
9月22日,中国海军的第三艘航母“福建舰”弹射战斗机、预警机起飞的画面,在全网热传。
歼35战机、歼15T战机、空警600预警机,都在“福建舰”的电磁弹射器牵引下呼啸弹射。
这些飞机,都起码有30吨重量,足见电磁弹射器的力量之大。
“福建舰”还没正式公开时,外界就传闻中国下一艘航母要上电磁弹射。从那时到现在,一直只有地面弹射训练公开,舰上弹射的画面是第一次出现。
犹记得10多年前,在“辽宁舰”刚刚服役的时候,外军猜测:中国起码得花10年,才能玩儿懂滑跃弹射。
然后再花10年研究蒸汽弹射,20年后才摸到电磁弹射。
没想到中国海军10年走完30年的路,“福建舰”全球首次电弹5代机,可把美国海军的脸打肿。
因为全世界最贵的军舰,美国的新一代(已经不新)核动力航母,10万吨的“福特级”,也弹不了F35C。
该航母首舰“福特号”在90年代末开工,造了20年,花了150亿美金,装备最先进的“电磁弹射系统”。
但美国的这款“电弹”有不少问题,故障率远超设计标准,推力不足,难以形成战斗力。
特朗普上台后,几次放话打算“退回蒸汽弹射”,在美国海军内部议论纷纷。中国海军的电磁弹射成功服役,让美国如坐针毡。
目前世界上,航母的滑跃、蒸汽、电磁三种起飞方式兼有,那么这三种方式孰优孰劣?
蒸汽弹射为什么要被淘汰,电磁弹射又有什么优势?福特级航母真的会退回蒸汽吗?
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【一】航母诞生,弹射器伴随始终
谁是世界上玩儿航母最早的海军?
英国皇家海军,和旧日本海军都说自己是第一。
客观来说,最早的航母的确出现在英国,“暴怒号”巡洋舰改造的航母,是人类第一艘航母。
但日本的“凤翔号”也有话说,它是第一艘真正的航母,而不是巡洋舰改造的。
当时的航母并不复杂,就是大型军舰上面铺长甲板,双翼飞机自身非常轻,能在甲板上完成起飞。
当年各国也在研究“弹射器”,但并不是在航母上用,而是在巡洋舰和战列舰使用。
早期弹射器,真的是“弹射器”。
最早的弹射系统由滑轮组和重物连接,类似于大弹弓。这套东西的确能把飞机丢出去,但安全性差,占地空间大,鲜有实装案例。
紧随其后,就是喷射型弹射器。
它以滑轨和喷射小车组成,早期用压缩空气灌,后期是火箭。
这玩意的原理更简单,你可以理解为“飞机下面绑着窜天猴”。
起飞的时候,窜天猴喷射出去,带着飞机加速。
这套系统在1920年代出现,各大国的军舰上都有,没什么神秘的。后来各国还有飞轮弹射、液压弹射等形式,并没大规模应用。
因为后来航母越来越多、越来越大了,舰载飞机大部分时候可以直接编队起飞。
二战时期,只有少数舰载轰炸机、鱼雷机需要弹射器。美国这方面做得最好,60%的大型航母有弹射器,所以在海战里占尽先机。
冷战初期,航母弹射器基本都用“开槽气缸式”设计,也就是一条管状的长气缸,上面是一条长沟槽。
发射时,一头输入高压气体推动活塞快速移动,就能发射物体。
这方面的先驱还是美国和英国——二战后也只有他们拥有大量航母,有研发的动机。
另外,滑跃起飞的方式也被广泛使用,它比起弹射器更加简单,成本更低,维护压力小。
但滑跃起飞需要飞机重量尽量轻,导致舰载机无法满油、满弹,稍大型的飞机如预警机更是无法起飞。
加上它起飞耗时更长,对舰载机编队的效率有很大影响。
所以有能力搞中型或大型航母的,都希望搞弹射,只是很多国家不具备这个技术。
一开始,美国的弹射器用火药气体当动力,英国用蒸汽。后来美国也使用蒸汽,此举可以直接使用舰艇锅炉的能量,缺点是能量利用率一般,且消耗淡水。
