精彩博客：“砖家”解读航母电磁弹射

今天看到了马总的那片报告文学一样的东东，我就特意去百度了下马总。还是第一次听说马总。看到马总的一些科研成果，我忽然有点懂了~~

下面就我个人的理解，随手写了点东西，各位稍微看看撒~~

电磁弹射的原理，说白了不过是建立在安培定理和安培力的基础上。这些东西我们在高中物理课本上就已经学过了。电磁炮的原理其实跟电磁弹射是一个概念。
 

如上图，就是电磁弹射和电磁炮的原理。

就是通电导体在磁场中受力。

我们用左手定则可以判定支架上承受的力方向是向左的，大小为

f=ILB

式中f为受力的大小；I为导体中电流的大小；L为导体长度；B为磁场强度。（电磁弹射如果用电磁炮方式来做的话，会死人的，现在的电磁弹射一般是用高功率直线电机来做的，这里仅仅是说下原理而已。）

但是，现实可不是这么简单。

要实现电磁铁弹射，有三点需要解决：

1、直流线电机

2、大容量储能电容

3、变频器

电磁弹射理论上来说确实很叼，但是再实际应用中却困难重重。其中的一个重要问题就是电，或者说强大的电流~~

再航母有限的空间上，L这个东西直接跟航母空间有关；B这个是磁场强度，能提高也有限。那么就只有I，电流了。从原理公式上可以看出，电流越大，电磁弹射所能提供的力就越大，能够推动的飞机吨位越大，获得的速度越大。（用电池来储存电能以供应电磁弹射，很多大程度上就是在扯淡。电池的充放电效率太低了。所以说，要搞电磁弹射，三要点里就有大容量的电容器。）

电磁弹射的三要点上面已经说了，也说了电磁弹射需要消耗大量电能，下面根据我的专业来分析一下。

我可以算是搞电力工程吧，虽然跟这边不怎么搭。不过吧里可能也有兔纸们知道我搞撒子的。没错就是做直流输电工程的。这里主要涉及到了交直流转换的问题，这就跟电磁弹射方面的应用有一些重叠区，所以我就来扯淡下~

直流线电机和大容量电容我不好说，这块不是我的专业。土鳖的大容量电容这东西不落后就是了。直流线电机我不懂，我不敢乱讲。

我重点要说的就是其它东西了。

变频器，这个玩意主要用途就是改变频率。直流电可是没频率的~~只有交流电才有频率一说。

变频器的原理，就是先把交流电变成直流电，然后再把直流电变成交流电。那我们不禁要问了~（尼玛，这是精英体啊。。）为毛交流变直流，直流又变回交流啊？有意义么？

当然有意义~~举个例子，本子的电网是两个频率的，一个是50HZ，一个是60HZ的。问题来了，我们都知道频率不同的两个电网是没办法直接进行联网的，除非你想玩电网崩溃解列~可是两个电网独立运行的话，又不便于电力的调配什么的。这个时候该怎么办？

答案就是，使用直流输电把两个不同频率的电网进行联系。具体方法就是在系统1这里建立一个整流站，把频率为50HZ的交流电变成直流电，然后通过直流输电线路输送到系统2那里的逆变站。然后再把这个没有频率的直流电变换成频率为60HZ的交流电~如果整流站和逆变站的设备都在同一个变电站，那么我们管这个站叫做背靠背。。。好吧，很邪恶对不对？

说了这么多，就是想形象的具化这个变频器的工作原理。在直流输电工程中，这个进行交直流互换的玩意叫做换流阀，而我接触的这行，换流阀的电压等级基本上就是50万伏起步，再往上一步就是80万伏，再上一步就是100万伏。而现在土鳖国内就有一条在建的试验性质的100万伏的直流输电工程。这个可是独步全球的东西哦~~可以说是世界一流哦，超一流哦~~

而且，这个换流阀啊，它是国产的哦~~亲，国产的呐。我的顶头上司就在生产厂家驻厂监造80W伏的换流阀哦亲们~~

那么好吧，各位兔子们觉得这个变频器还很高端么？嘛，也就那么回事嘛~~（注，直流并非无频率，而应该是频率为0，这里特意说明下，文中是为了好理解）

但是有个问题很重要。什么问题呢？

航母它不同于陆地，航母上可是寸土寸金都不止啊。

在陆地上我们可以把用于交直流转换的玩意做很大很大，但是在航母上不行啊。。

就拿我前段时间的工作来说，我现在做FPT试验，屏柜需要使用直流电，在调试车间有两个整流柜，就是把咱们普通交流电整流成100伏的直流电，这个东西容量有限，但是占的地儿可不小~一个整流柜可比当年老娘出嫁时候准备的大木箱子大的多了，而且重的多了，能够通过的电流还有限，电流大点就烧掉~嗯，这是直流设备的通病，过负荷能力低。。就这样，这也不过是220/380V的常用电呐~~

