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新一代钱学森:马伟明

(2025-09-27 07:29:54) 下一个

中国发布了新航母“福建号”电磁弹射器成功弹射三种舰载机,即J-35, J-15T和空警600。从视频看,发射平稳,飞机发射后不像美国弹射那样,会有一个下坠再升起的过程,而是平稳持续上升飞行。这证明中国的电磁弹射系统比美国的先进,稳定。因为这个航母以后是一定要拉出来给公众看的,作假的可能性不大。因此可以认为,中国在电磁弹射系统上有了重大进展,处于世界领先地位!

美国电磁弹射不顺利,已经不是一个新闻了。美国有十一艘航母,只有最新的福特号,才配备了电磁弹射,但自从福特号2013年下水后,一直问题不断,直到2020年,还有风声,说有人建议把电磁弹射撤了。美国军方也有人说在未来新的航母中,可能还是掉转头还使用成熟的蒸汽弹射技术。而且,新一代的福特级航母肯尼迪号下水四年了,据说还是弹射系统不满意,无法弹射F-35C飞机而耽搁。更新的航母2017年开始造,估计要到2035年下水,如果按此节奏,被中国超越只是时间的问题了。

在技术历史上,出现一个先进的技术,因为不好用,又回到老技术的例子也层出不穷。美国电磁弹射经历的问题,说明这个新生事物还是有些不成熟之处,但也不能断言中国航母一定不行。作为一个电磁学外行,我在此凭着中学的一些电磁学知识,再加网上的收索,来理解一下电磁弹射技术。

通电后的线圈能在磁场中运动,其方向遵循左手或右手螺旋规则。电磁能带动飞机强力起飞,这从原理上没有问题。问题就是如何提供瞬间的强大电量。电脑的做功公式 W=UIt, 一架J-15T 有近30吨重,起飞速度至少200公里每小时,起飞时动能=1/2MV^2, 那是个非常大的数,要在几秒钟的时间内实现,I(电流)的数量将是天文数字。没有任何发电机能在瞬间提供如此大的爆发电量,储电是必须的。

但储电的化学电池的瞬间放电能力是有限的,具有巨大瞬间放电能力,目前只有飞轮和电容两种技术可行。飞轮和发电机和用电装置联动,平时断开用电装置让电能加速飞轮达到很高的速度,需要时把飞转的飞轮连上用电装置,就会瞬间释放产生很高的电量(应该也是可以调节的)。优点是比其它蓄电方法供电的速度要快,但飞轮很重,还要真空运行,转动的巨大飞轮还可能影响舰船的航行稳定性。

美国航母就是采用这个技术的。电磁弹射将飞机弹射后,也需要马上减速到零,否则那么高的动能会造成损害。飞轮这时就充当了减速器,可以将减速时产生的能量,迅速转变为飞轮的动能,这样就充分利用了能量。但是美国航母是核电的,其电量巨大,足够供给电磁弹射所需。中国排水量八万余吨的福建舰采用的是传统重油或柴油动力而非核动力,但它装备了三条电磁弹射轨道。电磁弹射在战机起飞的瞬间需要大量电力,福建舰预估可以装载五十架各式战机,其若高频次起降所需的大量电力从何而来,众说纷纭。

答案就在被誉为中国舰船电气工程领域的“国宝级”专家海军工程学院马伟明院士所搭建了一整套“全电战舰”体系。这个被称为“舰船综合电力系统”,是马伟明院士所有高能武器和推进技术能够上舰的根本前提,被称为“动力革命”。其核心技术是中压直流综合电力系统(MVDC-IPS)。综合电力系统将舰船的动力和电力系统合二为一,统一调配电能。只有拥有这个强大、稳定的“心脏”,才能满足电磁弹射器、电磁炮,激光武器等高能脉冲武器对瞬时巨大电力的需求。

Can China leapfrog the US in the scramble for the world’s best aircraft  carrier?

