Elektromagnetyczny system startowy samolotu

Aby zapoznać się z ogólnym typem katapulty, zobacz Katapulta elektromagnetyczna .

Ilustracja EMALS
Rysunek liniowego silnika indukcyjnego stosowanego w EMALS

Electromagnetic Aircraft Launch System ( EMALS ) to rodzaj systemu startowego samolotów opracowany przez General Atomics dla Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych . System wystrzeliwuje samolot na lotniskowcu za pomocą katapulty wykorzystującej liniowy silnik indukcyjny zamiast konwencjonalnego tłoka parowego . System EMALS został po raz pierwszy zainstalowany na głównym okręcie lotniskowca typu Gerald R. Ford , USS Gerald R. Ford .

Jego główną zaletą jest to, że płynniej przyspiesza samoloty, zmniejszając obciążenie ich płatowców . W porównaniu z katapultami parowymi, EMALS waży również mniej, ma kosztować mniej i wymaga mniej konserwacji, a także może wystrzelić zarówno cięższe, jak i lżejsze samoloty niż parowy system napędzany tłokiem. Zmniejsza również zapotrzebowanie przewoźnika na świeżą wodę, zmniejszając tym samym zapotrzebowanie na energochłonne odsalanie .

Projektowanie i rozwój

Opracowane w latach pięćdziesiątych XX wieku katapulty parowe okazały się wyjątkowo niezawodne. Lotniskowce wyposażone w cztery katapulty parowe były w stanie użyć co najmniej jednej z nich w 99,5% przypadków. Istnieje jednak wiele wad. Jedna z grup inżynierów Marynarki Wojennej napisała: „Główną wadą jest to, że katapulta działa bez kontroli sprzężenia zwrotnego . Bez sprzężenia zwrotnego często występują duże przejściowe siły holowania, które mogą uszkodzić lub skrócić żywotność płatowca”. System parowy jest masywny, nieefektywny (4–6% użytecznej pracy) i trudny do kontrolowania. Te problemy ze sterowaniem pozwalają katapultom parowym lotniskowców klasy Nimitz na wystrzeliwanie ciężkich samolotów, ale nie samolotów tak lekkich, jak wiele bezzałogowych statków powietrznych .

System nieco podobny do EMALS, elektropulta Westinghouse'a , został opracowany w 1946 roku, ale nie został wdrożony .

Liniowy silnik indukcyjny

EMALS wykorzystuje liniowy silnik indukcyjny (LIM), który wykorzystuje prąd przemienny (AC) do generowania pól magnetycznych, które napędzają wózek wzdłuż toru w celu wystrzelenia samolotu. EMALS składa się z czterech głównych elementów: Liniowy silnik indukcyjny składa się z rzędu stojana o tej samej funkcji, co okrągłe cewki stojana w konwencjonalnym silniku indukcyjnym. Po włączeniu silnik przyspiesza wózek po torze. Tylko sekcja cewek otaczających wózek jest zasilana w danym momencie, minimalizując w ten sposób straty bierne. 300-stopowy (91 m) LIM EMALS może przyspieszyć samolot o masie 100 000 funtów (45 000 kg) do 130 węzłów (240 km / h; 150 mil / h).

Podsystem magazynowania energii

Podczas startu silnik indukcyjny wymaga dużego przypływu energii elektrycznej , który przekracza to, co może zapewnić stałe źródło zasilania statku. Konstrukcja systemu magazynowania energii EMALS uwzględnia to, pobierając energię ze statku podczas 45-sekundowego okresu ładowania i magazynując energię kinetycznie za pomocą wirników czterech alternatorów dyskowych ; następnie system uwalnia tę energię (do 484 MJ) w ciągu 2–3 sekund. Każdy wirnik dostarcza do 121 MJ (34 kWh) (odpowiednik jednego galona benzyny ) i można go naładować w ciągu 45 sekund od startu; to jest szybsze niż katapulty parowe. Uruchomienie z maksymalną wydajnością przy użyciu 121 MJ energii z każdego alternatora tarczowego spowalnia wirniki z 6400 obr./min do 5205 obr./min.

