電磁彈射器技術篇之中央控制系統

morris_2007

電磁彈射器代表了新一代航母的技術水平，它也是未來航母發展必然要突破的瓶頸。但是電磁彈射器在技術上的復雜度及工藝上的精確度卻是非同尋常的。一般來說，航母本身就已經代表了一個國家的綜合實力，而電磁彈射器，則是綜合實力更高的體現。

鄙人前段發表了《電磁彈射器技術篇之—強迫儲能裝置》、《電磁彈射器技術篇之—大功率控制裝置》、《電磁彈射器技術篇之—直線電機》，應該說，這些只是電磁彈射器的核心部件，然而，要控制電磁彈射器，光有這些東西還不夠，必須要有中央控制系統才行。應該說，中央控制系統並不復雜，特別是自動化信息技術日益發展的今天，這些已經算不上特別先進的技術了，相比強迫儲能、大功率控制裝置及直線電機部分，更易實現和突破。航空母艦電磁彈射器的中央控制系統的模式和工業廠房的自動化模式相同，也是采取PLC進行控制。而針對強迫儲能、大功率控制裝置及直線電機部分分別設置分PLC，同時也設置了控制台的PLC及用於聯絡的PLC。它們之間均采用單模光纖傳輸信號，在速度上也保證了工作的需求。分PLC具體負責每個分部的控制，總PLC的作用主要是通訊、管理分PLC的功能。為了更好的對每個分部控制進行了解，需要對每個分PLC及相關部件單獨介紹一下。


一、 強迫儲能裝置

強迫儲能裝置是什麼？它的作用是緩和發電機的作功，簡單的說也就是通過一定的長時間進行充電，讓強迫儲能裝置能儲存相當的能量，以確保彈射戰機。我們知道，彈射一架F-35C或者是E-2的話，大約需要150兆焦的能量，而彈射時間不過兩秒多，大家可以計算一下，平均功率可達幾萬千瓦，而電磁彈射器並不是恒功率作功，在彈射末端最大功率可達十幾萬千瓦，即便是航母上的發電機功率有這麼大，但是如果此的沖擊性負荷也會致辭發電機故障及其它用電設備無法使用。因此，必須有一種設備能平緩的從發電機吸收能量，並保證短時大功率的供應給電磁發射系統，那這個設備就是強迫儲能裝置。

理論上確實需要強迫儲能裝置，那麼實物是怎麼樣的呢？其實實物看上去並無什麼高深和特別之處，這看上去既像電動機，又像發電機，而事實上也確實如此。在充電時，它就是電動機，它通過大功率控制裝置給它充電，由於大功率控制裝置在原理上和我們的日常變頻器一樣，因此強迫儲能裝置實際上也就是給電動機加速，從而實現儲能的目的。但是需要說的是，強迫儲能裝置是電機和一個慣性飛機同軸相連的組合體，慣性飛輪其實並不算太重，真正重的是電機的轉子。以美國佬的電磁彈射器的強迫儲能裝置來說吧，飛輪只有轉子的三分之一重，而轉子和飛輪總重卻可以達到5噸重。由於大功率控制裝置在經強迫儲能裝置充電時，頻率變化範圍是0∼626赫茲（彈射戰機時遠達不到），因此可以最高將電機拖動到150轉/秒。每部強迫儲能裝置儲存能量約90兆焦，而四部這樣的強迫儲能裝置總共可以儲存300以上兆焦的能量，遠大於彈射F-35C的能量。

為什麼需要儲存這麼多的能量呢？剛剛好不就行了嗎？其實這因為對電磁彈射只知其一而不知其二。按理說，彈射一架戰機所需要的能量並不多，一架F-35C最多150兆焦的能量，而一度電卻有3.6兆焦的能量，算起來不過40多度電而已，一般家庭一個月的用電量差不多都可以彈射幾架F-35。就象激光一樣，它的能量可以切割鋼板，但是這樣的一次激光的總能量卻煮不熟一個雞蛋。這其實就要區別一個概念，能量和功率的區別。由於彈射戰機時強迫儲能裝置的能量會越來越少，但是相反的，在具體彈射戰機作功時，由於是加速度作功，根據公式P=F*V，在末端的需要功率反而會更大，如何保證在末端仍有強勁的功率以彈射戰機呢？就必須要在彈射末端時仍有較高的儲能。更何況電磁彈射器不象蒸汽彈射器，在彈射完戰機後，還要反接制動，還要將感應動子復位，而這些都是需要一定能量的。因此電磁彈射器在每次彈射完戰機、制動並返回後，仍有相當的能量，強迫儲能裝置仍保存最高轉速的30%以上。不要擔心再次充電會帶來影響，當再次充電時由於四象限運行，強迫儲能裝置還可以往電網倒送電，但是送的不多，一旦感應設備檢測到是倒送電，大功率控制裝置會很快提高頻率，最多不過倒送2秒鐘的電而已。而強迫儲能裝置一次充電時間在約在45∼55秒鐘（具體看彈射何種戰機）。