但在冷战里,美国尝试了其他弹射方式,最后发现蒸汽最稳定,于是所有航母都使用了蒸汽弹射。
【二】蒸汽弹射器:美国海军的舒适圈
放一部早年的美国军事电影,凡是有航母起飞的画面,肯定是“烟雾缭绕”。
这不是导演为了气势而增加的特效,是蒸汽弹射启动时释放的蒸汽。
这股蒸汽来自美国“C系列”蒸汽弹射机,其最早的原型是英国的“BSX蒸汽弹射器”,美国引进改造,一直用到现在。
其他国家的航母,只要是平直甲板,也使用蒸汽弹射,例如法国的“戴高乐号”。
美国在冷战中抛弃滑跃,所有航母都是清一色蒸汽弹射器。通过几十年的改进,这一套系统达到了耗能、稳定、成本的最佳平衡,美国海军其实挺满意。
但这套东西,再怎么说也是20世纪早期的技术,纯机械化。它有一串缺点,首先就是影响航母动力。
“尼米兹级”航母装了4条弹射器,4个高压储气罐,2条弹射器一组。
高压蒸汽都是核反应堆烧出来的,预热时间长达半天以上,4个储气罐装满,要消耗锅炉四分之一以上蒸汽。
这些高压蒸汽理论上能弹射大约30-35次,最短耗时15分钟左右,完全能撑起一次海战。
但消耗这些蒸汽,航母的速度会从30节掉到20节左右。如果再增加弹射强度,航母的速度会掉到20节以下,严重影响舰队的机动。
美国航母舰队平时慢悠悠飘在大洋上,这种影响微乎其微。
但如果是在冲突海域,这种龟速,就是鱼雷和导弹的活靶子。
所以,理论只是理论,“尼米兹级”的弹射速度远比理论上慢:前半小时弹射15-18架左右,随后每5-8分钟才能弹射1架,因为气罐要缓慢补充蒸汽。
还有人提到蒸汽弹射浪费淡水的问题,其实这有点牵强。
巨大的航母,使用淡水不是问题。
美国航母都有海水淡化系统,“尼米兹级”每天能淡化1000多吨海水,这点浪费不足为道。
蒸汽弹射另一个问题,是系统复杂、重量大、保养麻烦。
这套系统有复杂的管道,从船底的锅炉连接到甲板。还有巨大的储气罐、滑轨、活塞和背后一整套机械控制系统。
因为是高压动力,从锅炉到管道都要很高的气密性,滑轨则需要润滑,磨损也很大。
高温、高压蒸汽,加上海洋高盐环境,导致系统零件老化快,维护保养的精度要求高,时间长。
所以美国的航母每次进港口保养,三分之一的时间和成本,都在养护弹射系统。
该系统最后的问题,是力度调节不灵活。
蒸汽弹射系统的高压喷射过快,衰减也快,几乎就是把飞机“一脚踹出去”。它对飞机结构的伤害较大,对较轻的飞机尤甚,所以弹射无人机成了大问题。
美国早在20世纪末就研究电磁弹射,原理很简单:用电磁轨道加速金属滑块,完成弹射。
技术的关键难点聚焦于储能设备,怎么才能把电能瞬时爆发出来。
因为弹射是短时间、高能量的工作,不可能临时发电,那样能量不够。
电能要像高压蒸汽那样储存起来,在使用时短促放电,这个技术比较难。
美军最后使用成熟的“飞轮储能系统”,即先用电机高速转动飞轮,把电能储存为动能。在使用时再用飞轮的动能带动电机,完成放电。
“福特级”的电磁弹射系统,就装了12组飞轮,重达几百吨。
这个系统设计时,能在几十分钟内给所有飞轮储能,然后12组分别放电,最高弹射30吨左右的飞机。
可装到航母上之后,该系统的性能、可靠性都出现问题。
简单来说,就是力量不够大,故障率太高,难以达到理想状态。
【三】“福特级”很郁闷,“福建号”后来居上
对于“福特级”第一艘“福特号”的电弹故障率,网上说法很多,比如什么20次弹射就有故障的。
这有点太夸张。
如果20次就出现故障,这玩意不可能走出试验室,费劲装在航母上。
其实“福特号”的弹射系统,早期平均无故障次数在200次以上,现在能维持在400次以上。
那么设计指标是多少呢?
