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本帖最后由 晨枫 于 2024-3-14 12:16 编辑 6 |$ |2 v/ k$ d4 A9 d
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电磁发射的基本原理在100多年前就搞清楚了，但磁悬浮发展得磕磕绊绊，电弹最后一锤定音还要看“福建”号，“福特”号的电弹还是问题多多。但中国似乎在电磁发射的路上拔足飞奔，信心满满的样子。# s" `- J% J) Q# t& }: G* _
# { B" m2 {; q W0 i两三年前网传的电磁轨道炮现在又悄无声息了，“055改”采用电磁炮到底是爆料还是军迷愿望要到眼见才能为实，但中等初速线圈炮的成功消息是得到学术论文证实的。大同和济南建造的超高速磁悬浮更是肉眼可见的存在，大同采用2公里长的低真空管道，速度达到1000公里/小时，最终要求达到5000公里/小时；济南的是另一个电磁滑橇测试设施。
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有意思的是，大同设施是航天科工建造的，航天科工的首要关注点自然是在天上，不是地上，高铁即使涉足，也只是副业。济南的倒是中科院的，更加面向基础研究。" R5 G& W" v% X4 g4 E+ y
2 n, r6 | z' J% o大同设施的主要目的现在揭晓了：南华早报报导，运载火箭研究院的李绍伟（音译）团队在《宇航学报》上发表论文，研究用电磁发射高超音速飞机、最后发射轨道飞行器的问题。9 V/ P# _* V" C) Q' Q9 a8 t5 B4 W
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这是用电磁滑轨将高超音速飞机加速到M1.6，然后高超音速飞机在自身动力下加速至M7，转入亚轨道飞行，最后用很小的火箭动力就能把有效载荷发射入轨。这是“腾云”计划的一部分，高超音速飞行器重达50吨，比波音737还要长，一旦研制成功，这是碾压世界的的大国重器。$ [) e8 ~: T" O8 d( _- E
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马斯克的星箭把发射成本降低到每公斤3000美元，电磁滑轨-高超音速飞机路线有望降低到每公斤60美元。这将不仅是为国争光的大国重器，也是再造“轨道国土”的大国重器。
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轨道飞行器的电磁发射不是新概念，NASA在90年代就琢磨过，还建造了一条15米长的电磁滑轨。但由于技术和经费原因，最后只造了10米。由于进展迟缓和投资重点转移，项目半途而废了，相关技术转入电磁弹射技术，最后用于“福特”级。现在知道，这条路也走得艰难。“福特”号电弹至今出动率不达标，在实用性方面还不及更加成熟的蒸弹。$ _8 m. P: N$ F, T# \8 e
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中国“福建”号是世界上第二个使用电弹的航母。陆上试验自然不计其数，但海上方面，现在只进行过小车滑跑试验，还没有在海上实际弹射战斗机的报导。但中国信心很足，在建造的时候就一步到位、直接电弹，并将相关技术推广到电磁炮，尽管试验进展不明。现在，电磁弹射技术延展到超高速磁悬浮，并向航天发射方向延展。
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这只能说明中国对电磁弹射/发射的技术不定性已经基本消除，这是具有相当成熟度的技术路线，而不是异想天开的纯科研性的设想。1 u. y6 z5 D. G2 {' `/ f
Y) a5 i7 C: e8 _% Z% y% d电磁弹射的基本原理是中学物理的内容，不复杂，但实施起来很复杂，否则NASA、美国海军也不会那么一挫再挫了。电弹发展不顺，弄得美国海军把电磁炮也下马了。8 P* B( q& N9 L& E9 \6 ?* q
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中国在研发电弹的过程中，解决了电源、控制、耐磨涂层、抗强电磁干扰等问题，这些技术对电磁炮、电磁发射、超高速磁悬浮都是相通的。中国的稀土资源和完整制造业也意味着低成本永磁体和超导线材。8 {5 r" q; B e+ K8 ?: [