各位筒子们，我们这船上的电是哪里来的？是不是发电机组发的电？我们知道，交流发电机组通常是同步发电机，容易调控，而直流发电机却跟交流发电机结构上有很大不同。这个时候就要考虑个问题了，我这船上有限的空间改装哪种发动机？？直流的？还是交流的？

通常来说，一般不会只有一组发电机。万一歇菜了，那找谁哭去啊？肯定是有冗余的拉。

还是说这个发电机的选择问题。交流还是直流？我们知道的，电磁弹射需要用到直流电，但是航妈上不是所有设备都使用直流电啊。。这可肿么办呢？

选直流发电机组吧，发出来的电还得转成交流电，而且直流发电机组本身需要的励磁电流就比较大，挺麻烦的，选交流发电机组吧，一样还要转成直流电。为撒？因为特么的用于弹射的电容只能用直流才可以充电啊。。。

这样的话，总是绕不开有个整流设备。。。有这个东西，一是占空间，二是电能转化率，三是发热、绝缘什么乱七八糟的玩意~（按我的理解，一般电厂发出来的电压等级是6~10kV，这个电压级别的换流器跟我接触到的超高压、特高压换流阀在体积上什么的有区别，但是相对于舰体还是太大。。）

要不，直流发电机组、交流发电机组同时都要有？额，这也有点问题。。两种发电机结构什么的有差异。。要搞同轴上两种转子外加两种定子。。。尼玛，有么有这么烦啊？

这不成那不成，到底肿么办？

所以，大家看马总的成果“马伟明十年磨一剑，成功研制出世界首台交直流双绕组发电机 ”。筒子们，这个玩意可是个好东西~~特别特别好用的东西~顾名思义，这个交直流双绕组发电机就是同一台机组可同时发交流电和直流电~

前面我啰嗦了半天的问题在这个发电机面前都是浮云~~

对大电容进行充电的时候很容易造成系统电压降低，同理，大电容放电的时候会导致直流系统电压升高。这个道理跟电力系统中的无功补偿完全一个道理的~~另外还有一点必须明白，直流系统的过负荷能力相对交流系统而言低了不是一点的问题。直流系统的瞬间过负荷能力这么来说吧，只能承受1.4倍左右的额定电流数秒。这个跟交流系统差远了。。。这也是直流系统特性所决定的。

现在我们面临的问题就是，如何把这个交直流双绕组发电机做大，使它能够满足电磁弹射所需要的巨大电能。还一个问题就是发电量中直流/交流各自占有的比例。当然最核心的问题就是这个双绕组发电机的容量到底可以做到多大。这才是能够彻底抛开各种换流设备的基础。如果能够在装机容量上获得一个突破，我想，实现电磁弹射就不是梦了。

我们裤衩不妨红一点，电磁弹射技术肯定是一个系统工程。马总的这个交直流两绕组发电机已经有样机，那么其它配套系统呢？比如说大容量电容，直流线电机如果能够跟的上进度~~

筒子们，你们觉得靠谱么？反正我觉得电磁弹射这块应该有了阶段性的成果。如果裤衩红一点，乐观一点，我就预测，可能第一艘或第二艘国核妈会有电磁弹弓~~期限就算10年吧~

这个图中的整流设备就是我说起的换流阀设备，强迫储能装置就是我所说到的大容量电容。

补充一点，关于这个交直流双绕组发电机的模型，我想找点论文资料看的，但是网上的论文都收费。。。所以我推测了下这个发电机的构成和特性。这里，必须要说明一下，马总这个发电机中的直流发电机部分是建立在其自己的理论体系上的，就是“十二相发电机整流供电系统的基础理论体系”。由这个理论支撑下造出来的直流发电机结构必然是与常规直流发电机不同的。具体的我就不说了。根据我的推断，这个交直流双绕组发电机是同轴双转子共定子发电机。就是说，轴上有一个直流转子，一个交流转子，两个转子之间是电气绝缘的，它们公用励磁耦合。

另外这个交直流两绕组发电机的额定功率P，应该是交流发电部分额定功率P1与直流发电部分额定功率P2的和。就是P=P1+P2。而且这个P1与P2是可调的。也就是说可以根据舰上的用电需求对交流直流比例进行调整！这才是逆天所在~~

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