強迫儲能裝置就是電機拖一個飛輪，但是這個電機既是電動機又是發電機，原因就是它的轉子，它的轉子跟我們日常的三相繞線式電機沒兩樣，也是轉子有繞組並通過滑環引出來。而充電時它的轉子繞組是短接的。美國佬的四部儲能裝置每台在充電時功率約1500多千瓦，四台總共6000多千瓦。由於儲存的是動能，因此根據速度繼電器就可以準確無誤的知道儲存的能量。值得一提的是，這四部強迫儲能裝置是同步運行的，因為大功率控制裝置是同一個設備給的信號。而這四部強迫儲能裝置也是由同一個PLC給定信號進行同時工作的，如何能保證工作同步？其實不需要擔心，因為這四台裝置全部完全一樣，而且即便是有個別速度不一致，也會因同步拖動原理而達到同樣的速度。因為速度快的受到的拖動力小，而速度慢的受到的拖動力大，從而保證同步轉速。達到規定速度後，轉子短接開關斷開。

強迫儲能裝置在放電時是個發電機，它的轉子不再是短接，實際上在達到一個儲能後已經斷開。而接入的是勵磁電流，這勵磁電流控制可是核心裝置，它是通用公司的壓軸戲，勵磁電流控制裝置是一個成套裝置，它只接受強迫儲能裝置部分PLC的指令，根據指令進行精確的控制勵磁電流，這是一個很復雜的設備，它不僅要求電流準確，而且反應速度也是相當的快。目前全球也就只有通用公司研制成功。它可以實現輸出電壓完全適應於電磁彈射器的需要。要知道，電磁彈射器工作時，頻率在增加，電壓也在增加，電抗也在增加，相反強迫儲能裝置的轉速卻在下降，而且全部都在動態的變化之中。如何實現所有戰機彈射時電壓的精確輸出？這個東西可謂是秘笈。值得一提的是，這四台強迫儲能裝置是同步供給勵磁電流，它們的電壓、頻率一致，相位差有差別沒關系，因為都是也經過整流變成直流再進行控制的，與相位差無關。

更需要一說的是，福特級航母上的電磁攔阻系統中，采用電磁攔阻而非以前的液壓攔阻，如何保證戰機在鉤住攔阻索時受到的制動力平滑而不會過載？也需要與強迫儲能裝置類似的勵磁電流控制裝置。電磁攔阻裝置從外表看與以前尼米茲級上沒有什麼不同，介理內部工作機制卻完全不同，雖然也同樣有滑輪阻尼系統，但是已不再是壓縮汽缸，而是拖動卷筒並帶動電機發電制動。由於它的時時監測及可控性，因此不均衡過載遠低於液壓攔阻系統。對戰機的損傷也小得多。不過，節能方面則不如液壓系統，它發電制動發出的電用電阻白白消耗掉。應該說，通用公司在這方面的成就可謂獨一無二。

值得一提的是，強迫儲能裝置的電機在外形上與普通電機也有區別，大致看模型圖，感覺到細長的感覺，它的長度確實幾倍於日常電機，不過，它的散熱系統也有別於日常電機，它不象日常電機把風扇直接固定在轉子上，而是獨立的電機驅動系統。它的定子鐵芯有穿孔，在彈射戰機時有專用的兩級高壓風扇散熱，冷卻氣流可以直接通過鐵芯進行冷卻。

強迫儲能裝置控制的東西不多，但是最核心的是勵磁電流控制裝置，其它的也有電壓、電流監控及電機專用保護系統，類似於工業電氣用的MMC之類的。當然還有速度繼電器、軸承溫度儀、散熱風扇等儀表或設備類。它們均統一由強迫儲能裝置的PLC進行控制。

