航空母舰吧 关注:1,375,314贴子:24,801,623
  • 3回复贴,共1

电磁弹射能耗计算

只看楼主收藏回复

根据最近一段时间读取网络上多篇关于电磁弹射的相关文章,我根据自己心得,对电磁弹射系统的能耗整理计算了下。
首先看了解到的信息。
1、电磁弹射整体效率15%,蒸汽弹射整体效率5%,电磁是蒸汽的3倍,效率杠杠的。
2、福特航母电磁弹射设计最大输出122MJ,需要45秒内完成一次充电。
3、福特航母电磁弹射需要发电装机功率56MW,单台14MW。
4、福特航母设计的设备生活用电装机功率60MW+,电弹装机功率56MW,实际装机100MW+的蒸汽发电和60MW+的柴机发电。
以上信息比较零散,很多伙伴不清楚之间联系,形成不了整体认知。我们按照福特航母情况做以下计算看看。
首先看电磁弹射效率

电弹从燃料开始(无论是烧油还是烧U),先经过蒸汽轮机,带动发电机发电,然后经过稳压整流等管理单元,之后送入飞轮储能;弹射触发后,储能单元通过升压整流管理单元送电给弹射系统完成弹射。
蒸汽轮机效率一般是30%-50%,这里折中取值40%;发电机效率一般在95%;电源管理单元这里预估损耗5%,取值95%;弹射器有些帖子提到了60%;飞轮储能其实就是个真空飞轮外加一个电动机和一个发电机,电动机的效率一般是85%-93%,这折中取值88%;另外考虑线路及其他的5%损耗。
所以综上计算下来,和帖子里提到的电磁弹射整体效率15%差不多。这里我们主要关注电源端后的效率38.7%,因为他影响电机的装机需求功率。
下面咱们看下单台电磁弹射器所需发电装机功率。

通过上面计算的电源端后效率38.7%,福特航母的最大输出122MJ和45秒充电时长,可以计算出单台电磁弹射需要电源功率是122/45/0.387=7MW;但是这是使用功率,一般民用电源要求65%左右的冗余系数,军用肯定比民用高,这里取值60%,另外发电机不可能全功率100%长时间运行,一般运行要求不大于85%,这样计算出电源装机容量是7/0.85/0.6=13.7MW;和福特的单台电磁弹射装机需要的14MW差不多。
接着再看电磁弹射器的能耗。
我们按照福特航母最大每天全甲板出动4次共240架次固定翼飞机考虑(非实际工况),每次弹射60架,平均每个弹射器弹射弹射15次,每次弹射间隔4分钟,则需要1小时弹射完毕。

弹射充电45秒时,发电机需要大功率运行,非充电时发电机不可能关闭,需要低功率运行,所以非充电时按照30%考虑的话,非充电时消耗功率使用2.1MW计算;综上全天电磁弹射的能耗相当于2MW的用电设备运行24小时的消耗,这和航母其他设备能耗比起来非常小。
航母巡航速度18节,功率按照25%,即7万马力,也就是50MW功率计算,另外航母设备生活用电装机60MW+,实际用电按一半,功率30MW计算,航母巡航时能耗功率是80MW,这和电磁弹射2MW比起来,可以忽略不计。所以电磁弹射真心不费油,不用说常规航母完全可以用,就算是中型航母也能用,每个弹射器加装一组14MW柴油发电即可。
那么中型航母加装电磁弹射,或者也可以考虑咱们的1、2号航母改电磁弹射的难点在哪。其实是在空间,航母虽大,空间其实是很紧张的。一套电磁弹射包含14MW的发电单元、电源管理单元、储能单元、弹射单元,都需要安装空间,无论是甲板空间还是内部空间。甲板空间长度不足,可能只能挤下1台或2台电磁弹射;而航母内部空间包含设备空间、人员空间、固货储存空间、液货储存空间和机库,设备空间和人员空间不用想省不了,液货空间一般都安装在不好的位置或者特殊位置,另做其他使用价值不大,而机库是航母的灵魂,肯定不想占用,最后剩下的就是固货空间了,也就是加装电磁弹射后,可能会影响航母人员补给和弹药的携带量,降低航母自持力和升高战时补给频率。自持力从40+天降为30+天,战时补给从每4天一次补给降为3天一次,但是这个完全可以接受,因为加装弹射后对航母的战斗力加成是明显的。
所以电磁弹射可以说是中小型航母的福音,当然你得有这个技术或买得到。
以上数据均来自网络和自行估计,准确度完全没有,但是量级差距不会大。经计算,我们可以对电磁弹射能耗形成比较准确认知,在此与大家分享和学习。


IP属地:河北1楼2023-04-09 08:48回复
    厉害👍👍👍原来电磁弹射没有想象中那么费电


    IP属地:湖北来自Android客户端2楼2023-04-09 11:24
    回复
      辛苦了,感谢整理


      IP属地:广东来自Android客户端3楼2023-04-09 11:51
      回复
        虽然力量大,功率高,但做功时间短(行程短)所以,能量消耗并不是很多。


        IP属地:重庆来自iPhone客户端5楼2023-04-09 12:36
        回复