中国电弹为什么比美国电弹技高一筹
在“福建”号入役仪式上,中国电弹稳坐C位。应该。这是“要领先就领先美国”的最真实体现,也在海试中证实了英雄本色,做到了每90秒弹射一架飞机。
美国“福特”级的设计要求之一是前所未有的高出动率,所以兰德在“低成本航母”研究中还有吨位降低到8万吨、电弹减少到3个的方案。“福特”级有4个电弹,设计要求是每天160架次(可持续),最高220架次(战时峰值)。“尼米兹”级达到过每天240架次的峰值,但那是极限试验,慢说人力和设备都无法持续,这样的超高出动率甚至不可重复。
“福建”号据说能达到每天210架次,也有说能达到260架次的,这是根据有限新闻的外推,都不是准数。考虑到“福建”号是3台电弹而“福特”级有4台电弹,即使“福建”号能接近“福特”级的出动率,也足够说明中国电弹的水平更高了。
马伟明没有吹牛,原因在于中国的中压直流真领先于美国的中压交流。
日常用电是交流电,手机、笔记本充电是直流电(充电器把交流转换成直流了)。交流电和直流电曾经在电气化的早期大战过一场,尼古拉·特斯拉主张交流电,托马斯·爱迪生主张直流电,最后交流电胜出。
直流电稳定,易于控制,适合小功率设备,但没法改变电压,这就不能高压输电,因此不利于长距离输电,需要密集设置发电站。在同等功率要求下,高电压等于小电流,只需要小直径电缆,间接降低电阻,或者反过来,同样直径(电阻)的电拦,输电功率对电压成平方增长。便于升高电压还是很重要的。
交流电则恰恰相反,升压降压容易,便于高压长距离输电、增加输电效率和低压用电、增加用电安全,只需要少数几个发电站就可以供应整个电网。不过交流电比较复杂,相对难以控制,好在适合大功率设备。
交流电的复杂性不仅在于正反极性交替变化,正弦电流还有有功功率、无功功率的事情,还有三相电、多相电的相位问题,更有电网的频率稳定问题。
在中国,交流电是50赫兹,也就是说,每秒钟正负极性交替50次。美国是60赫兹,只是次数的多少,其他没有什么差别。但电网上有特大负荷冲击的时候,电压、电流都会受到影响。家里有空调机启动的时候,电灯可能暗一下,就是这个道理。负荷冲击厉害的时候,频率也会“拉下来”,这麻烦就大了。电网频率不同步的话,就会打架,好比八驾马车的八匹大马步调不一致,就可能互相绊脚,最后大家都趴下了。
电弹是超大负荷,弹射的时候造成电网频率不同步是很可能的事情。好的话,给一点时间能缓过气来;糟的话,把电网拉趴下了,就需要电网重启,要是启动失败,全电化的舰船就成死鱼一条了。
这道理其实不难懂,在现实中也常有发生。美国电网动不动整片拉黑,常常就是因为恶劣天气造成局部断电,然后负荷不平衡,造成频率失去同步,然后问题扩散,然后就没有然后了。
电弹消耗功率,电拦向电网注入功率,其实有一样的负荷不平衡问题。还好“福特”号的电拦是不彻底的电拦,电磁部分只是调节拦阻索拉力,主要的减速作用还是来自水力涡轮,电拦的问题小一点。解决不了问题,就解决造成问题的人,在这里管用了。
“福特”号用中压交流。大部分用电设备本来都是交流的,需要直流的地方变压后用整流器就行,挺简单的。问题是在频繁大负荷的场合下,交流可能成为致命伤。美国的工程师不会交流电网在负荷冲击下会有频率问题都不知道,但看来解决得不够好。
“福建”号采用中压直流。直流没有频率,所以在原理层面上就不会出“福特”号那样负荷冲击造成频率失去同步的问题。
直流升压需要通过斩波变成交流后,再用变压器升压,然后再整流回直流,麻烦一点,但电网强韧性特别好。直流变交流再变回直流的环节也是天然的负荷冲击隔离环节,电网各部分的负荷冲击都本地化了,没法祸害整个电网,不会对全网造成冲击。
直流系统还便于实现多相电。主干是直流,用户端反正要直流变交流,需要几相就几相。四相电、八相电、十二相电,都是小菜一碟。
变态一点,相位不均匀都能做,比如三相电AB相位差90度,BC差90度,CA差180度,而不是通常的各差120度。为什么要这么变态,老实说,不知道,为什么需要变态是你的问题,但你能想出来,我就能做到。这也是厉害之处。
“福特”级能改直流吗?或许能,但这是大改了。中国大功率直流输变电是绝活,美国能不能拿下就不好说了。
要是哪一天“福特”号和“福建”号在海上碰到,来一场“友谊第一比赛第二”的电弹放飞比赛,那就好玩了。



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