記得向我提過，用超級電容器不行嗎？理論上來說，當然可以，由於它提供的是直流電源，還省去了整流裝置，簡化了系統呢。但是現實條件不允許，雖說強迫儲能裝置儲存的能量也不算多，但是在充放電方面要求很高。以天津的超級電容器來說吧，周國泰說它的儲存密度是鋰電池的一半左右，估計也能達到1千瓦時/60公斤吧，即便是這樣，彈射一架戰機（綜合考慮）所需的高能鎳碳超級電容器總重也不到3噸重，即便時增加10倍，達到30噸，也不及強迫儲能裝置（共4部）的一半，但是問題是，它要求在2秒鐘內釋放出約40多度電的能量，可行嗎？而且使用壽命是多少次？不僅如此，它的最大電流幾萬安培電流還是末端釋放出來的。在大功率控制裝置中可以用脈沖寬度調制的方法調壓（實際上只能降壓），但是卻不能增壓，如此類似短路的大電流不是誰都能承受得了的，更何況在末端有最高14千伏的電壓啊。由於超級電容器在放電過程中電壓是會下降的，也就意味著超級電容器必須儲存比14千伏更高的電壓，並且具備比幾萬安培更大的放電能力，這種超級電容器目前來說，還辦不到。但是目前辦不到也並不代表未來就一定辦不到，超級電容器還是很誘人的，畢竟它有一定的優點，比如說可以提供直流電源，省去了整流設備，也不需要復雜的勵磁電流控制裝置，通過脈沖寬度調制也可以實現調壓的效果，以適應彈射戰機的需要。

強迫儲能裝置共有四套，英國佬的計劃有六套，大家可以看出來都是雙數，為什麼呢？其實有好幾個方面因素。首先，每兩個相對放置，並單獨安裝在一個底座上，與艦體隔離。由於旋轉方向相反，而且速度相同，因此可以抵消對整個艦艇不平衡的影響，要知道，在彈射戰機的時候，扭矩力的影響還是很大的。其次把一個較大的物體分解成幾個較小的物體，技術上實現容易，安裝及檢修方面還比較方便。不過也有它的不利因素，因為每套都有單獨的控制及保護系統，以致於整個系統更加復雜，增加很多的斷路器及電纜、儀表等。中國的應以兩套為宜，在技術方面有難處時可以考慮四套，多了則不適合整個系統的控制。

強迫儲能裝置所有控制都有所屬PLC進行控制，包括散熱、監測等設備。它接受總PLC的指令並完成儲能及彈射時釋放強大的能量。在充電的時候，彈射室的輸入傳輸到總PLC，總PLC會經強迫儲能裝置PLC一個信號，告訴它該儲多少能量，並要彈射什麼樣的飛機。強迫儲能裝置會從艦艇上電源通過大功率控制裝置進行儲能，強迫儲能裝置PLC閉合儲能斷路，並短接轉子回路，整個電路象電網給強迫儲能裝置供電的電路。儲能多少通過速度繼電器反饋給PLC，儲能完畢後轉子閉合處斷開，儲能回路斷路器斷開。儲能完畢後，由強迫儲能裝置PLC反饋信號給總PLC，總PLC再反饋給彈射室，操作人員根據戰機調備情況，手動按下彈射按鈕，手動信號傳給總PLC，總PLC協調大功率控制裝置、強迫儲能裝置、直線電機部分的三個PLC，協調控制以彈射戰機。而做為強迫儲能裝置的PLC，先控制彈射回路斷路器閉合，這時回路變成強迫儲能裝置向直線電機供電的情況，它的轉子立即接通勵磁電流控制裝置，勵磁電流控制裝置會根據PLC的參數自動計算並輸出勵磁電流，以達到精確勵磁電流控制輸出。

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二、 大功率控制裝置

與強迫儲能裝置配套，它也有四套大功率控制裝置，與其一對一對應。大功率控制裝置相當於日常的變頻器，與強迫儲能裝置不同的是，它不僅有風冷卻，也有一套水冷卻系統。具體可見本人發表的《電磁彈射器技術篇之—大功率控制裝置》。大功率控制裝置的PLC也全局管理這四套大功率控制裝置。它的核心部件是脈沖寬度調制控制的CPU部分。與強迫儲能裝置相同，它也是由一個裝置精確並同時控制這四台大功率控制裝置，以完成儲能及彈射戰機的任務。

