電磁彈射只需15分鐘準備 蒸氣彈射竟要預熱24小時？

美國「福特」號（USS Gerald R. Ford，CVN-78）超級航母穿越大西洋的畫面。（美國海軍）

美國福特級航母和大陸福建號航母均採用電磁彈射，相較於傳統蒸氣彈射需要24小時預熱汽缸，電磁彈射只需15分鐘準備時間。大陸知名的高中物理老師李永樂用10分鐘講解什麼是電磁彈射，有將近100萬人次觀看，讓讀者秒懂電磁彈射原理。

李永樂表示，美國核動力航空母艦傳統上使用蒸氣彈射技術，利用蒸氣將飛機彈射起飛。但是技術複雜、佔空間，消耗淡水量大，汽缸需要24小時的預熱時間。

美國後來發展出電磁彈射技術，由一個控制系統，控制三個子系統。首先是電子電力、亦即發電系統。第二是儲能系統，要在很短時間把飛機彈射出去，需要的功率非常大，不論是核動力或是常規動力，都必須把發電事先儲存，再一瞬間釋放出去。例如馬桶沖水，不是打開水龍頭就往下衝，必須要先把水儲存起來，最後一缸水往下衝纔可以。

最後需要有「直線電機」把飛機拉起來。因爲一般常規電機都是通電後旋轉的，「直線電機」是通電後往前作動，把飛機拉起來。

美國福特號航母（左）、大陸福建艦航母（右）均採用電磁彈射技術。（合成圖／美國海軍、央視）

他表示，目前美國的福特級航母就是採用電磁彈射，中國大陸福建艦也是採用電磁彈射。

他披露，在電子電力方面，大陸提出「艦船綜合電力系統」，把發電、推進、武器等各方面所需電力綜合到一個系統。

在儲能系統方面，大陸目前沒有公開。他介紹，美國是採用飛輪儲能技術。船艦上有好幾個重達數公噸的輪子，供電後使輪子旋轉，每分鐘6400轉僅需45秒，產生動能，要彈射時就利用動能發電，把飛機彈射出去。2到3秒之內可以釋放33度電，功率達到6萬千瓦，比蒸氣彈射高出四分之一。這些電力傳給直線電機，把飛機彈射出去。

至於直線電機，有一種是電池配2導軌，導軌上設置一金屬滑塊。產生電流後，產生磁場，金屬滑塊受到磁場作用力也就是安培力的推進，彈射飛機。電流越強、安培力越大。但缺點是容易把導軌燒燬，能量利用率也不高。

另一種是線圈式，在軌道上設置數個金屬柱，纏繞線圈，通電後產生磁性。滑塊是永磁鐵，金屬柱依序通電，使滑塊產生速度，帶動飛機起飛。

蒸氣彈射和電磁彈射比較起來，李永樂分析，蒸氣彈射一次是95兆焦，電磁彈射是120兆焦。蒸氣彈射能量利用率只有6％，電磁彈射能量利用率可達60％。蒸氣彈射系統複雜，事故週期爲405周，電磁彈射結構簡單，事故週期爲1300周。蒸氣彈射無法控制推力變化，一開始彈射力度大，越往後彈射力度越小；電磁彈射可以人爲控制，更加安全。蒸氣彈射需要預熱汽缸超過24小時，電磁彈射準備時間只需15分鐘。蒸氣彈射不適用於太輕的飛機，電磁彈射可用在無人機、戰鬥機、運輸機、預警機等。