讲武谈兵｜蒸汽弹射遇“突然的幸福”，美新航母将“开倒车”？
快速阅读: 据参考消息网10月29日报道,美国总统特朗普28日在日本中部横须贺海军基地的“乔治·华盛顿”号航空母舰上向数千名美军官兵发表讲话时,吐槽美航母电磁弹射又贵又难用,并称将叫停所有电磁弹射项目,重回蒸汽时代。
据报道,特朗普称将签署一项行政命令,要求在“福特”级尚未开工的后续航母上换回原先的蒸汽弹射器。
“福特”号航母的电磁弹射器可靠性迟迟未达到美国海军的要求。
航母弹射器的那些事儿 从历史发展来看,舰用飞机弹射器的诞生事实上要早于航母。在航母问世之前,弹射器就随着水上飞机装备到早期战列舰以及重型巡洋舰上,这些战舰就利用各种弹射器实现水上飞机的短距起飞升空。这一时期所使用的弹射器类型可谓是五花八门,包括落重式、飞轮式、火箭助推式、液压式和气压式等多种类型。后来随着航母的出现,这些弹射器也开始移植到这一新生的舰种上。
在早期服役的航母上,如战斗机等起飞全重较小的机型完全可以凭借自身的动力,从平甲板上起飞。如果是某些起飞全重较大的机型,比如挂载航空鱼雷的鱼雷轰炸机,则必须依靠弹射器的助力,才能够从较短的甲板上起飞。所以,当时各国海军装备的不少早期航母,比如美国海军“兰利”号、英国皇家海军“凯旋”号和“勇气”号航母等都装备了压缩空气气压弹射器。此外,美国海军“萨拉托加”和“列克星敦”号则装备了比压缩空气气压弹射器更复杂的飞轮式弹射器,“企业”号、“约克城”和“黄蜂”号航母则装备液压式弹射器。
不过,这些弹射器都有着各种各样的不足和缺陷,最大的问题就在于弹射能力不足。比如“企业”号装备的液压式弹射器最大输出功率只有5兆瓦,弹射二战时期的各类螺旋桨舰载机还是没有问题的。但是,到了二战结束后的冷战时期,随着美国海军航母舰载作战飞机开始进入到喷气时代,其起飞全重越来越大、起飞速度越来越快,进而所需的弹射器牵引功率也要求越来越高,而液压式弹射器已经完全不能胜任。在这种情况下,蒸汽弹射器便应运而生。
巡洋舰上搭载的水上飞机,采用弹射起飞方式。
上世纪四五十年代,英国皇家海军相继研发成功了蒸汽弹射器、光学助降系统以及斜角甲板,这些被称为奠定现代航母发展的三大发明。当然,随着战后英国皇家海军的不断衰落,这三大发明在美国海军中才真正发挥出应有的作用,其中,蒸汽弹射器堪称是革命性的发明。
之前各国采用的各类弹射器都依赖其自身的动力来源,导致输出功率小,操作复杂。而蒸汽弹射器直接从航母自身所装备的蒸汽轮机通过管路引来高温高压水蒸气,将其储存在气罐内。使用时,开启气罐连接开槽式气缸的管路阀门,高温高压水蒸气进入气缸,推动活塞向前加速直线运动。而活塞上方连接有牵引器,牵引器在直线的弹射槽内运动,通过牵引钢缆(早期)或者直接拉动舰载机的前起落架,赋予飞机一个非常大的拉力以及加速度,使其在最短100多米的滑跑距离内就可以达到起飞速度。
国内军事爱好者们对于美国海军航母进行弹射起飞作业时那白色水蒸气弥漫、仿佛如在云中梦幻般的场景应该很熟悉,美国著名征兵电影《壮志凌云》的片头就给笔者留下了很深的印象,再配上那段经典的BGM,成了多少军迷朋友儿时向往的梦。特朗普在“华盛顿”号航母上的演讲也提到了这一点,他表示非常喜欢蒸汽弹射时甲板上的“美丽景象”。
不过,随着时代的发展和技术的进步,航母弹射器终究还是从充满“朋克”风格的蒸汽时代进入到了电气化的电磁时代。
弹射起飞作业时白色水蒸气弥漫的场景是“尼米兹”级航母上常见的画面。
电磁弹射器VS蒸汽弹射器 虽然如今我们都看到了电磁弹射器正在取代蒸汽弹射器的趋势,但事实上更鲜为人知的是,电磁弹射器的诞生却早于蒸汽弹射器。早在1945年,美国的西屋公司就试制出一款电磁弹射器的原理样机。在陆上测试中,这台电磁弹射器可以在160米的弹射距离内,将一架5吨重的飞机从静止加速到185公里/小时,所需时间仅为4.2秒。不过,受限于当时的技术水平,西屋公司的电磁弹射器也仅止步于原理样机阶段。美国当时还尝试研发超大型飞轮储能弹射器,最终也放弃了。
