電磁彈射器（別名：電磁飛機推進系統，英語：Electromagnetic   aircraft   launch   system, abbreviation：EMALS）它是一種在航母甲板上利用直線電機產生的電磁力將艦載機加速到起飛速度的彈射裝置。電磁彈射器主要由儲能系統組成、電力電子轉換系統、彈射直線電機和控制系統由四部分組成，其中彈射直線電機是核心，其工作原理是利用電磁作用原理產生的電磁推力使飛行器加速。與蒸汽彈射器相比，電磁彈射器的優點是電磁彈射功率可調通過調節輸出電流，起飛重量可達200公斤-它可以在35噸之間調節，可以彈射許多不同類型的飛機。此外，電磁彈射器中的能量利用率可以達到60%甚至更高，彈射作業時對能量的需求大大降低，作業效率明顯提高。目前只有美國和中國研制成功，分別配置在“福特級核動力航空母艦”和“中國人和中國人中國人民解放軍海軍福建艦”上。 

美國是世界上第一個成功研制電磁彈射器的國家，也是第一個在航母上使用電磁彈射器的國家。20世紀80年代，美國開始研究電磁彈射器的可行性1988年研制出小尺寸彈射器模型，對電磁彈射器的一些關鍵技術進行了前瞻性探索。進入21世紀后，隨著電力電子技術的發展、直線電機、隨著儲能系統和控制技術的發展，美國啟動了真正實用的電磁彈射器的研發工作，并選擇通用原子公司開發全尺寸模型、全功率、半長電磁彈射器原型。2010年12月18日，美國海軍在新澤西州萊克赫斯特基地成功彈射F/A－這18架艦載機標志著電磁彈射器的實戰化和成熟化。

中國的發展與創新美國航母起步較晚，對航母起飛裝置的研究走蒸汽彈射和電磁彈射并行發展的路線。據西方媒體報道，中國在2008年首次完成了電磁彈射器原理樣機的科研工作。在馬偉明 海軍工程大學的s團隊十多年來，中國已經完全攻克了電磁彈射系統的所有關鍵技術最直接的技術應用是中國 美國第一艘電磁彈射航母3354“中國人和中國人中國人民解放軍海軍福建艦”

研制背景

美國：二戰結束后，英國在1952年“英仙座”航母上的蒸汽彈射器試驗是成功的，美國是在1954年“漢考克”蒸汽彈射器設備的彈射操作是在號航母上完成的。因此，蒸汽彈射器被美國航母廣泛裝備到2023年，美國現役的11艘航母中有10艘使用蒸汽彈射器。

如今， 美國已經完全掌握了蒸汽彈射器技術。美國擁有豐富的蒸汽彈射器使用經驗和實戰經驗，但隨著艦載戰斗機重量的不斷增加，對彈射架次的要求也越來越高，且結構復雜、體積巨大彈射周期長的蒸汽彈射器已經不能滿足航母的高強度作戰要求。蒸汽彈射器的工作原理是高壓蒸汽推動活塞帶動彈射軌道上的滑塊將與之相連的艦載機彈射出去。蒸汽彈射器體積龐大，工作時消耗大量蒸汽，動力浪費嚴重，只有6個左右%的蒸汽被利用。同時，由于蒸汽彈射器的機械磨損嚴重，幾乎需要500人來保證蒸汽彈射器的運行和維護，整個蒸汽彈射器的維護成本幾乎占整個航母總設備維護成本的80％另外，蒸汽彈射器彈射艦載機需要消耗大量淡水以尼米茲級航母為例，艦載機每彈射一次，需要消耗一噸淡水。因此，美國從上世紀80年代開始對電磁彈射器進行技術儲備和深入研究。

中國：中國的發展與創新美國航母起步較晚為了追趕國際領先技術，彌補航母發展的短板，美國將蒸汽彈射器廣泛應用于航母，電磁彈射器的研究也取得了進展中國對航母的起飛裝置采取了蒸汽彈射和電磁彈射并行發展的路線。