特别要提出的,马伟明还 在国际上率先提出并研制成功中压直流综合电力系统,实现了中国舰船动力从传统的机械推进向全电推进的历史性转变。福建号的柴油或重油动力的发动机,只是起了发电机的作用,其驱动螺旋桨的动力,来自于电动机,这就免除了一大堆复杂的机械装置,提高了效率。

 欧美海军强国此前普遍采用中压交流系统(MVAC),但其系统复杂、可靠性较低。马伟明院士提出的中压直流系统在功率密度、运行灵活性、稳定性和可靠性上更胜一筹,被认为代表了舰船综合电力系统的未来发展方向,技术水平领先国外十年以上。

除了以上技术,在潜艇推进技术上,马伟明团队也取得了突破性进展,大幅提升了中国潜艇的静音性能。其核心技术为潜艇无轴泵喷推进器,这种技术取消了传统的机械传动轴系,将驱动电机集成在导管内,通过电磁力直接驱动桨叶。由于消除了传动轴和减速齿轮箱等机械噪音源,它能从根本上降低潜艇的噪音,极大提升了隐蔽性。据公开报道,这项技术已经应用于中国新一代核潜艇,且技术上“领先美国”。

在更基础的电气工程领域,马伟明院士团队也解决了多个长期困扰世界的难题,并为后来的系统集成打下了坚实基础。他成功研制出带稳定绕组的多相整流发电机,从根本上解决了舰船供电系统中的“固有振荡”世界性难题,荣获国家科技进步一等奖。他还 创新性地提出了三相/十二相双绕组电力集成新原理,研制出世界上第一台能用一台电机同时发出交流和直流两种电的系统,为中国新一代潜艇提供了具有自主知识产权的“中国心”。

因此,已经有人称他为新一代的钱学森,而且钱的作用是对已有技术的国产替代,钱也是美国培养的科学家。而马伟明是中国土生土长的,他开发的技术是创新性,因此比钱更高一筹!

 

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新林院 回复 悄悄话 华府采菊人 【作为一个空气动力学家,钱老无疑是非常辉煌的,但钱老在卫星导弹工程中的作用,不是作为一个空气动力学家,而是整个系统的协调人,能把很多专才捏合在一起解决问题的,才是全才。
有点像是文科学生说的话】
也有点像是在描述奥本海默。
奥本海默也是,他掌控了到那时为止人类历史上最复杂的工程,把核裂变从理论变成现实,其表现超过他对理论科学的贡献。
The Manhattan Project was widely considered the most complex undertaking in human history at that time.

华府采菊人 回复 悄悄话 马厉不厉害,不清楚, 但作者将他比作又一个钱老学森,是不了解钱老的作用, 作为一个空气动力学家,钱老无疑是非常辉煌的,但钱老在卫星导弹工程中的作用,不是作为一个空气动力学家,而是整个系统的协调人,全才不可能每一行都是专家,每一行都有自己的专才,能把很多专才捏合在一起解决问题的,才是全才, 也学这个全才单独一个问题也解决不了。
有点像是文科学生说的话
初春时节 回复 悄悄话 @@ BeijingGirl1
最近没看见你的新博文呀,期待......
初春时节 回复 悄悄话 不大懂这些,学习了,谢谢。
ylyq_007 回复 悄悄话 回复 '新林院' 的评论 :
美军除了在第一次海湾战争打了一次漂亮仗,其后这三十多年来,一直吃老本,基本上是跟一些军事力量极其弱小的对手打, 如同跟臭棋篓子下棋, 很难提升自己水平.

比如海湾战争时大放异彩的战斧巡航导弹,这么多年一直挤牙膏似的修修改改,到现在还是亚音速的.中国相应的巡航导弹,由当初的CJ10,进化到2019年阅兵的DF100,4倍音速超3000公里打击范围,93阅兵又进化成CJ1000,解说已经是高超音速了,打击范围只能大家想象.而中国新亮相舰载高超音速鹰击系列,各有各的飞行姿态,美军现有拦截系统都无法有效拦截。然而美军自己连一款高超音速导弹都没有服役。没有对比,就没有伤害,特别是大部分人没有有意识去对比。

