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主题:【原创】估算电磁弹射所需要的功率 -- 晨枫

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  • 家园 【原创】估算电磁弹射所需要的功率

    多谢fakeone兄推荐,兵器知识2006年第8期上有一篇关于CVN21的文章,这里是摘录:

    我们可以算算电磁弹射所需要的功率。美国海军设计中的电磁弹射系统的核心是直线感应电动机,它能使舰载机3秒内在91米弹射器冲程内达到55节到200节的起飞速度,具体速度取决于实际需求和飞机重量。为简化计算,忽略舰载机发动机在弹射过程中做的功以及其它阻力,由于电磁弹射系统的最大峰均推力比为1.05,可以视为对舰载机的作用力是均衡的。若45吨的舰载机在91米冲程内达到130节(66.88米/秒),这是美国海军对电磁弹射的要求,根据高中物理就可换算出,整个过程中的加速时间为2.73秒,加速度为24.46米/秒2,对舰载机的推力为1 109.3千牛,整个过程中做功101.4兆焦,平均净输出功率为37兆瓦。由于功率等于推力与速度的乘积,推力恒定,故舰载机速度最大的时候,功率最大,为74兆瓦,如果电磁弹射系统的效率为60%,则此时电磁弹射系统的功率应为123.6兆瓦,“尼米兹”满足不了。

    对于苏-27来说,萨多什尼科夫曾轻载试飞出180公里/小时的起飞速度,折合50米/秒。假定正常起飞重量和一般水平的飞行员手里需要增加到和美国海军标准一样的66.88米/秒。还是用91米的冲程,但发动机打开加力,也就是说有250千牛的额外推力。另外正常起飞重量降低到30吨,那峰值功率下降到32.6兆瓦,平均功率16.3兆瓦,尼米兹级不加改装就可以同时承担两架的起飞,当然这是别人都不得用电的理想情况。

    再算一个苏-30的情况,满载起飞重38.8吨,算40吨。但上面一点对滑跃起飞的作用一点也没有考虑,用美国海军和萨多什尼科夫的数字折中一下,取58米/秒,那峰值功率反而下降为27兆瓦,平均功率13.5兆瓦,可见滑跃的作用大大的。

    E-2C的重量其实反而没有战斗机重,只有20吨。假定和苏-30一样的起飞速度,但扣除发动机的推力(马力折算推力怎么算?),峰值功率进一步下降为21.4兆瓦,平均功率10.7兆瓦。

    耗电还是大户,但结合了滑跃起飞后,还是属于可以承受的范围。

    关键词(Tags): #纸上谈兵#鱼翔浅底
    • 家园 直线型电磁牵引电机,最困难的不是加大功率而是怎么让它停下

      直线型电磁牵引电机,最困难的不是加大功率而是怎么让它停下来。

    • 家园 晨老大有没有想出我那个“雨伞”的问题啊?

      如果有空就简单估算一下他的能量和其他各个方面的困难。

      • 家园 你那个雨伞方案感觉技术上的难度也不小

        我看还不如这样,在飞行甲板下做一个垂直的电梯井,里面放一个大桶,比如长宽高都是10米,桶上拴一根绳子,另一端拴在要起飞的飞机上。使用时先用电机将空桶吊到最高位置固定住,然后用大功率水泵向内注入海水,飞机起飞时打开大桶的固定装置,大桶自由下落,拉动飞机向前快速运动起飞。桶里装100立方米海水就是100吨,加上桶的自重,拉动20-30吨的飞机还是很容易的,就是不知道能达到怎样的速度。中学时学的物理公式基本忘光了,所以就不算了。考虑到桶只能下落大概几十米,所以连接飞机时似乎应该在中间加一个机械传动装置,以保证拉动飞机向前运动的路程长度。大桶落下后,放空里面的海水,再次拉起重复前面的动作。考虑到大桶落下时对船体的冲击,似乎应该在落下的最后几米就打开桶底的水阀放水,起一个缓冲的作用。

        此方案还有其他好处,平时可以把大桶旁边开个门做普通电梯使用。给桶注水的水泵也可以和损管系统相连接,必要时启动抽水灭火。

        以上纯属一个非理工科人士的瞎想,欢迎理工科的河友给做个可行性分析。

        • 家园 一点小改进

          好主意,有创意!

          这个桶不要做在电梯井里,可以吊在母舰滑跃甲板的头部,这个上挑的滑跃甲板提高了大桶的高度,也就是增加了大桶的做功距离,其次,飞机起飞是向前的,这个大桶的位置在船头则传动装置相对简单,中学物理告诉我们,仅仅一个简单的动滑轮就可以改变传动比为2:1,所以距离也不是问题。

          至于大桶落下就落到海里了,你说的对船体的冲击也就不存在了,另一个好处就是落到海里,那么所谓给桶注水的水泵也可以免了。

          飞机降落时,阻拦索受的冲力也可以很方便转化为提升大桶的动力,节能啊。

          • 家园 惭愧啊惭愧

            这么久还被翻出来了,只不过是文科生胡乱说说而已,当不得真的。

    • 家园 再来弱智问题

      船体不变,就不能凭空加长钢板作为跑道吗?30吨的飞机根本用不了很高强度的钢板来支撑吧?

    • 家园 多谢晨老大!

      今天第二宝!

      恭喜:你意外获得【通宝】一枚

      鲜花已经成功送出。

      此次送花为【有效送花赞扬,涨乐善、声望】

    • 家园 E2c的起飞速度慢多了。
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