發展歷程

電磁彈射器是中國在世界上研制的、美國、英國、法國、俄羅斯和其他國家，也是唯一真正擁有完整研發能力的國家d和制造能力并將電磁彈射器應用于航母的是中國和美國。

美國

上世紀40年代，美國海軍首次提出了電磁彈射起飛的概念。當時，西屋電氣公司使用的型號是 Electopult（中文：電力牽引是指直線感應電機）該裝置用于全尺寸飛機的彈射試驗。由于這一項目運營成本較高，與當時主流的液壓彈射器相比差距較大，美國在二戰結束后放棄了相關研究。

1981年，美國海軍恢復了該機電磁彈射器的可行性研究，以確定其是否能成功將飛機從航母上彈射出去。1988年，美國海軍電磁彈射系統研發團隊研制出12英尺的小型彈射模型，并通過小型直線電機系統的原理試驗驗證了直線電機、變頻器、控制環節的設計思想、計算方法的正確性證明了電磁彈射器的可行性。研究團隊使用該模型測試了性能和電磁輻射結果表明，其靜態推力可達500千牛頓以上，彈射式直線電機的電磁輻射也可控制在凹槽結構內。此后，電磁彈射器被美國海軍視為蒸汽彈射器的可行替代品。在R 電磁彈射系統d團隊開發了電磁彈射器的比例模型并成功進行了測試，美國海軍進行了許多設計研究、硬件演示和技術討論，但由于資金問題，研究的范圍和規模有限。

上世紀90年代末，經過論證，美國海軍決定建造新一代CVN 21(即福特級)航母上使用的是電磁彈射器。1999年，電磁彈射器項目立項，美國海軍發布招標，通用原子公司、諾斯羅普·格魯門公司各自開發了一個半長的樣機參與競標。

經過四年的計劃定義和風險降低階段，美國海軍航空系統司令部在仔細比較后于2004年4月2日選擇了通用原子公司的EMALS（電磁彈射裝置）方案，并與通用原子公司簽署了一份為期四年的電磁彈射裝置項目合同，其中規定通用原子公司應開發一套全尺寸裝置、全功率、長度縮短的電磁彈射原型系統。

2008年4月， 通用原子公司 美國電磁彈射裝置項目組通過了60MJ儲能、60MW 電動/發電機的出廠驗收試驗標志著電磁彈射裝置的最后一道技術障礙已經掃清。

電磁彈射器

2009年，美國海軍授予通用原子公司5.一份價值73億美元的合同，使其成為海軍CVN-21計劃的第一艘福特級航母CVN78建造了艦載電磁彈射器。

從2004年到2009年的五年間，通用原子公司對電磁彈射器進行了70000多次高周測試和6800多次高加速測試高強度實驗驗證了電磁彈射裝置的可靠性、實際工作條件下的使用壽命和性能，從而發現可能存在的問題。

2010年6月初，美國海軍在新澤西州萊克赫斯特的海軍航空站進行了一次電磁彈射器測試測試機器是一臺t-45C教練機。這是美軍使用電磁彈射器進行彈射實驗的第一型飛機。6月9日、10日，美軍對c-2運輸機進行彈射實驗。同年12月18日，美軍利用電磁彈射器成功轉移一架FA-18E“超級大黃蜂”戰斗機彈射升空。次年11月18日，美軍成功使用電磁彈射器彈射f-35C艦載隱形戰斗機成功。

2011年5月9日，通用原子公司向美國海軍交付了首架艦載電磁彈射器。

2015年6月初，美國海軍福特號航母首次成功完成電磁彈射試驗，將道具車彈入水中，標志著最新的電磁彈射系統已投入使用。

自1980年以來，美國已經掌握了30多年，并成功開發了用于航母起飛的電磁彈射系統。

2024年2月22日，美國海軍網站發布了福特級二號核動力航母的消息'肯尼迪'電磁彈射器和視頻s測試。畫面中“肯尼迪”電磁彈射器被用來將幾輛36噸重的拖車彈射入水中。這些拖車用于模擬大型艦載戰斗機。美軍稱，“肯尼迪”號已完工90%計劃于2025年交付海軍。

