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據(jù)新華社報道，2025 年 11 月 5 日福建艦入列，作為全球首艘采用常規(guī)動力電磁彈射技術(shù)的航空母艦，福建艦的技術(shù)突破標(biāo)志著中國航母躋身世界前列。那么電磁彈射到底是什么，與蒸汽彈射相比，又有什么不同呢？今天我們就來說一說。

殲-15T艦載戰(zhàn)斗機在福建艦上電磁彈射起飛，起飛助理做出放飛手勢（資料照片）

新華社發(fā)（李唐 攝）

電磁彈射和電磁炮竟是“親戚”？

其實電磁彈射，某種程度上說，有一點像另一種形式的“電磁炮”，都采用直線電機，只不過前者用來彈射飛機，后者用來發(fā)射彈丸。

電磁炮發(fā)射的彈丸一般幾克到幾百克，最大也不過上千克，根據(jù)目前的實驗，其彈丸最快速度可達每秒數(shù)千米。而電磁彈射器的速度就要低得多，每秒幾十米到幾百米就可以滿足要求，應(yīng)用范圍是大載荷的短程加速，典型應(yīng)用就是對航空母艦上艦載機的彈射起飛。而火箭電磁發(fā)射裝置也與航母電磁彈射器原理接近，同樣具備加速平穩(wěn)、沖擊力小等一系列優(yōu)點，未來的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑹謱拸V。

航母上的電磁彈射器主要由儲能系統(tǒng)、彈射直線電機、電力電子變換系統(tǒng)和控制系統(tǒng)四部分組成，其中彈射直線電機是核心，通過控制輸往彈射直線電機的電流大小，產(chǎn)生相應(yīng)的推力，將艦載機在短距離內(nèi)加速至起飛速度。電磁炮所發(fā)射的彈丸通常都是在發(fā)射管內(nèi)，而電磁彈射器彈射的飛機則是“騎”在驅(qū)動器上彈射的。

飛機為什么要用彈射器起飛？

世界上最早的彈射器是由美國西奧多·埃利森海軍上尉于 1911 年研制成功的。這種彈射器由三條繩索和一塊砝碼組成，但由于設(shè)計太過原始，幾乎沒起到什么作用。后來，埃利森又研制成功了壓縮空氣式彈射器，于 1912 年 11 月 12 日進行了人類史上第一次彈射起飛。

不過，它的發(fā)明并沒有引起多少關(guān)注。因為那時候的飛機重量很輕，速度也低，不需要彈射也可從飛行甲板上起飛。這種較輕較慢的艦載機對航母的要求也不高，就算在貨船上鋪上木質(zhì)跑道也能飛，這也是以前為什么航母建造速度很快的原因。

后來隨著噴氣式戰(zhàn)斗機的出現(xiàn)，飛機變得更重了，就需要更長的助跑距離才能達到起飛速度。彈射器才變得日漸重要起來。而第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時，航空母艦上所裝備的彈射器都是液壓的，彈射能量極小，根本無法滿足噴氣式飛機的需求，可航母的長度都是有限的，就限制了跑道的長度。

為達到縮短起飛距離的要求，這時候就出現(xiàn)了滑躍甲板的設(shè)計理念，讓航母的甲板盡頭翹起來一塊，利用這樣的一個坡度給飛機提供一個向上的升力，像遼寧艦、山東艦和印度的兩艘，還有英國的兩艘都是這樣，這些航母都源自于第二次世界大戰(zhàn)期間英國皇家海軍的設(shè)計。旨在通過傾斜起飛平臺幫助重型艦載機在短距離內(nèi)獲得升力，同時具有結(jié)構(gòu)簡單，容易維護、成本低廉等優(yōu)點。

那么如果是更重的飛機，例如固定翼預(yù)警機，滑躍甲板也就無法滿足起飛需求了。同時艦載戰(zhàn)斗機滑躍起飛會消耗更多動能，導(dǎo)致燃油和掛彈量受限，無法滿油滿彈起飛，制空時間和戰(zhàn)力都受到了極大的限制，這時候蒸汽彈射起飛的方式又得到了極大的重視。