大功率控制裝置主要由整流部分、濾波部分、脈沖寬度調制及弦波耦合部分組成。附件有監測儀表、保護裝置、風冷及水流散熱系統等組成。整流主要的任務是把交流變成直流電，這個大家都清楚，濾波作用是利用電容穩定直流電壓的波動。因為即便是經過了三相橋式整流後，也是脈動的直流電，而電容可以起到穩定電壓的功能。整個核心功能就是脈沖寬度調制。了解電子的對脈沖寬度調制技術當然不陌生，控制基極對元器件的時間導通就可以對主電路進行有效控制，我們知道，改變脈沖列的周期可以調節頻率，那麼在此基礎上，通過控制基極通過，控制導通時間就可以改變脈沖的寬度或占空比（調制後的矩形波與未調制的矩形波之比，當然比值只能小於等於一），可以改變電壓，從而實現可調電壓和可調頻率的需要。當然，這些輸出都是矩形波，而矩形波其實可以分解成很多高次諧波，對用電負荷會產生很多額外損耗甚至影響到其工作的。因此必須經過耦合設備來實現接近正弦的能力。如果是超級電容器，可以省去整流及濾波部分，通過脈沖寬度調制技術可以實現調頻及調壓的效果。但是由於超級電容器開始時電壓高，末端時電壓低，與彈射器工作電壓正好相反，因此需要儲存更高或更多的電量，通過控制占空比在開始時降低電壓，但是這樣的脈沖電壓較短，有的甚至是尖脈沖。由於它只能降壓而不能增壓，因此末端差不多是全波輸出，以滿足作功需要。

大功率控制裝置的PLC大都分時間均處於等待狀態，它需要總PLC給它的信號並反饋給總PLC以實現聯動控制。主要工作狀態為充電及彈射做功兩種。當接受到儲能信號時，大功率控制通過艦艇上的電源給強迫儲能裝置充電，為了保證充電功率的平穩，頻率不斷增加，但不是線性的，因為能量跟速度的平方成正比，因此作功加速在早期很快，而到後期就越慢。我們日常的變頻器可以把頻率從零加到50赫茲，以上就不加了，為什麼呢？其實並不是不能加上去直至60或70赫茲的，這在控制系統方面隨便改一下很容易就能做到。但是增加頻率也同時會增加功率。就拿變頻恒壓供水來說吧，由於電機拖動水泵，軸輸出與轉速有很大的關系，超過工頻（我們的50赫茲，西方的是60赫茲）會增加功率輸出，不僅電機受不了，變頻也要把參數提高一些。大功率控制裝置在儲能的時候頻率可以從零增加到600多赫茲，而整個能量儲存約50秒鐘內功率幾乎是穩定，這方面的調節控制主要由大功率控制裝置內部程序控制，而非大功率控制裝置的PLC。其實能量的輸入就只有艦艇的發電機，航母電磁彈射器的強迫儲能裝置的目的就是為了緩解發電機的壓力，避免沖擊性負荷的影響，但是強迫儲能裝置並不是節省了電能，相反加上損耗還增加了能耗，只不過改善了發電機的供電環境罷了。

當轉子連同飛輪的轉速達到要求時，大功率控制裝置的PLC會控制大功率控制裝置的CPU，讓其停止工作，並斷開儲能回路斷路器及斷開轉子短接開關。很多人認為，由於是四個大功率控制裝置是同時斷開的，很難保證四套儲能裝置儲存的能量完全一樣多。其實是多慮了，因為這四套裝置完全一樣，而且四套裝置就只有一個CPU並同時進行控制，在儲能上相差極小，與總的儲能相比，根本不會有任何影響，何況它們並不並聯工作，而是直接接入直線電機模塊單元工作的。

