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现役航空母舰主要有两种起降方式，一是滑跃起飞，二是弹射起飞。从目前服役的航母舰载机起飞方式来看，滑跃起飞和弹射起飞基本平分秋色，美国、法国、巴西的航母采用弹射起飞方式，但是技术来源都是美国。中国、英国、俄罗斯、印度、意大利则采用滑跃起飞方式。

与蒸汽弹射器相比，电磁弹射更效率、更灵活、更稳定、实用性更广。具体来看：一是效率高。二是重量和体积较小，三是性能更加稳定且易于维修。四是弹射机型范围更广。五是顺应舰艇全电化趋势。六是过程可控性好。

航空母舰电磁弹射由于其工作条件特殊等特点，对于电力电子和控制技术提出了非常高的要求，技术壁垒极高，目前只有美国具有电磁弹射上舰应用能力。整个电磁弹射系统包括弹射部分和阻拦部分。电磁弹射系统主要包括能量储存系统、脉冲功率交换系统、脉冲发射装置和控制系统。此外还包括支撑结构系统、喷气偏流板系统、首轮拖曳和牵制系统以及辅助系统。电磁弹射的工作原理是储能系统以较小功率从电网吸收并储存能量，能量满足发射要求后，接受发射命令后将脉冲功率转换系统将储能系统释放的电能变换为脉冲发射装置工作所需的脉冲电能，产生电磁力推动发射体运动。闭环运动控制系统则能够实时地控制发射体的运动轨迹，确保其在预定位置将加速到设定的末速度。

从国外目前在建的航母来看，美国新一代在建航母肯尼迪号和企业号都将采用电磁弹射方式，说明该技术在已经较为成熟并且具有较强优越性。福特级舰计划在年之前建造10艘，将逐步替代“尼米兹”级成为美国海军舰队的主力航母。“福特”级是第三代核动力航母，其舰载机攻击效率远超过“尼米兹”级，更加适应美国新时期的全球打击部署，无论是航母本身还是舰载机配置都是世界最顶尖水平，综合实力全球领先，目前福特级已经有明确建造计划的是“肯尼迪”和“企业”号。此外，印度计划建设的维沙尔号航母也将采用美国的电磁弹射技术。因此，目前在建或者有明确规划航母中至少有3艘使用电磁弹射技术，按照肯尼迪号航母一套电磁弹射+先进阻拦7.37亿美元的价格计算，国外市场规模将超过20亿美元。此外，俄罗斯等国家也在积极研发电磁弹射技术，电磁弹射在各国航母上的应用渗透率将逐渐提高。

一、航空母舰电磁弹射基本情况

1.1电磁弹射发展历程

作为以舰载机作为大型武器的水面舰艇，航空母舰承担着夺取制空制海权的重要武器，某种程度来讲，美国的海军是围绕航空母舰建设的，航空母舰承载的各类型舰载机承担着侦查、打击、防御的重要作用。舰载机的起飞能力和效率很大程度上决定着航母编队的作战能力，由于现代喷气式飞机起飞距离延长，使得航母舰载机必须有辅助升力装置辅助起飞，因此舰载机的起降技术则是航母的核心技术之一。

现役航空母舰主要有两种起降方式，一是滑跃起飞，二是弹射起飞。滑跃起飞又叫斜曲面甲板起飞，舰载战斗机依靠自身动力在甲板上滑跑经过上翘甲板产生的竖直分速度，实现离舰起飞。在活塞螺旋桨飞机时期，因飞机质量较小且起飞速度要求低，战斗机可凭借航母甲板实现滑跑起飞，20世纪90年代前采用滑跃起飞的均为小型航母，然而此时战斗机的作战范围较小，且无法使用固定翼预警机等，在现代战争中，预警机作用愈发凸显，滑跃起飞一定程度上限制了航母的作战能力，弹射器的重要性由此体现。美国率先研发出了弹射起飞，利用弹射器起飞时，飞机先自主滑到轨道起飞点，挂弹射钩和钳制释放钩，弹射器启动后2-3秒内将飞机加速到千米每秒的速度，弹射过程末端脱钩离舰，之后飞机迅速增大迎角进入起飞爬升状态。目前美军航母舰载机均使用弹射起飞方式。