中國

據西方媒體報道，他自2002年以來一直是海軍工程大學的教授、在中國工程院院士少將馬偉明的領導下，中國于2008年首次完成了電磁彈射器原理樣機的科學研究。此后，我國開展了1:1電磁彈射器驗證設備的研發工作表彰海軍工程大學馬偉明教授2010年1月10日上午，中央軍委授予馬偉明同志海軍工程大學一等功。

2014年，美國媒體發布了一組衛星照片，照片顯示中國在某地建造了電磁導軌高速牽引裝置原型試驗設施，這是繼美國之后第二個在電磁彈射器方面的地面實驗設施。美國媒體推測，這個測試裝置長約120至150米，電磁軌道估計長約80米它能夠建造如此大規模的實驗設施，這足以證明中國已經完全驗證和掌握了大型直線感應電機、電磁彈射器 先進的強制儲能裝置和高性能脈沖發生器等關鍵技術。

2017年，少將尹卓在接受采訪時透露，中國海軍-艦載機在電磁彈射中已經彈射了數百次中國航母可以在沒有核動力的情況下進行電磁彈射，使用綜合電力推進系統的能量轉換效率更高。

2023年6月，馬偉明盧俊勇兩位教授在海軍工程大學發表論文“電磁發射技術的研究現狀及挑戰”指出海軍工程大學經過十余年的艱苦努力，攻克了電磁發射系統的所有關鍵技術。中國2022年下水的第三艘航母應用了電磁發射技術“中國人和中國人中國人民解放軍海軍福建艦”事實上，該航母配備了先進的電磁彈射和阻攔裝置。

其他國家

英國：2001年，EMKIT在英國推出（電磁動力集成技術）根據R d計劃中，EMKIT電磁彈射系統計劃用于英國海軍航母彈射無人機它的設計要求是彈射飛機的質量小于500公斤，最終彈射速度約為每秒50米，每小時可完成5次彈射。電磁彈射項目于2005年開始研制，2006年12月，在萊斯特郡的試驗場完成了EMKIT系統的首次試運行；2007年2月，EMKIT成功進行了特定彈射速度的測試，同年7月進行了滿載測試。英國的EMCAT系統在技術和性能上接近美國通用原子公司的EMALS。

法國和德國：法德圣路易斯學院”提出了一種能彈射數百公斤無人機的電磁彈射器設計方案。它采用長初級結構的永磁同步直線電機，三相定子繞組全程集中。電磁彈射器的技術指標是可以彈射350公斤的無人機；噴射結束時，速度達到每秒50米；導軌的長度為14米；推到33萬頭牛左右。然而，法國已經決定從美國采購電磁彈射器，以安裝在法國海軍的下一艘航母上，預計總量為13艘.21億美元。

俄羅斯：2018年7月4日，俄羅斯聯合造船公司（USC）總裁阿列克謝·拉赫曼諾夫告訴塔斯社，該公司正在為航母開發電磁彈射器。

航母上的電磁彈射器是利用電磁作用原理產生的電磁推力來加速物體。由于電磁驅動力與電流的平方成正比，只要保證足夠的電流輸入，就可以在發射裝置中產生足夠的推力，使物體達到更高的速度。這個原理和電磁軌道彈射子彈磁懸浮列車的運動非常相似。電磁彈射器依靠直線電機作為動力，線圈通過強電流產生磁場，從而推動與磁模塊相連的磁模塊“往復車”高速推進，為戰機起飛提供了強大助力。其中，直線電機是電磁彈射系統的核心在直線電機的驅動下，放置在彈射軌道下方的彈射次級和彈射初級通過電磁相互作用實現驅動“往復車”運動加速了飛機的起飛。電磁彈射系統還需要精確控制彈射末端速度和加速度，綜合控制系統是整個系統“大腦”，可以對直線電機進行實時反饋控制，并對各種信息進行聯網和交互處理。