儲能完成，並不是立即工作，還需要等彈射的指令，而彈射指令是由彈射室內人員手動給的信號。這個信號經總PLC後直接傳輸到強迫儲能裝置PLC、大功率控制裝置PLC及直線電機管理PLC，這3個分PLC在總PLC的分布協調下同步完成彈射戰機的任務。特別是強迫儲能裝置PLC和大功率控制裝置PLC的協調必須一致，因為在彈射戰機不過短短的2秒多時間內，強迫儲能裝置由能量逐漸增大的變化，而大功率控制裝置也是由輸出功率逐漸增大並在末端突然反向制動，這方面的控制必須十分精確，不能有絲毫差錯，否則就會引起相當嚴重的後果。直線電機管理的PLC也必須十分精準的投入和切除相關回路的斷路，以保證同步的工作。在彈射戰機的時候，大功率控制裝置輸出的電壓迅速增加，頻率也迅速增加，不過頻率最高遠低於儲能時達到的最高頻率。這種電壓及頻率的變化目的只有一個，那就是在規定的距離內，以恒定的力把戰機勻加速到起飛的速度（加上甲板風），然後立即反向制動，在極短的距離內必須停下來。制定的加速度很大，可以達到幾十個G。至於彈射器感應動子的復位，其實就是返回原處，以便繼續彈射下一個戰機的控制則要求要寬松的多。感應動子返回的速度並不快，而且消耗的功率也不算大，因為感應動子本身就很輕，強迫儲能裝置雖然儲存的能量在彈射和制動後所剩不多，但是讓動子返回還是小意思，何況這時的電壓和頻率要求也不是那麼高。在感應動子返回是其實跟電梯控制比較相近，當然，其實這時不用強迫儲能裝置，而是直接從艦艇的電源通過大功率控制裝置及直線電機的控制來返回感應動子（甲板上就是彈射梭）也是完全可以的。只不過強迫儲能裝置由於需要在末端的高功率輸出及高功率的制動需要，在彈射完戰機並制動後仍有相當一部分的能量，所以完全可以勝任這份工作。其實，即便是動子返回，強迫儲能裝置內仍有不小於儲存總量16%的能量，而轉速也不低於最高轉速的40%。

大功率控制裝置在整個工作中，基本上就是相當於變頻器的作用，不過要比日常的變頻器要復雜的多，因為，它不僅要彈射各種戰機，適應不同重量及不同的起飛速度。還有精確控制的作用，特別是在彈射戰機的2秒多時間內，頻率變化急劇，輸出功率驟增，一般變頻器，即便是高壓變頻器也是很難做到的。這方面除了CPU的先進功能外，性能優異的主控元器件也是關鍵因素之一。當然，美國佬采用的是數量眾多的IGCT元器件分別進行串聯及並聯進行控制。而且由一個CPU同時對四部大功率控制裝置進行控制。除了元器件的性能好外，先進的水冷系統也是必不可少的，因為電子元器件畢竟比不上一般強電電路的斷路器及導線，導電能力不管怎麼說還是無法相提並論的。因此產生的熱量也是不可忽視的。僅憑風冷只能在外表進行冷卻，效果是無法滿足要求的。但是水冷所需的附件也是很麻煩的，它不僅要求主路元器件有散熱孔，還有復雜的循環水管聯系起來，同時還需要一套冷卻裝置。采用的是去離子水，進口水溫為0到4度低溫。不過，它不需要長時間進行冷卻，只是在彈射的短時間內進行冷卻，在儲能及動子返回時由於發散熱量少而不需要進行水冷卻。實際上水冷卻動力也是儲能式蓄壓供水，美國航母上每套彈射器配一套旋轉儲能時蓄壓器，通過高壓水流流動元器件的內部，從而帶走大部分熱量，每套總功率（含外部風機、制冷裝置等）可達500千瓦。

需要補充一下，由於英國佬無法象通用公司那樣研制出強迫儲能裝置的勵磁電流控制裝置，因此它放棄了強迫儲能裝置精確調壓的功能。轉子只是輸入恒定的直流電（並不是所有戰機的直流都是一樣的），改到利用大功率控制裝置進行調壓的功能，它是采用在整流電路進行調壓，整流我們一定聽到過斬波整流，其實也就是降壓整流，而斬波整流後的直流電壓脈動更嚴重，完全靠濾波是容處理。但是斬波整流只能降壓，不能升壓，因此就必須確保在彈射末端時仍保高於工作時的電壓。這好比兩個人擔水，前面的人把桶往後去一點，自己可能輕一點，但是後面的人就會重一點。在能力有限的時候，往往需要妥協，強的一方要妥協弱的一方才能總終共同成功。航母和戰機也本身存在著妥協，戰機弱的時候航母妥協一下，而航母能力弱的時候戰機有時候需要妥協一下才行。

