四两拨千斤，福建舰上的“太极大师”

□文/南京信息工程大学物理学教授、博导 刘玉柱 南京信息工程大学 俞文杰

供图/视觉中国

“三胎”也下水了！彩带飘扬，军歌嘹亮，低沉厚重的船鸣声中，一艘庞然大物从船坞中缓缓驶出……没错，它就是我国的第三艘航母——福建舰！作为我国完全自主研发的首艘弹射型航母，它的满载排水量达到了惊人的8万余吨，配备的新型电磁弹射装置更是引来了全世界的关注！

到底什么是电磁弹射？它又有哪些优势呢？让我们走近福建舰，一睹电磁弹射这位“太极大师”的风采吧！

舰载机如何起飞？弹射器来助力

航母由于具有惊人的战斗力，向来被称为现代战争中的“海上霸主”。开战时，舰载机群腾空而起，威力不言而喻。然而，要让这么多飞机在航母上起飞，确实是一件难事。我们都知道，传统的固定翼飞机（拥有两个固定机翼，不同于直升机）起飞时，需要长长的跑道来滑行加速。可是，这在航母上怎样实现呢？要知道，航母再大，也不可能有机场那么大。

工程师们提出了两种解决方案：

第一种起飞方式被称为“滑跃起飞”，简单点说，就是让航母的甲板前端稍稍翘起，舰载机起飞时便会随着翘起的甲板改变仰角，从而腾空。辽宁舰和山东舰便是采用了这种方式。然而，实现滑跃起飞需要舰载机在起飞时开足马力，这样一来，便会消耗大量的燃料，从而减小了作战半径。此外，一些大型飞机如预警机等，由于其机身的庞大和发动机的动力限制，不能够进行滑跃起飞。

第二种起飞方式被称为“弹射起飞”，这需要一种被称为“弹射器”的装置来让舰载机在短距离内瞬间加速，以此解决航母跑道长度不足的问题。弹射器的原理其实很简单，它就像我们玩过的弹弓，蓄力后可以在瞬间给舰载机一个强大的推力，再加上飞机发动机自身提供的动力，便可让其在甲板上弹射起飞。

航母上的弹射器一般分为两种：一种是蒸汽弹射，一种是电磁弹射。蒸汽弹射是一种传统的舰载机弹射方式，其装置大部分安装在航母的飞行甲板下。航母甲板上则安装有弹射滑轨，内部有着可以沿槽来回移动的活塞和滑梭。飞机弹射之前，位于航母内部的锅炉会先产生高温、高压的蒸汽，并且通过充气阀输送到储气筒，直至储气筒中的压强达到最大。此时，飞机便可滑行至弹射滑轨，前轮上的钩子也会挂在滑梭上，然后地勤人员升起飞机后部的挡焰板，飞机的发动机推力也调至最大。最终，弹射阀打开，高温、高压的蒸汽会进入滑轨下的两个气缸，当压强达到一定值时，便可推动滑轨内部的活塞，带动滑梭和舰载机瞬间弹射加速。如此一来，舰载机便可一飞冲天了。

福建舰上的“太极大师”——电磁弹射

作为我国的第三艘航母，福建舰装备了更为先进的电磁弹射装置。那么，电磁弹射与蒸汽弹射有什么区别呢？

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事实上，电磁弹射装置的结构、基本原理与蒸汽弹射装置类似，只不过它采用电磁作用的原理让舰载机加速起飞。我们都知道，通有电流的导体在磁场中会受到力的作用，这个力在物理学上被称为“安培力”，它会随着电流的增大而增大。而电磁弹射装置，就是利用超大的瞬时电流产生的巨大电磁力来弹射舰载机。然而，要想推动几十吨重的舰载机，这个电流的瞬时功率要高达上万千瓦，这与一列“复兴号”高速动车组的总功率相当。为了能产生并承受如此强大的电流，工程师们又专门设计了超高性能的储能装置。如此一来，这小小的电磁弹射装置便如同一位“太极大师”，能在瞬间爆发出四两拨千斤的功力，一架架舰载机也就腾空而起了。

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用于推动舰载机的安培力原理示意图 供图/作者

四两拨千斤，“巧劲”是关键

小伙伴们可能要问：既然有了蒸汽弹射装置，为什么还要研制新型的电磁弹射装置呢？它到底有什么优势？

刚柔并济是中国传统武术太极拳中的哲学，电磁弹射技术也有着异曲同工之妙。先来说说蒸汽弹射的不足，蒸汽弹射就像是一个“莽夫”，力道大、出手快，但无法调节弹射的力度，一些结构脆弱的小型飞机就有可能在它的“暴虐”下发生解体。而电磁弹射就完全不同，它可以根据舰载机的质量和起飞条件对弹射推力进行精准调节，“可刚可柔”的它能弹射从几吨到几十吨的各型飞机，大大提升了作战效率。此外，由于电磁弹射装置配备了超大的储能装置，它的爆发力远大于传统的蒸汽弹射装置，稳定性、耐久性和能量转化率也遥遥领先。

第三艘航母的下水，向世界证明了我们的综合国力！而中国自主研发的先进电磁弹射技术，也将在一定程度上改变航母未来的作战模式。