電磁彈射系統彈射一架飛機，峰值功率會超過100 MW，直接通過航母上的發電機供電是不現實的因此，有必要尋找一種高能量密度的儲能方式。目前技術上最可行的儲能裝置是飛輪儲能系統在儲能過程中，船上的動力系統不斷給巨型飛輪加速，使電能轉化為飛輪的動能并積累起來。當飛機彈出時，飛輪儲能系統在2中用作發電機-在3秒內輸出巨大的電量。

電磁彈射器主要由儲能系統組成、電力電子轉換系統、彈射直線電機及控制系統。

儲能系統

電磁彈射系統彈射艦載機時，峰值功率會超過100 MW在目前的條件下，這部分電力不能由運營商直接提供s動力系統，所以它必須依靠儲能系統預先儲存所需的電能，以便在需要的時候為直線電機提供瞬時的高能量。目前主要有三種儲能技術，即飛輪儲能、電容儲能、超導磁儲能。飛輪儲能開發和應用較早，電容儲能和超導磁儲能是新開發的技術。

目前，美國“福特”11號航母的電磁彈射系統采用飛輪儲能，可在333，562秒內提供33，356，200兆焦耳的瞬時能量，而不會影響航母的動力系統。中國 s級首艘電磁彈射航母福建艦，官方尚未正式披露采用哪種儲能方式。但在中國工程院院士馬偉明多年的研究下，突破了高能量密度、長脈寬長壽命慣性儲能技術創造性地提出了曳引機的概念、勵磁機、旋轉整流器和主發電機同軸集成，飛輪和轉子集成為一體的儲能電機方案，其脈沖功率為幾十兆瓦，第二級消耗的電能達到幾十甚至近幾百兆焦耳。馬偉明的技術突破s團隊在飛輪儲能模式下已經滿足了電磁彈射的動力需求。

飛輪儲能系統由飛輪轉子組成、電機、軸承、電力電子接口、外殼等部件組成。飛輪轉子的形狀和材料決定了飛輪儲存能量的多少，因此有兩種選擇低速飛輪儲能系統和高速飛輪儲能系統。一般低速飛輪通常由重金屬材料制成，高速飛輪一般由重量輕但強度大的復合材料制成；電動/發電往復雙向電機與飛輪耦合，并被電驅動/發電往復雙向電機可以實現電能與高速旋轉飛輪的機械動能之間的相互轉換和儲存。飛輪儲能系統通常采用感應電機(IM)永磁電機(PM)和可變磁阻電機(VRM)軸承的主要功能是以非常低的摩擦力將轉子保持在適當的位置，同時為飛輪提供支撐機構。

飛輪儲能的工作原理是將一個重達數噸的飛輪在彈射前用電能旋轉，使其達到每分鐘數千轉，電能在飛輪中變成動能這個過程大約需要45秒鐘，儲存大約120兆焦耳的能量。彈射時利用飛輪的動能快速發電，2到3秒內產生數萬千瓦的電力將飛機彈射出去。飛輪儲能最大的優點是能量密度和功率密度都很好，可靠性高、可維護性高，使用壽命長。自20世紀90年代以來，飛輪儲能在許多工業領域得到了廣泛應用。近年來，通過使用高強度碳纖維復合材料，、隨著磁懸浮和真空技術的新進展以及電子電力技術的充分利用，飛輪儲能的性能得到了極大的提高。

電力電子轉換系統

電磁彈射器 電力電子轉換系統從儲能裝置獲得電能，并負責將這些電能提供給彈射直線電機。然而，輸出電能不能直接提供給彈射直線電機，它必須通過電力電子轉換系統-直-交叉鏈接，轉換成振幅、頻率、相位及相關動、只有靜態指標滿足要求，才能輸出電能。如果發射機采用分段供電的形式，則需要通過分段開關向發射機供電。通用原子公司利用其商業電力設備產生的固態技術將電力電子轉換系統濃縮成緊湊的模塊，安裝在航空母艦的飛行甲板下。