蒸汽彈射器如何工作？

彈射飛機起飛的時候，你會看到跑道上的彈射軌道會冒出一股煙氣，那就是蒸汽彈射了。燒水就會產(chǎn)生蒸汽，鍋爐是提供蒸汽的設(shè)備，也等于是一個儲能裝置。蒸汽彈射器是以高壓蒸汽推動活塞，進而帶動彈射軌道上的滑塊，把鏈接其上的艦載機在 45 米距離內(nèi)加速至 250 千米/小時以上投射出去。這給了飛機一個推力，像彈弓一樣將飛機發(fā)射出去，這種方式不僅縮短了助跑距離，同時艦載機也可以滿油滿彈起飛，大幅提升了留空時間和戰(zhàn)術(shù)靈活性。

蒸汽彈射器只有一個彈射活塞是運動部件，而艦載機的重量，彈射時的蒸汽壓力，航母的航速、風(fēng)向等都是事先確定的。決定可靠性的關(guān)鍵時刻就是彈射開始后的 1 秒多時間內(nèi)，在這樣短的時間內(nèi)，彈射活塞出問題的概率是非常低的。那么蒸汽彈射艦載機起飛就幾乎相當(dāng)于一個可控的過程，它的安全性甚至要比從陸地上起飛還要高一些。

不過，蒸汽彈射對淡水有很高的依賴度，單次彈射大約要消耗近 1 噸淡水（蒸汽）。而產(chǎn)生蒸汽的是航母上的高壓鍋爐，高鹽、高硬度的海水又根本不能進入鍋爐，因此海水淡化設(shè)備也成為關(guān)鍵組件。而且，蒸汽彈射器包含大量的系統(tǒng)和分系統(tǒng)，比如蒸汽包、液壓泵、水力剎車、蓄壓器等等，維護起來非常繁瑣。

電磁彈射，又穩(wěn)又快

面對現(xiàn)代海戰(zhàn)裝備的加速發(fā)展，蒸汽彈射的缺陷也是已經(jīng)越發(fā)凸顯。特別是無人機由于重量太輕所需的力量太低，而且輕型無人機的結(jié)構(gòu)強度很難承受蒸汽彈射器工作時的瞬時沖擊力，難以安全起飛。

據(jù)估計，典型蒸汽彈射器的峰平加速比為 1.15~1.2（注：指最大加速度與平均加速度之比，這個數(shù)字越接近 1 ，表明加速過程越平滑可控），但有些情況下實際記錄的值已經(jīng)在 2.0 以上。這導(dǎo)致蒸汽彈射器在相同的設(shè)定條件下，兩次不同的彈射的末速度變異范圍，可能達到 5~7 節(jié)之多，這都是因為缺少像電磁彈射那樣的反饋和閉環(huán)控制系統(tǒng)。

此外，蒸汽彈射的啟動段雖然爆發(fā)力很強，但隨著活塞運動的速度和氣缸容積的增加，到了彈射沖程的末端，彈射器的峰值過載會迅速衰減，有時候又會表現(xiàn)出推力不足。而電磁彈射的峰平加速比，都要求保持在低于或等于 1.05 的范圍，而末速度變異范圍則限制在 0~3 節(jié)。

此外，電磁彈射的原理決定了它“熱身”更快。由于電磁彈射是利用電能轉(zhuǎn)化為電磁能，進而轉(zhuǎn)化為機械能把飛機彈出去。其中，彈射導(dǎo)軌就是 100 多米長的直線電動機，軌道旁是一組一組的電磁鐵，每一組都由電腦單獨控制。給第一組通電后，磁力會把滑塊吸過來，然后要精準(zhǔn)控制它斷電，不然會被吸回去。接著第二組通電，之后也要精準(zhǔn)控制它斷電，重復(fù)以上的操作就可以把戰(zhàn)機推出去。

電磁彈射器的制動和復(fù)位, 只要通上電就能工作，在完全關(guān)閉的冷態(tài)條件下 15 分鐘內(nèi)就能達到使用狀態(tài)，也就是說電磁彈射具備很高的冷啟動效率。而蒸汽彈射則需要始終保持待機狀態(tài)，要求鍋爐必須始終能夠提供足夠的蒸汽，戰(zhàn)備值班時，還需要不斷給彈射槽預(yù)熱。而電磁彈射只要保持通電，就可以做到全天候隨時待命了。此外，比起蒸汽彈射系統(tǒng)，電磁彈射系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上也要簡單得多，因此電磁彈射系統(tǒng)更便于維護。

由此可見，電磁彈射器不僅突破了目前蒸汽彈射器彈射性能的極限，也有效拓寬了下一代航空母艦?zāi)軌驈椛涞呐炤d機噸位及型普范圍，這就為未來更多的各種功能和類型的航空器提供了上艦彈射的可能。