe,P,O-deficient. On heating, the coating forms a glassy top layer that enhances lithium-ion mobility. The performance of batteries based on this technology could lead to new applications for electrochemical energy storage.
这个磷酸铁锂就是比亚迪的电动车所用的材料，这个成果一来，对电动车可是大大的利好。至于能不能用于打大弹弓，我看也不是没有不可能。采用新技术实现跨越式发展往往比跟踪成熟技术更加有前途，晨大这个观点是对的。
本帖一共被 1 帖 引用 (帖内工具实现)家园 刚看到一个新闻,高速充电电池 高速充电手机电池问世 充满电只需10秒
电池充电或放电速度慢是因为锂离子从一个电极流向另一个电极需要一定时间。研究人员将由锂铁磷酸盐制成的传统电极表面结构加以改进，让锂离子的释放和吸入速度大大提高，是原来的100倍。利用这种新技术制成的电池原型只需10到20秒便可完成充电或放电过程。相比之下，体积相当的普通电池则需要6分钟才能完成充电。
看完了吓一跳,如果能够实用,充放电效率大增,能够部分替代"大电容"吧?
就算不能替代大电容,也能快速为 大电容 充电吧? :)
家园 这种电池充电可能就要个大电容先充好再给它充电。 否则实现不了这么快的充电。
就拿手机电池为例，现在一般是4、5百毫安时，按五百，充电效率百分之百算，10秒充足就要0.5x6x60＝180A的电流，折算到市电也得3A多，这还是小小的手机电池。
还有个问题，现在手机电池上的导电连接片，通过180A的电流10秒钟肯定烧成气了，这也得重新认计。
