[摘要]航空母舰上的弹射起飞为什么不用卷扬机?谢邀,这是一个工程学上的问题了。W君家老爷子就是做这方面的,他们叫做“电力拖动”。按照题主的想法是做一个直径1米的轴挂上钢...
航空母舰上的弹射起飞为什么不用卷扬机?
谢邀,这是一个工程学上的问题了。W君家老爷子就是做这方面的,他们叫做“电力拖动”。
按照题主的想法是做一个直径1米的轴挂上钢缆在钢缆的一端来拖动舰载机,然后在电动机的驱动下卷动这根轴将舰载机拽飞。
题主的理论依据就是电动机可以带着滚轴以1500转/分钟的速度旋转。但这里忽略了一个问题,电机从静止到全速运动的加速过程。

电机的旋转一般是一个理想化的过程,在额定转速上电机的转子由于惯性的作用在外界施加一点点电流的时候就能高速旋转,但是在从静止到额定转速的过程中,大型电机都是要有额外去动的。在正常的工业使用环境中就需要电机的启动电容来协助电机启动了。

也就是上面的电路图了,在启动的时候由于电机在静止状态所以离心开关是闭合的,这时候启动电容是接入到电路中的,启动电容在电机启动的一瞬间会为电机绕组提供巨大的电流,让转子能够动起来。尤其是在电机外部接入负载(就比如题主说的转轴)的时候启动电容是相当重要的。
电动机启动电容的容量计算公式是这个:C=m"I/2p"f"U"cosφ,其中:
m---经验因数
I---电流;
f---频率;
U---电压;
2p---功率因数大取2,功率因数小取4;
cosφ---功率因数(0.4~0.8)
具体怎么算其实有一个很严密的推导过程。在这里我们以理想情况下来看最终就会归纳到安培力上。也就是磁场对通电导体的作用力:f=IBLsinα
这的“I”依旧是电流,B是磁通量,L是磁场中导体的长度α是导体和磁场的夹角。
归根结底看就是I越大拖动力(加速飞机的力)也就越大,在电力拖动电路中的电容就是一个提高电流量的元件。要让飞机能够起飞这个电容器就得相当的大了。
电容是什么东西呢?就是储能元件。一般小容量的电能储备我们完全可以用电容来做。

大型的可以用到超级电容模组:

这种东西就没啥上限了,做到几间屋子大小都是可以的。
或者也可以用物理的飞轮储能方案。

也是一个屋子大小的储能器件,里面是高速旋转的飞轮,充能的时候把电能转化为动能,释放的时候再把动能转化为电能。
再说这个楼主提到的轴的问题,通常电动机带个卷扬机都是这样用的:

卷筒、缆绳、滑轮等等一系列的机械结构都有很大的能量损耗,矿井里面这样用其实是十分不得已的情况。由于安装环境和条件的不可控,利用简单的机械牺牲效率降低装配难度。
但航母上的弹射轨道则是安装环境和条件都是可控可设计的。就没必要弄个大滑轮大滚轴了。我们再来看看电动机的构成:

如果把定子和转子两个部分展开铺平会是什么样子呢?

这东西叫做直线电机,动子是在电磁力的作用下在定子上滑动的。

是电磁力直接转化为动能的最高效形式,完全没有额外的机械损耗。
特别适合在航母上使用。
直线电机+储能结构,放在航母上就叫做“电磁弹射”。
虽然不是用卷扬机卷的,但效率要比卷扬机高得多。

航空母舰上的弹射起飞为什么不用卷扬机?
卷扬机是将低处物件向高处输送,航母上弹射起飞是将几十吨重的飞机通过短轨道用中压直流电弹出舰体让飞机起飞。而这种强大动能决不是卷扬机能胜任的。