因储能装置可靠性上的差距,美国对中国无电弹航母“经验值”优势

毁灭冥王星 2023-03-18 00:14:54

​福建舰的横空出世,一举打破了“福特”级航母对电磁弹射技术的垄断,现在,要说美帝能够聊以自慰的,除了其电弹航母数量更多以外,就只剩下所谓的使用“经验”优势了。但因为中美新一代航母储能系统的差异,即使是这个“经验”优势,也是经不起推敲的。与“福特”级的飞轮储能不同,福建舰采用了更前卫的超级电容储能,二者虽然在性能上各有优劣,但在最关键的可靠性上,超级电容却完胜飞轮储能。“福特”级之所以采用飞轮储能,是其采用的中压交流电力系统所决定的,因为超级电容内阻较大,不可以用于交流电路,仅限在直流电路中使用。因此,采用中压直流综合电力系统的福建舰,在储能上可谓有先天优势。

飞轮储能装置是通过电动机带动飞轮高速旋转, 将电能以机械能的形式储存起来,再适时将机械能转换为电能以便对外做功的装置。为了储存足够能量,飞轮储能装置的转子需要高速旋转,如福特级航母飞轮的转速可以达到6400转/分,但这显然有一定的危险性。更大的问题在于,机械的东西存在应力和疲劳现象,在飞轮持续处于高速旋转状态时尤其如此。一旦飞轮的抗拉强度极限被突破,很可能出现破裂现象,这意味着飞轮存储的能量会一次性释放出来,破片会以极高的速度击穿整个系统,其蕴含的能量可要比涡扇发动机转子叶片断裂飞出时大多了。

正因为如此,福特号的电磁弹射测试有些谨小慎微,截至2021年4月,服役近四年的福特号一共才弹射了8100多次,一天不到5次,即每部弹射器一天一次,且绝大多数弹射的是模拟载荷(均质铁块),少数是轻油无外挂的F18,极少数弹射无人机,没有弹射过F35C。但与之形成鲜明对比的是,故障率却高得惊人,电磁弹射器平均70次故障一次,电磁拦阻索平均40次故障一次。同样因为用了中压交流电力系统,“福特”级需要配置逆变器,但整个逆变系统的体积非常庞大,仅仅一套逆变器加上匹配的稳压器、变频器,就能占用数百平米的舱位空间。更不巧的是,飞轮储能装置的能量密度很小,体形也很庞大,“福特”级的飞轮储能系统就包括四个直径和重量都相当大的飞轮。逆变器大,飞轮大,因此,“福特”级只好上了一套飞轮储能系统。

这样一来,可靠性就更加难看了,直接导致每次飞轮储能装置出现故障,包括电磁弹射、电磁拦阻在内的全电磁系统都要停机维修。且拦阻索的动能回收系统对应的电储能系统是和电磁弹射器共用的,所以拦阻索故障,储能装置就要停机,弹射器也就跟着不能用了。与“福特”级相比,福建舰储能系统的可靠性就好多了,因为采用我国研发多年的中压直流综合电力系统,不但省去了笨重的逆变器,电磁弹射器还可以很方便的采用超级电容储能装置,超级电容的能量密度很高,一个约5立方米的电容所存储的电能就足以弹射2架舰载机。

更重要的是,超级电容的可靠性完胜储能飞轮,虽然从理论上说超级电容有一定的自爆可能性,但是只要在充电过程中保证不过充,安全性是没有问题的。从这个角度看,福建舰因为在储能装置可靠性上拥有很大优势,其电磁弹射器一旦进入全面测试状态,试验强度必然远超“福特”号航母,先于后者全面形成战斗力也是可能的。总而言之,得益于以马伟明院士为代表的一大批科研人员的不懈努力,我国在电磁弹射、中压直流、超级电容等一大批关键技术领域中后来居上,最终借助福建舰这一国之重器开花结果。在超级电容储能的加持下,福建舰电弹系统的可靠性明显优于“福特”级,后者走过的弯路福建舰根本没有必要走,在这种情况下,说美国对中国有电弹航母的使用经验优势纯属自我安慰罢了。

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