答案是3000多次。现在的故障率几乎是设计指标的10倍。
更要命的其实不是故障,是弹射的力度。目前很多资料证明,因为飞轮系统的限制,“福特号”的电磁弹射力度在25吨上下。
这个力度,弹射“大黄蜂”差不多,不满油的“超级大黄蜂”也可以,但30多吨的F35C绝对弹不起来。
F35C才是美国下一代航母的核心战力,弹不动这款飞机,证明这个电弹系统是绣花枕头。
至于飞轮系统一损俱损,一个维修、全线瘫痪,也不是新闻。2020年,“福特号”的4条弹射器集体趴窝,成为世界笑谈。
也难怪特朗普会讲话,说“我们喜欢蒸汽,它很可靠”。
在这个节骨眼上,中国海军一直传来电磁弹射完全成熟的消息,已经进行了几千次地面弹射试验。
中国的电磁弹射技术,最早在2014年左右开始被网络讨论。当年讨论的,还是蒸汽、电磁哪个更好,哪个更适合中国。
最后中国海军决定越过蒸汽,直接使用电磁弹射,因为我国的船舶电力系统取得了突破进展。
海军工程学院马伟明院士,带领学生发明的“十二相整流发电机”“交直流双绕组发电机”,解决了新型军舰电力难题。
“中压直流系统”用在驱逐舰、航母、潜艇上后,非核动力船舶也能有优秀电力系统。
至于电磁弹射,储能难题也被马伟明团队解决。中国“福建舰”很可能用的是“超级电容”,即直接储存电力,不用飞轮来转化,能量损失很小。
当然,目前还是猜测,因为海军并未向外公布电磁弹射的资料。
电容比起飞轮,体积小、重量轻,且稳定性更好。该技术是纯粹的“代级”领先,建立在科技突破之上,是实打实的科研能力结晶。
“福建舰”在2025年9月22日公布弹射三型飞机的画面,最重的歼15T有33吨,足见我国电磁弹射技术强于美国。
现在来看中美电弹,“福特级”的电弹系统很难根本上转变,因为设计思路,技术储备有短板。要是大改,就得推翻一切,重头再来。
既然如此,的确就像特朗普所说的,还不如换回蒸汽弹射。
如果是冷战时期的美国,其实另起炉灶,搞一套新的电磁弹射是有可能的。
但现在的美国面临诸多问题,军费虽然多,但常常用不到地方。国内的制造业萧条,技术储备不足,有需求拿不出设计,有设计也难以实现。
而且美国海军在海上独孤求败几十年,早已掉入一个舒适区,从上到下都跳不出来。
这点从“肥电”F35身上就能看出。
一台单发的,笨重的多用途战机,现在俨然是美国海军未来唯一主力。
“肥电”设计看似复杂多样,其实处处是妥协,根源思维就两个字:省钱。
目前整个外网都在谈论中国航母弹射5代机的新闻,美国的军事博主谈起此事,大都吐槽美国航母起个大早,赶个晚集。
至于未来中国第一艘核动力航母,会给我们带来什么惊喜,让我们拭目以待。
参考资料:
1.《微观航母之弹射器发展史》希弦
2.《美国福特号航母作战能力解析》薛惠,邓大松
3.《马伟明:世界电气领域的“中国骄傲”》吴浪