因此，大功率控制裝置的PLC不僅要主控大功率控制的CPU，還有控制散熱系統及各種監測、保護、顯示等儀表及設備，而且還要求它們準確無誤的啟停。無論是充電儲能還是彈射戰機，大功率控制可謂承上啟下，溝通艦艇電源、強迫儲能裝置及直線電機之間，作用無可替代。

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三、 直線電機部分

直線電機在美國的電磁彈射器系統中又稱飛機電磁發射系統，戰機就是靠它彈射起飛的。美國電磁彈射器的直線電機是由諾格公司研制的，當然也有電機方面的專家支持。電磁發射系統這部分在儲能時並不工作，而且彈射戰機時它卻從強迫儲能裝置吸收能量，並通過大功率控制裝置的控制下，穩定的施加推力，在規定的距離內達到起飛速度，然而制動停下來，再返回到彈射位置。直線電機部分的PLC需要控制的點很多，主要是對斷路器的控制，由於美國佬的電磁彈射器直線電機部分分為8段（英國佬的分為6段）。為什麼要分段呢？本人在《電磁彈射器技術篇之—直線電機》中已經講得很清楚，無非就是因為直線定子太長，而動子相對較短，如果不分段會使定子單元長時間處於通電而不作功的狀態，不僅空載電流大，長時間工作也使直線電機模塊單元發熱，從而對定子單元不利。但是分段太多又會造成控制復雜，電纜浪費嚴重等現象，不過，相對於不利，控制復雜及電纜浪費來說是可以克服的。由於美國佬的電磁彈射器采用4+4+1模式，即4部強迫儲能裝置、四部大功率控制裝置、一部電磁發射系統。那麼每部彈射器在直線電機分段控制中需要4*8= 32台斷路器（不含互為備用聯結斷路器），這些斷路器由於數量太多，而且每兩部彈射器的設備集中放在一起（美國佬的1#彈射器和2#彈射器控制裝置放在一起，3#彈射器和4#彈射器控制裝置放在一起），為了節省空間，全部采取了模數化斷路器，分線橋架布線，大大節省了占用空間。

因此可以說，直線電機的PLC主要的任務就是閉合及斷開直線電機控制段的斷路器。由於直線電機要求在動子在到來前的0.1秒必須先通電，完全離開後斷開電源，因此必須采用預先控制，就是通過感應開關輸入信號給PLC，PLC再輸出閉合或斷開的信號經斷路器。而這些斷路器別看體積小、重量輕，可性能一點也不遜色，其分斷電流能力驚人，而且動作時間短，合閘時間小於0.1秒，分閘時間小於0.04秒，同時可靠性很高，否則即便是哪一個斷路器控制失靈，都可能使彈射戰機時發生悲劇性後果。因此在本人看來，直線電機分段太多並不合適，而且可靠性不強，但是分段太小又會導致電流較大，直線電機模塊單元通電時間太長而發生燒毀的危險。因此應該折中考慮，以4段為宜。正是因為如此，英國佬在四分之一模型試驗中，采取了一定數量的靜態轉換開關，什麼是靜態轉換開關？其實就是所謂的電子元件利用導通與截止來達到開關的效果。我們日常的聲光控開關就是如此，這種開關的好處是導通及載止時間短，控制準確，應該來說，特別適合做為電磁彈射器的切換開關。但是它也有很明顯的缺點，那就是耐壓和載流量遠不如普通斷路器，因此我懷疑，這種開關的實用性。畢竟，英國佬的四分之一模型與真實彈射器的電壓和電流相比，差別不是一般的大，而真正實用的彈射器如果采用靜態轉換開關，需要解決的問題還有很多。當然，現在不行並不代表以後不行，如果這方面能有所突破的話，相信必為首選，而且分段再一些也無妨。另外還有一種動態轉換開關，也就是我們所說的普通的斷路器，這種斷路器，英國佬稱之為高能轉換開關，對它的要求，特別是可靠性提出了很高的要求。因為英國佬還不如美國佬，他有6個而不是美國的4個強迫儲能裝置及大功率控制裝置，轉換開關數量比美國佬的還要多，任何一個開關出現故障，都會影響到整體工作效果。因此對開關的性能及可靠性及檢測變得尤為重要。而且，這種開關的體積還要受到嚴格限制。