在英国皇家海军于1950年首先在“英仙座”号航母上加装试验型的蒸汽弹射器,取得测试成功后,美国海军便通过与英方合作,迅速掌握了蒸汽弹射器技术。此后,美国从20世纪50年代至90年代相继研制成功了C-7、C-11/ C-11-1、C-13、C-13-1、C-13-2等一系列蒸汽弹射器。其中,C-13型蒸汽弹射器还专门发展了一款缩短版本,即C-13-3,出口给法国海军,装备于“戴高乐”号核动力航母。
20世纪90年代,随着相关技术的逐步成熟,美国海军再度提出研发电磁弹射器。因为与蒸汽弹射器相比,电磁弹射器确实在很多方面有更多优势。首先,电磁弹射器输出功率更大。“福特”号航母装备的EMALS电磁弹射器最大弹射能量可达122兆焦,而“里根”号航母装备的C-13-2型蒸汽弹射器只有95兆焦。所以,“福特”号航母最大可以弹射起飞重量达45吨的重型舰载机,而“尼米兹”级航母的弹射上限就为35吨。
此外,电磁弹射器弹射重量的范围更大,达到了0.2吨~45吨,这使得其能够弹射几乎所有级别的大中型无人机,为无人舰载机的上舰提供了可能性,而C-13-2型蒸汽弹射器的弹射范围仅为20~35吨。所以,之前美国海军测试很长时间的X-47B舰载隐身无人机之所以最终放弃,很大程度上就因为该机的最大起飞重量几乎卡在了C-13-2型蒸汽弹射器的弹射下限。如果换成装备EMALS电磁弹射器的“福特”号航母,则完全不存在这个问题。
电磁弹射器的其他优点还包括:弹射更平稳、加速度变化更小、可靠性更高、所需人员更少、体积和重量更小、适装性更好、运行和维护成本更低等等。此外,还有两个外界很少关注的点:一是节省淡水。航母储存的淡水是有限的,主要通过港口、补给船补给或者舰上海水淡化,而蒸汽弹射器每次弹射都要消耗超过600公斤的淡水,如果频繁弹射起飞,则每天的消耗淡水量可能要达到十余吨。换装电磁弹射器后,这些宝贵的淡水就可以节省下来,更有利于长期作战。另一个就是电磁弹射器每次弹射完毕后,通过电流反向,牵引器可以迅速减速并自动返回弹射起点,而不是像蒸汽弹射器那样撞击轨道终端,再由人力拉回,大大提高了弹射效率、减少设备损耗。
当然,任何事物都有正反两面,电磁弹射器也不例外。由于是一项全新且更加复杂的技术装备,电磁弹射器在设计上以及安装、使用都带来了很多挑战。比如,电磁弹射器需要从母舰输入巨大的电能并进行储备,在弹射的最短时间内释放,这对于储能技术以及大功率电力调节技术都提出了非常高的要求。
此外,不同类型的电磁弹射器也有其固有的缺陷。比如,永磁同步型弹射器存在成本高、装配困难、磁场屏蔽难等缺陷,而直线感应型弹射器存在初级电流大、功率因数低等不足。而且,从造价来看,电磁弹射器也要远高于蒸汽弹射器。这也是美国总统特朗普抱怨4台电磁弹射器总价高达9.93亿美元的原因之一,而同样4台C-13-2型蒸汽弹射器的总价只要约6000万美元。
蒸汽弹射是否真的能重回美国新一代航母有待进一步观察。
美航母换蒸汽弹射的可能性有多大? 按照目前美国总统特朗普的说法,准备在后续的“福特”级航母上用蒸汽弹射器代替电磁弹射器。但是,从当前的情况来看,这一想法恐怕难以实现。
首先,“福特”级航母的4号舰CVN-81“多里斯·米勒”号已经于2021年开工,如果现在更改设计,则工期显然要大幅拖延。所以,即便是美国总统特朗普马上签署命令并下达执行,也只能在“福特”级航母之后的5号舰CVN-82“比尔·克林顿”号以及6号舰CVN-83“乔治·W·布什”号上才能更改弹射器。考虑到特朗普此次四年任期后也许无法再连任,也许他下台后这一命令就会被继任总统否决。
再者,C-13-2型蒸汽弹射器早已经随着最后一艘“尼米兹”级航母下水而停产,目前纽波特纽斯船厂仅有大修能力,基本上没有重新生产的能力。即便美国总统特朗普有意重新生产C-13-2型蒸汽弹射器,不仅重建生产线成本高昂,也会因为相关技术的多年荒废而无人敢接手。因此,无论目前“福特”级航母的EMALS电磁弹射器存在哪些问题,美国海军大概率只能硬着头皮走下去了。