航母弹射器发展可分为液压弹射、蒸汽弹射和电磁弹射三个阶段。早在一战时期，美国就研发出了第一台液压弹射器。年美海军研制出第一台压缩空气的液压弹射装置，年美军在“马里兰”号战列舰上成功弹射第一架飞机，液压弹射最早应用于一战、二战时期战列舰和巡洋舰弹射水上侦察机。但是液压弹射器只能弹射重量较小的螺旋桨飞机，而后来发展的喷气式战机与螺旋桨战机相比质量更大起飞速度更高，飞行甲板的起飞限制势必会影响航母的作战能力，因此美国海军着手改进弹射装置。考虑用输出功率更大的来源，蒸汽弹射和电磁弹射成为发展方向，但是受制于当时电动机的技术瓶颈，电磁弹射的效率较低，蒸汽弹射是最先得到应用的方案。

二战后，蒸汽式弹射器在英国海军得到应用，主要技术和设计方案沿用至今。蒸汽弹射器于年诞生于英国，英国海军获得了德国开口简体式弹射器的设计草图，并将其中的燃气改为蒸汽，形成了第一台蒸汽弹射器，并安装在了一艘临时改装的“英仙座”号航空母舰上做了实验。年美国从英国购买专利后生产C-11型弹射器，首台安装于“汉克科”号航母，随着更大型军舰的建造以及越来越重的超音速飞机上舰，美海军迫切需要更重型的弹射器，年改进的C-13型蒸汽弹射器问世，至今仍在服役。

20世纪90年代后期，随着直线电动机的发展，美国逐步开始将航母弹射研发重点转向电磁弹射转移。随着直线电动机的发展，电磁弹射器效率得到提升，相对蒸汽弹射电磁弹射的效率更高，同时具备推力达、质量和所占容积小的特点。因此美国海军从20实际90年年代开始，将弹射器发展重点从蒸汽弹射向电磁弹射转移。年开始通用原子公司牵头承担电磁弹射装置全尺寸全冲程样机的开发，美国用8年的时间进行电磁弹射器的可靠性、电磁兼容、舰机适配性试验，使其达到装舰条件。年5月，美国“福特级”航母交付海军，该航母共安装4部电磁弹射器。

从目前服役的航母舰载机起飞方式来看，滑跃起飞和弹射起飞基本平分秋色，美国、法国、巴西的航母采用弹射起飞方式，但是技术来源都是美国。中国、英国、俄罗斯、印度、意大利则采用滑跃起飞方式。

1.2电磁弹射系统特点

与蒸汽弹射器相比，电磁弹射更效率、更灵活、更稳定、实用性更广。具体来看：一是效率高。美国蒸汽弹射器的效率为4％-6％，弹射一次消耗蒸汽公斤，电磁弹射器总效率为15％，约为前者的3倍，弹射一次折合消耗蒸汽约公斤。在完全关闭状态下，电磁弹射器从启动达到待弹射状态所需时间不到15分钟，而蒸汽弹射器从启动达到待弹射状态需要数小时。二是重量和体积较小，电磁弹射的体积和重量均是蒸汽弹射的一半左右。三是性能更加稳定且易于维修。蒸汽弹射器“平均无临界故障使用次数”为次，电磁弹射器预计目标为1次。同时，由于蒸汽弹射器没有闭环控制系统，弹射时对舰载机推力的峰-均比平均值为1.25，最大可达到2.0，电磁弹射器可在弹射过程中不断修正推力偏差，将峰-均比控制在1.05以内。四是弹射机型范围更广。蒸汽弹射器最大弹射能量约为MJ，而电磁弹射系统可达MJ，可使航母搭载更多更重的机型的同时，弹射小而轻的无人机等。五是顺应舰艇全电化趋势。电磁弹射器采用电力，更适合未来航母全电化需求。此外，电磁弹射器在性能指标上与蒸汽弹射器存在很多不同，比如推力、推力峰均比、最大弹射能量、效率等。六是过程可控性好，电磁弹射具有闭环运动控制系统，通过反馈机制可以准确的控制运功的加速度、末速度，做到运动过程可控。

