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背靠一座三峡都不够用的电磁轨道炮，怎么装上船？

2018-02-15 20:28:37

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在关于电磁轨道炮和电磁弹射器的热烈讨论中，经常可以看到一些似是而非又相互矛盾的观点。其中的误解，很多都来自于对电磁发射系统能源需求的不了解，从早前的“只有核动力航母才能使用电磁弹射器”到最近的“中国的电磁炮不需要电池组，可以直接发射”等等。这些说法，很大程度上是来自于不理解电磁发射系统的能源需求。本文将对电磁弹射器和电磁轨道炮两种典型电磁发射系统的能源需求进行分析，并简单介绍一下其背后的能源管理问题。

在本文中所引用的信息，未特别标明的都来自于以下论文：1、⻢伟明院士领衔署名，发表于2016年12月的《电磁发射技术》；2、同样由马院士为第一作者，发布于2016年10月的《电磁发射系统中电力电子技术的应用与发展》；3、来自⻢院士团队，发表于2013年10月的《飞机电磁弹射系统发展综述》；4、同样来自马院士团队，发表于2017年6月的《电磁发射用多级混合储能充电策略优化》。

在开始进一步的分析前首先说明：为了便于估算，在本文中假设认为电磁发射过程是一个匀加速直线运动，并将使用对应的公式加以测算。这一点对于电磁弹射相当准确（其平均加速度变动范围在5%以内），对于电磁轨道炮则有一定误差，因为现有的某些电磁轨道炮实验中其加速度变化范围相对较大（在MD的实验中从20000g+到60000g+），但在这里对于能量和功率的量级估算影响不大。

1、有限的能量：电磁发射需要的总能量不算高

单单观察电磁发射过程的能量需求，会发现其数量有限而能源效率极高。先看电磁弹射器，以MD现有型号指标来计算：其最大弹射能量为122MJ（兆焦），大约就是把质量25吨的飞机以100m/s速度弹射出去时的能量；再考虑到电磁弹射器大约60%的能源效率，则其一次弹射所需的总能量大约是203MJ；转化成我们熟悉的千瓦时KW.H（也就是一度电），大约不到57度电，以现有居民电价计算，价格不到50元人民币。

再看电磁轨道炮：以MD目前开发的32MJ的电磁轨道炮为例，这大约相当于将10Kg的弹丸以2500m/s的速度打出去，理论上其最大射程可达250公里以上；由于发射能量为最大32MJ，即便考虑到现有电磁轨道炮悲催的百分之十多一些的能量效率（为便于计算取15%），其发射所需要的总能量也不过是213MJ，换算成kwh大约是59度电多一点。换回人民币50多一点。可以大幅度降低打击成本，这也是md海军立项时忽悠元老院的重要依据。

综合起来看，电磁发射技术的一大优势就是其能量效率很高，而需要的总能量并不算高。以电磁弹射器对比传统蒸汽弹射器为例，每次弹射的能量转化效率只有4-6%，更不用说由于其准备时间需要24小时以上，以至于其必须在执行任务时始终处于准备运行状态而带来的巨大能量消耗。综合起来，电磁弹射不但能量转化效率高达60%左右，更由于其准备时间只需要15分钟左右，在准备状态下的能耗也极低（不用一直烧几吨开水），其整体能效至少高过传统蒸汽弹射两到三个数量级！