据参考消息网10月29日报道,美国总统特朗普28日在日本中部横须贺海军基地的“乔治·华盛顿”号航空母舰上向数千名美军官兵发表讲话时,吐槽美航母电磁弹射又贵又难用,并称将叫停所有电磁弹射项目,重回蒸汽时代。
据报道,特朗普称将签署一项行政命令,要求在“福特”级尚未开工的后续航母上换回原先的蒸汽弹射器。
“福特”号航母的电磁弹射器可靠性迟迟未达到美国海军的要求。
航母弹射器的那些事儿 从历史发展来看,舰用飞机弹射器的诞生事实上要早于航母。在航母问世之前,弹射器就随着水上飞机装备到早期战列舰以及重型巡洋舰上,这些战舰就利用各种弹射器实现水上飞机的短距起飞升空。这一时期所使用的弹射器类型可谓是五花八门,包括落重式、飞轮式、火箭助推式、液压式和气压式等多种类型。后来随着航母的出现,这些弹射器也开始移植到这一新生的舰种上。
在早期服役的航母上,如战斗机等起飞全重较小的机型完全可以凭借自身的动力,从平甲板上起飞。如果是某些起飞全重较大的机型,比如挂载航空鱼雷的鱼雷轰炸机,则必须依靠弹射器的助力,才能够从较短的甲板上起飞。所以,当时各国海军装备的不少早期航母,比如美国海军“兰利”号、英国皇家海军“凯旋”号和“勇气”号航母等都装备了压缩空气气压弹射器。此外,美国海军“萨拉托加”和“列克星敦”号则装备了比压缩空气气压弹射器更复杂的飞轮式弹射器,“企业”号、“约克城”和“黄蜂”号航母则装备液压式弹射器。
不过,这些弹射器都有着各种各样的不足和缺陷,最大的问题就在于弹射能力不足。比如“企业”号装备的液压式弹射器最大输出功率只有5兆瓦,弹射二战时期的各类螺旋桨舰载机还是没有问题的。但是,到了二战结束后的冷战时期,随着美国海军航母舰载作战飞机开始进入到喷气时代,其起飞全重越来越大、起飞速度越来越快,进而所需的弹射器牵引功率也要求越来越高,而液压式弹射器已经完全不能胜任。在这种情况下,蒸汽弹射器便应运而生。
巡洋舰上搭载的水上飞机,采用弹射起飞方式。
上世纪四五十年代,英国皇家海军相继研发成功了蒸汽弹射器、光学助降系统以及斜角甲板,这些被称为奠定现代航母发展的三大发明。当然,随着战后英国皇家海军的不断衰落,这三大发明在美国海军中才真正发挥出应有的作用,其中,蒸汽弹射器堪称是革命性的发明。
之前各国采用的各类弹射器都依赖其自身的动力来源,导致输出功率小,操作复杂。而蒸汽弹射器直接从航母自身所装备的蒸汽轮机通过管路引来高温高压水蒸气,将其储存在气罐内。使用时,开启气罐连接开槽式气缸的管路阀门,高温高压水蒸气进入气缸,推动活塞向前加速直线运动。而活塞上方连接有牵引器,牵引器在直线的弹射槽内运动,通过牵引钢缆(早期)或者直接拉动舰载机的前起落架,赋予飞机一个非常大的拉力以及加速度,使其在最短100多米的滑跑距离内就可以达到起飞速度。
国内军事爱好者们对于美国海军航母进行弹射起飞作业时那白色水蒸气弥漫、仿佛如在云中梦幻般的场景应该很熟悉,美国著名征兵电影《壮志凌云》的片头就给笔者留下了很深的印象,再配上那段经典的BGM,成了多少军迷朋友儿时向往的梦。特朗普在“华盛顿”号航母上的演讲也提到了这一点,他表示非常喜欢蒸汽弹射时甲板上的“美丽景象”。
不过,随着时代的发展和技术的进步,航母弹射器终究还是从充满“朋克”风格的蒸汽时代进入到了电气化的电磁时代。
弹射起飞作业时白色水蒸气弥漫的场景是“尼米兹”级航母上常见的画面。
电磁弹射器VS蒸汽弹射器 虽然如今我们都看到了电磁弹射器正在取代蒸汽弹射器的趋势,但事实上更鲜为人知的是,电磁弹射器的诞生却早于蒸汽弹射器。早在1945年,美国的西屋公司就试制出一款电磁弹射器的原理样机。在陆上测试中,这台电磁弹射器可以在160米的弹射距离内,将一架5吨重的飞机从静止加速到185公里/小时,所需时间仅为4.2秒。不过,受限于当时的技术水平,西屋公司的电磁弹射器也仅止步于原理样机阶段。美国当时还尝试研发超大型飞轮储能弹射器,最终也放弃了。