当然，电磁弹射系统也有一些不足，一是大功率电磁电机会对电子设备产生电磁干扰，弹射载荷正好处于弹射电动机上方，容易受到电磁干扰。二是电磁弹射系统成本较高。美国福特号航母电磁弹射系统+先进阻拦系统造价接近9.1亿美元，约占航母总造价的7％。第二艘福特级“肯尼迪”号航母电磁弹射系统目前的预算也高达7.37亿美元。

二、航空母舰电磁弹射系统构成

航空母舰电磁弹射由于其工作条件特殊等特点，对于电力电子和控制技术提出了非常高的要求，技术壁垒极高，目前只有美国具有电磁弹射上舰应用能力。主要包括一是发射过程具有超大功率、脉冲式、间歇循环式的工作特点，要求电力电子装置具备大幅调节电流和电压的能力；二是可靠性要求非常高，需要较大的冗余度；三是由于在发射过程中，控制对象呈现显著的非线性特征，对参数辨识和控制器的设计提出极高的要求；四是装置之间的信息流错综复杂，对于控制系统的时序配合和同步提出了很高的要求；五是在航母这种特定的场合下，对于装置的体积、重量、噪声、散热等提出了严苛的要求。

整个电磁弹射系统包括弹射部分和阻拦部分。电磁弹射系统主要包括能量储存系统、脉冲功率交换系统、脉冲发射装置和控制系统。此外还包括支撑结构系统、喷气偏流板系统、首轮拖曳和牵制系统以及辅助系统。工作原理是储能系统以较小功率从电网吸收并储存能量，能量满足发射要求后，接受发射命令后将脉冲功率转换系统将储能系统释放的电能变换为脉冲发射装置工作所需的脉冲电能，产生电磁力推动发射体运动。闭环运动控制系统则能够实时地控制发射体的运动轨迹，确保其在预定位置将加速到设定的末速度。

三、航空母舰电磁弹射发展趋势

3.1国外电磁弹射发展

美军电磁弹射设想始于二战时期。20世纪40年代，因液压弹射器无法满足未来舰载机需求，美军开始寻求蒸汽和电磁能作为替代动力，西屋（Westinghouse）公司开发了一种利用电磁能的弹射装置即电拖（Electropult）。年建成试验样机，但因推力较小、输出功率较低且能量效率远低于50％，当时并未被美军采用。20世纪50年代后，美军弹射器进入蒸汽时代，但蒸汽弹射器对弹射机型的限制过多，且体系过于庞大存在诸多不足。

20世纪末期，得益于电力电子技术的发展，美军在福特级航母的设计上提出全电概念。年美国海军与卡曼（Kaman）公司签订合同开发电磁弹射器替代现有蒸汽弹射器。卡曼公司电磁弹射器利用四台脉冲盘式交流发电机，从航母上独立电源获取能量并用周波变流器供电，并用直线同步电机弹射舰载机。

年，通用原子公司在竞标中获胜，获得电磁弹射研发订单。美军通过竞标开展原型机建造计划，诺斯洛普·格鲁曼公司（Northrop-Grumman）和通用原子公司（GeneralAtomics）参与竞标，经全面比较后年通用原子公司获得了美军5年1.45亿美元电磁弹射系统研发订单。7年通用原子公司电磁弹射系统研究基础设施建造完毕，电磁弹射技术通过关键设计评审，9年通用原子公司在莱克赫斯特海军基地开始测试。随后几年美海军相继弹射了F/A-18E“超级大黄蜂”战斗机、T-45C“苍鹰”教练机、E-2D“鹰眼”预警机等多种机型舰载机。年美海军于“福特号”航母上开始进行舰上全速弹射测试。

年，经过仅10年的研发测试，福特号航母电磁弹射和先进阻拦装置达到生产要求获得生产订单。年6月，美国海军授予通用原子公司7.37亿美元，为福特级二号舰“肯尼迪”号（CVN-79）建造先进拦阻装置和电磁弹射系统，第一架CVN-78“福特”号的成本约为9亿美元。