7 |- b* U) D8 W; X( e# g4 i电磁弹射/发射技术不光对军事和航天重要，也对国民经济重要，用于超高速磁悬浮的话，哪怕“只有”1000公里/小时，也是比现有轮轨的又一次飞跃，极大缩短出行时间、增加通勤距离，对再造国土有巨大意义。如果金华、芜湖、盐城到上海的高铁时间和现在苏州到上海一样，那长三角就成苏浙皖金三角了。 u8 o" u( W3 p, Q5 l% P7 l2 ^$ W5 Q% u0 G
" d2 S4 W: T' J+ [航天经济是又一个领域。! j# a5 P! h4 W2 K$ ~% [. Q, l0 O
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有意思的是，李绍伟团队在研究NASA的前车之鉴的时候，惊讶地发现：NASA从来没有做过风洞试验，直接就上了电磁滑轨。NASA倒不是菜鸟、大意，NASA只要求加速到700公里/小时，但中国的研究发现这个速度不够，需要M1.6。但700公里/小时只是亚音速，连高亚音速都谈不上，但M1.6就是超音速了。 {9 K: ~' N! C4 \- V
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超音速的气流流动更加复杂，仿真研究和风洞试验也揭示了很多问题。
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% Y+ M5 @4 V1 I1 Z; g& {即使1000公里/小时还略低于音速，滑橇、高超音速飞机底部与滑轨之间的气流已经加速到音速以上，不光形成激波，激波还在地面和机体底部形成多次反射。速度进一步增加到M1.6的话，激波随之增强。
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3 Y: \; s- c8 O9 m激波可以看作虚拟的墙，墙后的气流极大减速，形成亚音速区。多道反射的激波形成复杂的超音速、亚音速交替流动，不仅流动现象极其复杂，激波扫过的地方还可能对机体和滑轨造成损坏。: W" e+ |' ~$ K H* L) L
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另一个问题是：滑橇载着高超音速飞机加速到终点时，释放高超音速飞机，自己刹车停下。这一动态导致飞机周围的流场骤然改变：滑橇从推开前方阻碍的空气变成挡住从后方凭惯性涌过来的气流的物体，滑橇前方从高压区突变为低压区；飞机底部与滑橇之间的气动互动消失，与地面滑轨的气动互动也消失了。5 v, a2 t9 d9 C% ?/ o) [
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飞机会在惯性作用下继续前行一段，然后因为地面效应的消失而突然下沉，直到远离滑橇和滑轨，才恢复在干净空气中的飞行状态。
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这与航母舰载战斗机弹射离舰的过程相似，只是因为速度提高，强度大大提高了，需要在设计中仔细解决。0 A! W& F! e( N) H" Y
- A' Q% B- n, _# t3 w这样的细节在“腾云”工程里只是细节，但成功正是有无数这样的细节积累起来的。5 E2 A+ l2 V+ m/ n
. z8 R0 [7 z. C赶超也是由这样一步一个脚印积累起来的。$ }/ \' m8 l! @0 p1 b0 r5 @
0 j8 T+ Q4 s* k% k4 x中国已经在高超音速方面决定性地领先美国。美国朝野不断发布报告，这次倒不是“狼来了”，而是大老虎真的来了。电磁发射会成为又一个中国决定性领先的赛道吗？2 ^) b; a1 ^- ?5 ?
: b8 U' q9 g8 `. F) S这个赛道的意义比高超音速更大。) y- V. I" x4 U9 P! Q' P y5 o
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在军事上，电磁炮突破很多火药炮的固有局限：取消发射药重量、降低火炮系统的战斗重量，延长膛内加速时间、降低后座，可灵活调整发射力、改变弹道和优化射程，战术优点大大的。航母电磁弹射的优点包括出动率高、可按需调整弹射重量、不消耗淡水、不会甲板结冰等。4 x* {$ ^, l; E8 e4 s7 S. f! U1 Y& E
9 Q- F4 q9 ]9 u; N2 |7 e在民用方面，磁悬浮高铁、航天发射的经济价值也显而易见，“降格使用”更是可以用于各种传送带甚至电梯。 r7 B( |/ G3 V& d
q# b/ A+ q9 Q7 i* W" H这条赛道非常值得领先。 |
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发表于 2024-3-15 02:01:58