直線電機的PLC還有輸入信號部分，這部分主要以感應開關、直線電機模塊單元的傳感器、儀表等設備，同時還有散熱系統。因此直線電機的PLC的接線很多，不過雖然接線很多，但是控制並不復雜，程序也比較簡單。關於直線電機部分，如果想深入了解的，可以網上搜索本人發表的《電磁彈射器技術篇之—直線電機》一文，這裏不再贅述了。

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四、彈射室部分

彈射室是操作彈射器的地方，有專業人員進行控制電磁彈射器並進行儲能及彈射戰機。這裏需要操作的並不多，主要是監控儀表太多，目的是提醒操作人員各種設備的工作狀態及工作環境。比如采取比較形象圖象填充效果顯示儲能結果，動態位移顯示彈射戰機過程及彈射梭返回過程等，不過，所見即所實，所有反應都是真實的效果。而直線電機模塊單元由於數量太多，采取了顏色來顯示狀態，綠色表示正常，紅色表示異常並報警，嚴重的則拒絕執行操作。報警通過閃爍、變色、聲光等手段提醒。黃色表示雖可以工作但是接近報警，各種設備顯示一攬無余，同時隱藏不必要顯示的部分，但是通過點開窗口可以查看每一部件的具體數據及狀態。這些數據都是每個分PLC通過總PLC並傳輸到彈射室的PLC並經過顯示設備顯示出來，經備操作人員查看。

輸入部分很簡單，均有按鈕、轉換開關及觸摸式進行。比如說可以通過轉換開關把彈射器處於試驗之中，試驗又分空射及帶載試驗。而彈射戰機時則通過按鈕選擇各種戰機（程序中已有），由於航母的速度及風速是自動輸入到系統中的，因此不需要另外輸入，而掛載武器及載油量則通過輸入及彈出窗口處選擇即可，每次調整後都必須經另一個人（不是操作人員）確認後方可進行下一道程序。當然，通過聯結PLC在指揮控制室也能夠監視操作人員的操作結果，發現異常可以發出警示，但是他們卻沒有權限進行彈射操作。

我們知道航母上面，通過手勢傳遞信號，這個即便是采取了電磁彈射也仍沒有改變。由於操作人員在彈射室內，受視覺限制，很難看到全部，因此它們只能被動的進行操作。一般來說，彈射完一架戰機後，下一架戰機進行調配、檢查、彈射掛鉤掛上彈射梭、接上制動桿（加油、掛彈提前完成），與工作同時進行的是強迫儲能裝置正在儲能，為什麼儲能裝置儲存時間為45至55秒呢？因為調配及準備戰機也差不多需要這麼長時間，所以說即便是2秒鐘存儲了足夠的能量，還是需要這麼長時間的等待，因此這些都是精確統計並事先確定的程序。彈射操作人員是被動式接受操作，但是也有保護裝置，如果儲能裝置沒有完成儲能或者有故障情況，即便是操作人員按下了按鈕，也不會彈射，反而會發出警告，提示操作人員不能操作。需要指出的是，尾流噴焰擋板的控制也是由彈射室人員控制的，雖然與電磁彈射器沒有直接聯系，但是也是由其集中控制。另外，彈射操作人員不僅靠看，也靠聽，指揮控制室可以直接向其發出指示。