年，电磁弹射和先进阻拦装置可用于福特号全部舰载机的发射与回收，标志技术已经达到安全使用级别。年2月11日，通用原子公司电磁系统分部表示，舰载机电磁弹射系统（EMALS）和先进阻拦装置（AAG）已获准用于“福特”号航母所有目前搭载的舰载机的发射与回收工作。美国海军发布了飞机弹射公告（ALB）和飞机回收公告（ARB），识别了各型舰载机发射回收的重量、速度等要求，这预示着EMALS、AAG可以在“福特”号航母上安全使用。

目前美国是唯一将电磁弹射技术成功上舰的国家，英国也曾尝试开发电磁弹射，但是没有成功。英国以无人机电磁弹射研究起步。5年科孚德（ConverTeam）公司与英国国防部签订万英镑电磁弹射合同，7年开始进行无人机电磁运动集成技术（EMKIT）装置实验，于陆地平台弹射Herms、Herms、Eagle-1等型号无人机。发射平台除航母外，还考虑从护卫舰和驱逐舰甲板上发射无人机。年英国放弃自主研发，开始向美国求购电磁弹射系统和先进拦截系统组件，计划用于2艘在建伊丽莎白女王级航母，然因改造成本过高英国随后放弃电磁弹射计划，“伊丽莎白女王”号和“威尔士亲王”号仍采用短距滑跃起飞方案。

美国航母电磁弹射技术生产商为通用原子。通用原子（GeneralAtomics）是一家涉及国防及能源的全球性技术公司，公司成立于年，时隶属于通用动力（GeneralDynamic）公司，于年被Blue家族收购。通用原子公司主要业务可分为国防、无人机、能源系统和商用产品四个领域。通用原子航空系统（GA-ASI）子公司生产捕食者系列无人机，并提供电光，雷达，信号智能和自动化机载监视系统。电磁系统部门为美国海军生产飞机电磁发射和先进回收系统，卫星监视，电磁轨道炮，大功率激光，超高速弹丸和功率转换系统。通用原子公司是磁聚变能（MFE）的领导者，是美国热核聚变研究的主要参与者。GA为美国能源部研发生产的DIII-D国家熔合设备是美国最大的MFE设备，也是世界上最大的MFE设备之一。DIII-D的研究解决了跨越对聚变等离子体物理的基本理解的一系列问题，并为包括国际热核聚变实验堆计划（ITER）项目在内的未来聚变装置的操作建立了科学基础。GA还致力于制造ITER组件，包括中心螺线管，这将是世界上最强大的超导磁体，将形成ITER设备的跳动心脏。通用原子公司旗下还包括通用原子系统集成（GA-SI）公司、通用原子欧洲（GA-Europe）公司、希思盖特资源有限公司（Heathgate），通用原子铀资源公司和其他研究公司DiazymeLaboratoriesInc.等。

3.2电磁弹射应用与市场空间

从国外目前在建的航母来看，美国新一代在建航母肯尼迪号和企业号都将采用电磁弹射方式，说明该技术在已经较为成熟并且具有较强优越性。福特级舰计划在年之前建造10艘，将逐步替代“尼米兹”级成为美国海军舰队的主力航母。“福特”级是第三代核动力航母，其舰载机攻击效率远超过“尼米兹”级，更加适应美国新时期的全球打击部署，无论是航母本身还是舰载机配置都是世界最顶尖水平，综合实力全球领先，目前福特级已经有明确建造计划的是“肯尼迪”和“企业”号。随着电磁弹射技术的成熟，电磁弹射的优势凸显，美国的盟友国家或将采购其电磁弹射系统，印度计划建设的维沙尔号航母或将采用美国的电磁弹射技术。因此，目前在建或者有明确规划航母中至少有3艘使用电磁弹射技术，按照肯尼迪号航母一套电磁弹射+先进阻拦7.37亿美元的价格计算，国外市场规模将超过20亿美元。此外，俄罗斯等国家也在积极研发电磁弹射技术，电磁弹射在各国航母上的应用渗透率将逐渐提高。

四、风险分析

1、各国国防经费预算大幅下降。

2、航母建设不及预期.

3、电磁弹射技术应用时间较短，可能出现技术问题。