至于武器销售,连民用的高科技产品美国都插手小国的贸易,譬如ASML的光刻机,假若有购买力的中东国家,甚至东南亚国家大规模采购中国高价值进攻武器,可以想见白宫一定会明里阻止的。所以,沙特来了个曲线救国:跟巴基斯坦结军事盟。
BeijingGirl1 回复 悄悄话 哇, 专家来了。 文中说美军只有一艘航母是电磁弹射。 看来实战的是蒸汽。 谢谢 @ylyq 的解释。
ylyq_007 回复 悄悄话 回复 '红米2015' 的评论 :
:)
你是没看那弹射视频,简言之比我看到的所有美军飞机在航母上起飞的动作都丝滑.
电磁弹射用的是可控的电磁力,力量可以由弱变强,蒸汽弹射是机械力,力量是由强变弱.
无论对人还是对飞机本身,电磁弹射都优于蒸汽弹射方式,因此中美都转向电弹.
中国的电磁弹射是模块化设计,最大弹力可高可低,无人机航母076上也安装了,满油满弹弹射不是问题.

J15T是超30吨重型战机,对比的是美军F18E/F,中型舰载机,满载也不到30吨.
J35对比的F35C,美军当年不可一世,评估美国以外国家的隐性战机2030年前都出不来,
为了赚更多外销钱,将A/B/C三种机型都采用大涵道比/单发设计,做成多功能的笨重产品,结果在福特号上折腾好几年都无法电磁弹射.福特级航母当初要号称领先世界下一个50年,但若连隐性战机都无法弹射,非隐形的F18E/F遇到隐性对手,就只能被虐菜了.
BeijingGirl1 回复 悄悄话 其实我觉得中国应该两种都用, 安在不同的航母上。 就像美国的曼哈顿计划, 也是分头研究, 后来两颗原子弹都使用了,也成功了。 当然这个情况不同。毕竟安上了就要多次使用。 可能正式安装还要花费更多的钱, 所以还是选择 sink 蒸汽。
BeijingGirl1 回复 悄悄话 美军哪个实战是使用了弹射的? 电磁还是蒸汽? 就算实战, 能把飞机起飞, 也不一定满载啊。
红米2015 回复 悄悄话 美军那个弹射,是实战情况下,肯定是满载的。中国那个则不一定。
BeijingGirl1 回复 悄悄话 不过以前都是学别人, 当然解决了很多制造上的困难。 但是这个电磁版是中国自己的原创。 其实不论蒸汽版还是电磁版,科学原理早就有了, 关键是实际制造。 这个马伟明确实挺厉害的。
BeijingGirl1 回复 悄悄话 弹射器的事我事第一次听说。 看了知乎上的一个介绍 - 《中国航母弹射器秘史》 https://zhuanlan.zhihu.com/p/1955072320604467598
才知道中国已经研究了30年。
BeijingGirl1 回复 悄悄话 回复 '新林院' 的评论 : 是的。 上次阅兵的 东风-61, 如果不是一年前在太平洋发了实弹, 估计很多人都怀疑呢,
星光燦爛 回复 悄悄话 鸡血洗脑大外宣!
客居北 回复 悄悄话 “福建号”电磁弹射器除中压直流系统外,还有一个关键是用了电容储能,充放电快,调控也方便。甲板上一位士兵手上拿了一个象iPad东西,据说是可以根据起飞重量输入推力,缩短弹射间隙。
新林院 回复 悄悄话 【真的假的?只有打一架才知道吧。】
美国打仗从没停过,所以美国武器比较好卖。都是经过实战检验的。
中国自从中越战争以后就再也没打过仗;所以,武器不管数据上多棒,也不好卖。没经过实战检验。
自从印度那次
“刚买的飞机被打啦
丢人呐
一架都没飞回家
九十亿全部白花”
以后,据说中国武器经过一次实战检验,好卖了一些。

davidinchina 回复 悄悄话 真的假的?只有打一架才知道吧。
modems 回复 悄悄话 中宣部特稿 +粉红洗脑贴
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