钱江晚报·小时新闻记者 郑琳 实习生 周沛茜
6月17日，我国第三艘航空母舰正式下水，这是我国自主研制的一艘新型航母，命名为“福建舰”。这艘航空母舰创造了多项世界之最，引起了全世界的关注目光，其中一个很大的亮点就是采用了电磁弹射技术，这也是目前航母舰载机最先进的起飞方式。
同学们一定会好奇，电磁弹射技术有什么作用、和原来的弹射技术有什么差别？
在初中科学八年级下册第一章《电与磁》中，同学们学过电磁学的基本概念，本期我们邀请杭州建兰中学科学老师曹健，为大家出思考题，一起来学习电磁弹射的知识吧！
弹射技术很关键
代表航母编队的作战能力
舰载机是航母战斗力的核心，在作战中，舰载机负责对地面、海上以及空中目标进行打击。所以，舰载机的起飞能力和效率很大程度上决定航母编队的作战能力。目前,全球现役航母可以大致分为弹射器起飞、滑跃起飞两种模式，F-35B这种垂直、短距起降战机其实也是滑跃起飞的一种。其中，弹射起飞就是利用弹射器助推，把飞机当作“石子”，用一个“弹弓”把飞机“弹”出去，使飞机获得更高的加速度，具备在短距离内放飞重型战机的能力，是一种舰载机起飞的主流方式。
我国海军装备的001型辽宁舰，曾在2022年5月2日出海，21日返回，期间共起降舰载机300余架次，一时震动全球。对于1艘6万吨的滑跃型航母而言，持续时间达20天，单日起飞舰载机超过15架次的记录，创造了世所罕见的成绩。然而，美国海军装备的10万吨级“尼米兹”级，设计要求单日起飞舰载机120架次，“福特”级设计要求单日起飞更是高达160架次。
在1991年海湾战争中，美国海军出动的6艘航母单日舰载机起飞架次分布在80-105不等，平均数字在90左右，是辽宁舰的6倍之多。在美国海军的极限测试中，“尼米兹”级更是达到过一小时放飞31架舰载机，单日出动约180架次的惊人记录（持续三天）。而辽宁舰之所以舰载机出动频率高，与“尼米兹”、“福特”差距如此之大，最重要的原因就在于弹射器上。
因此，我们不难看出，决定舰载机攻击能力的不仅仅是舰载机本身的性能，还有弹射技术。一方面，滑跃型航母在舰首有高高翘起的滑跃甲板，这是为辅助舰载机起飞，增加升力而设计的。它的弊端在于呈倾斜状的飞行甲板前部，无法再容纳舰载机以及其他设施，甚至下一层机库甲板也无法在这个位置安置维护设备或舰载机。同时，依靠滑跃起飞会使得战舰受到风向等因素的影响。另一方面，滑跃型航母舰载机起飞时，由于缺少弹射器提供的动力支持，需要的起飞准备更加复杂，时间更长，远远无法做到弹射型航母，理论上可以间隔1分钟就弹射1架舰载机的程度。
既然弹射技术如此重要，那么大家想不想知道003号航母采用的电磁弹射技术和之前的弹射技术有什么区别呢？
为什么电磁弹射比蒸汽弹射厉害？
能源效率转化相差10-15倍
蒸汽弹射器与电磁弹射器的主要区别是能源转换效率，由于蒸汽弹射器需要通过发动机将水加热为高温蒸汽后再由蒸汽释放势能，期间经过两次能源转换、并由蒸汽这种既不适合作为能量储存介质又容易泄露的介质作为中间媒介，不可避免会造成较大的能量损耗。
而电磁弹射器则直接利用电磁斥力、无需中间能量转换介质，因此能量损耗极低。由于工作方式上的差别，电磁弹射器相比于蒸汽弹射器不但能源利用效率有质的飞跃、能在耗费更少的能源的前提下加速起飞重量更大的飞机，而且重量更轻、结构更加简单、在航母上使用时能降低对舰体空间的要求。
同时，由于电磁弹射器的能源来自电力，因此能更准确地调控输出功率、针对不同型号和不同任务的飞机进行精确加速，还能被纳入舰船综合电力系统进行智能监测和电力的统一分配，不仅能减轻舰船的能源消耗负担而且可以实现工作状态实时监控、最大程度避免出现因故障导致弹射器不能使用的问题。
因此，拥有电磁弹射器的航母，舰载机可以随时起飞，起飞重量大幅度提高，这意味着舰载机可以携带更多的弹药，大大提高了战机的战斗能力，可以说003号出道即巅峰，成为常规动力航母的天花板。
前面提到的 “尼米兹”级航母用的是C-13蒸汽弹射器，而“福特”级航母采用的EMALS电磁弹射系统。两种弹射技术，能源利用效率相差10~15倍左右，并且，EMALS发生重大故障的时间间隔，也比C-13提高三倍以上。
由此可见，电磁弹射器不仅在工作效率上对蒸汽弹射器形成了压倒性的优势，而且在其他关键性指标上也具有不可比拟的优势，对航母作战能力的提升具有革命性的意义。
同时，在实际投入使用中，蒸汽弹射器的材料在建造上要求苛刻，既需要耐高温耐高压还要耐高盐海水的腐蚀，也需要定期要做检查、保养，保证各项性能达标。美国“尼米兹”级航母的维护时间和费用有一半甚至一大半花在蒸汽弹射器上，而电磁弹射器不需要考虑以上因素。因为它的弹射速度更快，只需要一个弹射滑块的耐磨性。不仅如此，蒸汽弹射器运行需要500人，而电磁弹射器仅需前者的三分之一；蒸汽弹射器重量486吨而电磁弹射器仅有225吨……这些都使得电磁弹射技术“打败”蒸汽弹射技术。
思考题 杭州市建兰中学科学教研组长 曹健
我国003航母将采用自行研制的电磁弹射器。电磁弹射器的弹射车与飞机前轮连接,夹板轨道下铺设了一层太阳能电池板且预留有金属线圈。太阳能电池板可以把光能转化成电能；若将预留的金属线圈与太阳能电池相连，线圈周围就会产生____1_______；当弹射车内的导体通以强电流时，舰载机受到强大的推力而快速起飞，此时电能转化为机械能。电磁弹射器工作原理______2_____ 。若舰载机质量为15t，从开始被弹射到起飞的过程中，舰载机受到向上的升力不断增大的直接原因是___3________。舰载机被弹射出去后，航母受到的浮力将比舰载机未被弹射时____4_______（增大，不变，减小）。
参考答案
1、磁场
2、利用通电导体在磁场中受力而运动
3、机翼上方的气体流速快、压强小，下方的气体流速慢、压强大
4、减小
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