在英国皇家海军于1950年首先在“英仙座”号航母上加装试验型的蒸汽弹射器,取得测试成功后,美国海军便通过与英方合作,迅速掌握了蒸汽弹射器技术。此后,美国从20世纪50年代至90年代相继研制成功了C-7、C-11/ C-11-1、C-13、C-13-1、C-13-2等一系列蒸汽弹射器。其中,C-13型蒸汽弹射器还专门发展了一款缩短版本,即C-13-3,出口给法国海军,装备于“戴高乐”号核动力航母。
20世纪90年代,随着相关技术的逐步成熟,美国海军再度提出研发电磁弹射器。因为与蒸汽弹射器相比,电磁弹射器确实在很多方面有更多优势。首先,电磁弹射器输出功率更大。“福特”号航母装备的EMALS电磁弹射器最大弹射能量可达122兆焦,而“里根”号航母装备的C-13-2型蒸汽弹射器只有95兆焦。所以,“福特”号航母最大可以弹射起飞重量达45吨的重型舰载机,而“尼米兹”级航母的弹射上限就为35吨。
此外,电磁弹射器弹射重量的范围更大,达到了0.2吨~45吨,这使得其能够弹射几乎所有级别的大中型无人机,为无人舰载机的上舰提供了可能性,而C-13-2型蒸汽弹射器的弹射范围仅为20~35吨。所以,之前美国海军测试很长时间的X-47B舰载隐身无人机之所以最终放弃,很大程度上就因为该机的最大起飞重量几乎卡在了C-13-2型蒸汽弹射器的弹射下限。如果换成装备EMALS电磁弹射器的“福特”号航母,则完全不存在这个问题。
电磁弹射器的其他优点还包括:弹射更平稳、加速度变化更小、可靠性更高、所需人员更少、体积和重量更小、适装性更好、运行和维护成本更低等等。此外,还有两个外界很少关注的点:一是节省淡水。航母储存的淡水是有限的,主要通过港口、补给船补给或者舰上海水淡化,而蒸汽弹射器每次弹射都要消耗超过600公斤的淡水,如果频繁弹射起飞,则每天的消耗淡水量可能要达到十余吨。换装电磁弹射器后,这些宝贵的淡水就可以节省下来,更有利于长期作战。另一个就是电磁弹射器每次弹射完毕后,通过电流反向,牵引器可以迅速减速并自动返回弹射起点,而不是像蒸汽弹射器那样撞击轨道终端,再由人力拉回,大大提高了弹射效率、减少设备损耗。
当然,任何事物都有正反两面,电磁弹射器也不例外。由于是一项全新且更加复杂的技术装备,电磁弹射器在设计上以及安装、使用都带来了很多挑战。比如,电磁弹射器需要从母舰输入巨大的电能并进行储备,在弹射的最短时间内释放,这对于储能技术以及大功率电力调节技术都提出了非常高的要求。
此外,不同类型的电磁弹射器也有其固有的缺陷。比如,永磁同步型弹射器存在成本高、装配困难、磁场屏蔽难等缺陷,而直线感应型弹射器存在初级电流大、功率因数低等不足。而且,从造价来看,电磁弹射器也要远高于蒸汽弹射器。这也是美国总统特朗普抱怨4台电磁弹射器总价高达9.93亿美元的原因之一,而同样4台C-13-2型蒸汽弹射器的总价只要约6000万美元。
蒸汽弹射是否真的能重回美国新一代航母有待进一步观察。
美航母换蒸汽弹射的可能性有多大? 按照目前美国总统特朗普的说法,准备在后续的“福特”级航母上用蒸汽弹射器代替电磁弹射器。但是,从当前的情况来看,这一想法恐怕难以实现。
首先,“福特”级航母的4号舰CVN-81“多里斯·米勒”号已经于2021年开工,如果现在更改设计,则工期显然要大幅拖延。所以,即便是美国总统特朗普马上签署命令并下达执行,也只能在“福特”级航母之后的5号舰CVN-82“比尔·克林顿”号以及6号舰CVN-83“乔治·W·布什”号上才能更改弹射器。考虑到特朗普此次四年任期后也许无法再连任,也许他下台后这一命令就会被继任总统否决。
再者,C-13-2型蒸汽弹射器早已经随着最后一艘“尼米兹”级航母下水而停产,目前纽波特纽斯船厂仅有大修能力,基本上没有重新生产的能力。即便美国总统特朗普有意重新生产C-13-2型蒸汽弹射器,不仅重建生产线成本高昂,也会因为相关技术的多年荒废而无人敢接手。因此,无论目前“福特”级航母的EMALS电磁弹射器存在哪些问题,美国海军大概率只能硬着头皮走下去了。
(以上内容均由Ai生成)