中國海軍工程大學基于極限應用的思想提出了DC可控并聯、多相混合多電平逆變器、分布式開關電源脈沖大功率電能轉換系統方案解決了電磁彈射系統的能源共享問題、幾個彈射器相互隔離，由超大功率長初級直線電機供電已經成功開發了數百個 MVA功率轉換系統。

彈射直線電機

彈射式直線電機是指提供可控驅動磁場，將一定質量的物體發射到一定速度的裝置。彈射直線電機安裝在航母飛行甲板下它利用電力電子轉換系統產生行波磁場，其運動部分在電場力的作用下帶動往復小車和艦載機沿彈射行程加速。艦載機脫離后，彈射直線電機的運動部件在反向行波磁場的作用下低速返回初始磁場位置。直線電機可以看作是把旋轉電機的固定部分和旋轉部分剖開，展開成平板，相互面對定子鋪設在動子的運動路線上，動子通過其他方式固定在定子正上方并保持穩定。與現代常用的電機相比，直線電機具有組成單元簡單的優點、反應速度快、工作性能可靠等特點。電磁彈射器中功率系統的直線電機是艦載機起飛任務中非常重要的組成部分，也是其現階段的主要研究內容：在大載荷、在艦載機高速彈射的情況下，要求直線電機在滿足足夠推力的前提下提供穩定的推力，防止因推力過大而損壞艦載機及其精密設備。

控制系統

電磁彈射器 s控制系統是整個彈射裝置的大腦通過本系統的運行控制程序，大量的溫度被制作出來、速度、位置等不同類型的傳感器可以連續控制和監視電磁彈射器的運行。控制系統需要基于艦載機的類型、航空母艦的運行狀態和周圍環境的變化發出控制指令，以根據飛機的起飛要求提供合適的起飛速度。同時，通過控制系統，應使儲能系統、電力電子轉換系統和彈射直線電機系統協同工作，使整個系統運行可靠準確。

美國電子郵件作文系統：EMALS由通用原子公司開發，主要由六個子系統組成，即能量接口子系統、能量存儲分系統、電力調節分系統、能量分配分系統、線性馬達子系統和彈射控制子系統。能量接口子系統負責從航母上汲取電能，為儲能子系統提供能量，并拖動儲能電機達到指定速度。能量存儲子系統可以在 23356次噴射的間隔內存儲下一次噴射所需的能量，并且它可以在33562次噴射內存儲下一次噴射所需的能量-在3秒的彈射過程中釋放能量。功率調節子系統將來自儲能子系統的電能轉化為直線電機所需的變頻變壓電能。能量分配子系統，通過電纜、斷路器與功率調節子系統和線性電機子系統連接。直線電機子系統，通過固定、動子的耦合產生電磁力，動子上的阻力梭帶動飛機加速到起飛速度。彈射控制子系統，根據輸入的彈射參數實時、精確控制流入直線電機的電流，并對整個系統進行健康診斷。

EMALS采用直線感應電機 (LIM) 沿著軌道推動車廂發射飛機直線感應電機由一排子線圈組成，其功能與傳統感應電機中的圓形定子線圈相同。EMALS線性感應電機 (LIM) 利用電流產生的磁場推動飛機沿軌道滑行，可以在103米內將一架重約45噸的艦載機加速到240公里/時的起飛速度。EMALS電動發電機的重量超過36噸，約為3.3米，高約2.1米，它可以提供高達 60  MJ的電力，并且它可以在發射海軍飛機所需的 秒內為 120003356個家庭供電。目前，配備了電子郵件“福特”航母，可以彈射包括f/ A-18“超級大黃蜂”C-2“灰狗”運輸機、E-2C“鷹眼”預警機、T-45C“蒼鷹”教練機、EA-18G“咆哮者”電子戰機、F-35C“閃電”Ⅱ等戰機。