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福建號電磁彈射器公開展,足夠自信,儲能方式引關註!

2024-09-13軍情

近日,央視公開了福建號航空母艦實驗電磁彈射器的畫面。

關於中國尖端裝備的影片和圖片,過去很難被公開報道,通常只有在服役多年後才會解密,例如「殲-10戰鬥機、054型護衛艦、遼寧號航空母艦」。

如今,福建號航空母艦試驗電磁彈射器的畫面已經被公開,且以紀錄片的形式呈現。

這充分表明,中國對福建號航空母艦上安裝的電磁彈射器的效能相當滿意,並且對保密工作充滿信心。

總的來說,就是讓人自由檢視,反正無法獲取相應的技術,反而能增強威懾力,實作不戰而屈人之兵的目的!

目前全球只有中美兩國在進行電磁彈射器的研究,且均已達到可投入使用的成熟水平。其他國家要麽沒有相關專案,要麽進展極為緩慢。

中國采用的電磁彈射器基於中壓直流綜合電力,在艦艇裝配前已進行了數以萬計的試驗。

幾年前,在西北某地建造了一台蒸汽彈射器和一台電磁彈射器,旨在對這兩種器材的彈射效果進行比較。

經過嚴格篩選,最終選擇了電磁彈射器。

中國已經成功研發了兩代中壓綜合電力系統。

第一代是中壓交流綜合電力系統,缺乏儲能子系統。

第二代是中壓直流綜合電力系統,能夠套用超級電容、飛輪儲能和復合儲能等多種儲能器材。

也就是說,只有在實驗結果相對令人滿意的情況下,福建號航空母艦才得以安裝。

美國采用的是基於中壓交流電力系統的電磁彈射器,安裝在福特號航母後很長一段時間都未能具備戰鬥能力,甚至曾讓杜林普考慮拆除,更換為蒸汽彈射器。

經過多年,福特號航空母艦的電磁彈射器終於達到了可正常使用的狀態,從而賦予了該航母戰鬥能力。

中壓交流綜合電力系統在交換電方面比較便捷,但儲能卻相對復雜,因此選擇了飛輪儲能器材。畢竟,電容器具備直流與交流的特性,那麽在中壓交流綜合電力系統中,如何能夠利用超級電容進行儲能呢?

實際上,中美兩國對於新型裝備的看法就能很好地闡明這個問題:

中國在新裝備試驗結果良好且無故障的情況下,才會考慮將其入列部隊,強調成熟和穩定。

美國在先進技術的套用方面比較迅速,常常在未經充分長時間測試的情況下就開始將其裝備部隊,註重保持技術領先。

如今,國產電磁彈射器的試驗影片已被公開,這表明該器材具有相當高的穩定性和出色的效能。

由於電磁彈射器在執行過程中對電能的需求較高,因此必須配備一個功率較大的儲能裝置。

電磁彈射器的儲能裝置主要包括「飛輪儲能器和超級電容」。

目前尚無確鑿證據表明福建號航空母艦所配備的電磁彈射器采用了何種儲能技術。

不過,中國在超級電容和飛輪儲能方面進行了研究,並成功開發出了一些功率較大的產品。

在飛輪能量儲存領域

根據公開的資料,中國科研人員在開發飛輪儲能裝置時,成功攻克了高能量密度、較長脈寬和高壽命的慣性儲能技術難題。

同時還創新性地提出了將拖動機、勵磁機、旋轉整流器和主發電機進行共軸整合的方案;並且提出了將飛輪與轉子合為一體的儲能電機構想。

采用該方案的飛輪儲能裝置能夠實作數十兆瓦的脈沖功率,且在秒級時間內所消耗的電能可達數十乃至近百兆焦。

此外,有數據顯示早在2010年國內已經研制出一種功率達到50兆瓦、能量釋放高達120兆焦的飛輪儲能原型機。

接著,為了提升儲能密度,進一步提高了轉子的轉速,並且開展了對高功率復合材料飛輪儲能模組的研究。

經過十多年的發展,中國的飛輪儲能器材的功率一定遠超50兆瓦,能量釋放也絕不僅限於120兆焦。

因此,在福建號航空母艦建造之前,中國已經具備了功率達到50兆瓦、能量釋放高達120兆焦耳的飛輪儲能裝置。

中國在2022年才首次具備了自主知識產權的兆瓦級飛輪儲能器材,當然,這僅限於民用儲電裝置。

民用器材上存在知識產權的壁壘,而在軍用器材方面則完全沒有。考慮到國內早在2010年就研發出了50兆瓦/120兆焦的飛輪儲能樣機,那麽經歷了十多年後,技術必定已經相當成熟。

僅需50兆瓦/120兆焦的飛輪儲能系統,便能滿足電磁彈射器的需求。

在超級電容領域

根據2014年的一項報道,中航工業航材院透過團隊的共同努力,成功克服了石墨烯膜的四個主要挑戰。

主要包括:「反應源氣體與載氣的分壓比、CVD反應室內溫度的一致性、轉移介質與載體的匹配程度,以及目標物與石墨烯膜之間的相容性。」

在克服這四個主要難題後,我們顯著提升了石墨烯膜的完整性、純度和產品效能。

能夠實作對石墨烯膜的層數進行單層、多層或混合層結構的調控,從而實作大尺寸和高質素石墨烯膜的批次生產。

石墨烯膜是用於制造超級電容器的材料。在同一年,國內一些企業生產出了密度為1465200焦耳/千克,也就是1.46兆焦/千克,大約相當於0.3千瓦/千克。

當然,這款超級電容的能量密度極低,遠不足以滿足彈射器所需的能量釋放需求。更重要的是,這是在2014年時,由民營企業開發的技術。因此,軍用產品的能量密度究竟能夠達到怎樣的水平就不太好判斷了。

在2015年,中國成功研發了3伏/12000法拉和2.8伏/30000法拉的超級電容,主要套用於動車組。

2016年,中國成功研發出靜電容量為3224.1F、內阻僅為0.256mΩ的超級電容極片,標誌著達到國際先進標準。

超級電容的極片是其關鍵組成部份,因此在這一領域,國內並沒有特別難以解決的技術挑戰。

唯一的方法就是逐步提升超級電容的能量密度,使其達到較高水平。

在2018年,中國首次成功制備出純度達到99.9%,面密度為144克/平方米,強度範圍可調在0.3兆帕至1.5兆帕的全鋁泡沫集流體。

該集流體用於制造石墨烯-離子液體-鋁基泡沫的超級電容器。

同時,這是國際上首次開發出體積能量密度達到23瓦時/升的雙電層超級電容器,以及體積能量密度為16瓦時/升的雙電層超級電容器。

國內超級電容的發展情況鮮有報道,尤其是軍用型號方面的資訊更為稀缺。

關於福建號航空母艦使用的儲能器材,目前尚無確鑿證據。

綜上所述,儲能器材主要有這兩種。從理論角度來看,超級電容更適合於中壓直流綜合電力系統;然而,目前披露的資訊有限,相比之下,飛輪儲能裝置則有更加確鑿的證據支持。

不論怎樣,只需了解福建號航母的電磁彈射器效能相對穩定即可。至於采用哪種儲能方式,就不那麽重要了。#深度好文計劃#