彈射室的PLC主要是對操作人員開放，大部分是顯示部分，而且顯示的資源來源於其它PLC並經過總PLC傳輸過來的。然後就是操作人員的輸入控制部分。與工廠的操作台有些類似，同樣有監控及顯示設備以滿足對設備的監控。操作人員所作的主要工作就是調配參數，比如選擇彈射戰機類型、武器掛載、裝油量等，這些參數輸入到彈射室的PLC後，會傳輸到總PLC，總PLC會給強迫儲能裝置的PLC及大功率控制裝置的PLC，並協調它們工作以進行儲能。儲能多少會由總PLC計算出應該儲多少能量，並把參數傳給下屬兩個PLC。而一旦儲能完畢，總PLC會控制下屬停止儲能，並把儲存完畢信號傳輸給彈射室的PLC，操作人員就可以直接看到儲能完畢的指示和提醒，如果甲板上戰機具備彈射條件了，則可以視甲板上的指揮人員手勢進行彈射控制並按下按鈕。按下按鈕後，信號會傳輸到總PLC，總PLC會根據彈射戰機的類型、掛彈量、裝油量計算總重並計算出起飛所需的速度。由於甲板風（航母的速度加上迎風速度）是外部設備直接輸入的，總PLC就可以計算出準確的起飛速度。算出起飛速度後，總PLC還必須計算出彈射推力，打個比方，如果直線電機總長100米，彈射段為90米，制動段為10米，彈射力多大，作功多長時間，什麼時候進行準確無誤的進行制動，什麼時候制動停止，這些都由總PLC把計算結果輸入到各個分PLC，而各個分PLC會按監指令同步工作，不能有絲毫差錯。強迫儲能裝置的PLC會計算所需的精確勵磁電流控制輸出，大功率控制裝置的PLC計算出如何輸出電壓及頻率，直線電機的PLC則不需要計算，它只是根據各種測量設備的信號進行控制。

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五、聯結部分

電磁彈射器不是單獨工作的，它的工作需要監視，因此內部設備的工作狀態需要有人監督，而這些數據的就是通過聯結PLC提供，其實它也是從總PLC那獲得相關數據。比如監控顯示備直接接在聯結PLC的輸出端口上就可以直觀的監察各種設備的工作狀態。另外，為了電磁彈射器的工作可靠，互為備用也是需要聯結PLC支持的。說1#彈射器的強迫儲能裝置壞了，可以用2#彈射器的強迫儲能裝置及大功率控制裝置給1#電磁彈射器的直線電機做為驅動控制。從而保證設備的高可靠性。不過，由於強迫儲能裝置及大功率控制是一體化的，也就是1#電磁彈射器的強迫儲能裝置及大功率控制裝置必須整體工作，不可能用用1#電磁彈射器的強迫儲能裝置及2#電磁彈射器的大功率控制裝置配合起來使用。在美國航母電磁彈射器中，1#和2#電磁彈射器可以互為備用，事實上1#和2#電磁彈射器的設備都放置在一起，也方便聯結。同理3#和4#電磁彈射器可以互為備用。

基本上來說，聯結部分的PLC的主要功能主要是與外界溝通的作用，但是它的通訊是單向的，外界只能看到情況，而不能對其輸入任何信息。外界如果有什麼情況，可以通過其它通訊設備進行聯絡。

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六、總結

電磁彈射器是個系統的工程，與蒸汽彈射器相比，進步不是一般的大。但是，任何一種新事物都必須面臨一系列的挑戰，也可能會遇到很大的挫折，電磁彈射器這方面也中例外。應該說，只要方向是對的，不管面臨多大的困難，也應該勇往前進。我們不應該畏首畏尾，失敗可能是最好的饋贈，在相同排水量的前提下，有彈射器的比沒有彈射器的作戰效能至少提高一倍以上，而電磁彈射器是代替蒸汽彈射器的必然之路。因此，我們發展電磁彈射器也是理所當然的事情。充分借鑒別人的成果有利於我們自身的發展，特別是發展中的短板影響，但是照搬照抄卻是不可取的。需要根據自身的能力和特點來發展屬於自己的產品。舉個簡單的例子吧，我們的無論是殲-15或者是殲-20都比F-35C及E-2D重的多，F-35C及E-2D滿載最多二十多噸，而我們的滿載肯定在30噸以上，所需的彈射能量也超過老美，在研制的難度上也絕不比美國佬的差。當然美國佬的電磁彈射器研究並非一帆風順，中間也經過很多挫折，方案也幾度更改。但是最終研制成正果，福特級上電磁彈射器已不是夢。

美國佬的電磁彈射器最初總重限制在500噸每部，但是最後達到700多噸，雖然在重量的指標上超過了，但是有些功能及指標卻相應的提高了，特別是對彈射無人機及可靠性能方面，更是做出了很多成就。事實證明，一味的求高或許並非是明智之舉，而實用才是真正所需要的。

關於電磁彈射器技術篇已經全部寫完了，希望我們的軍工也能充分吸取美國及英國在電磁彈射器研發過程中的教訓，堅定信心，早日實現中國航母上的電磁彈射之夢。

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