Podsystem konwersji mocy

Podczas startu podsystem konwersji mocy uwalnia zmagazynowaną energię z alternatorów dyskowych za pomocą cyklokonwertera . Cyklokonwerter zapewnia kontrolowany wzrost częstotliwości i napięcia do LIM, zasilając tylko niewielką część cewek stojana, które w danym momencie wpływają na wózek startowy.

Konsole sterujące

Operatorzy sterują zasilaniem poprzez system zamkniętej pętli . Czujniki Halla na torze monitorują jego działanie, pozwalając systemowi zapewnić pożądane przyspieszenie. System zamkniętej pętli pozwala EMALS na utrzymanie stałej siły holowania, co pomaga zmniejszyć naprężenia w płatowcu podczas startu.

Stan programu

F / A-18E Super Hornet Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych podczas testu 18 grudnia 2010 r.

Testy zgodności samolotów (ACT) Faza 1 zakończyła się pod koniec 2011 r. po wystrzeleniu 134 typów samolotów (w tym F/A-18E Super Hornet, T-45C Goshawk, C-2A Greyhound, E-2D Advanced Hawkeye i F-35C Lightning II ) przy użyciu demonstratora EMALS zainstalowanego w Naval Air Engineering Station Lakehurst . Po zakończeniu ACT 1, system został ponownie skonfigurowany, aby był bardziej reprezentatywny dla rzeczywistej konfiguracji statku na pokładzie USS Gerald R. Ford , który będzie korzystał z czterech katapult współdzielących kilka podsystemów magazynowania energii i konwersji energii.

Faza 2 ACT rozpoczęła się 25 czerwca 2013 r. i zakończyła 6 kwietnia 2014 r. po kolejnych 310 startach (w tym wystrzeleniu Boeinga EA-18G Growler i McDonnell Douglas F/A-18C Hornet , a także kolejnej rundzie testów z typami statków powietrznych wcześniej uruchomione w fazie 1). W fazie 2 symulowano różne sytuacje na lotniskowcach, w tym starty poza centrum i planowane usterki systemowe, aby wykazać, że samolot może osiągnąć prędkość końcową i zweryfikować niezawodność krytyczną podczas startu.

  • Czerwiec 2014: Marynarka Wojenna zakończyła testy prototypów EMALS 450 startów załogowych samolotów z udziałem każdego typu stałopłatów pokładowych lotniskowców znajdujących się w wykazie USN w Joint Base McGuire – Dix – Lakehurst podczas dwóch kampanii testów zgodności samolotów (ACT).
  • Maj 2015: Przeprowadzono pierwsze testy na pokładzie statku z pełną prędkością.

Dostawa i wdrożenie

W dniu 28 lipca 2017 r. ppłk kmdr. Jamie „Coach” Struck z Air Test and Evaluation Squadron 23 (VX-23) wykonał pierwszy start katapulty EMALS z USS Gerald R. Ford (CVN-78) na samolocie F/A-18F Super Hornet .

Do kwietnia 2021 r. przeprowadzono 8000 cykli startu / odzyskiwania z EMALS i systemem zatrzymania AAG na pokładzie USS Gerald R. Ford . USN stwierdził również, że zdecydowana większość tych cykli miała miejsce w ciągu ostatnich 18 miesięcy i że 351 pilotów ukończyło szkolenie na EMALS/AAG.

Zalety

W porównaniu z katapultami parowymi, EMALS waży mniej, zajmuje mniej miejsca, wymaga mniej konserwacji i siły roboczej, jest bardziej niezawodny [ potrzebne źródło ] , ładuje się szybciej i zużywa mniej energii. Katapulty parowe, które zużywają około 1350 funtów (610 kg) pary na start, mają rozbudowane podsystemy mechaniczne, pneumatyczne i hydrauliczne. EMALS nie wykorzystuje pary, co czyni go odpowiednim dla planowanych w pełni elektrycznych statków Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych.

W porównaniu z katapultami parowymi, EMALS może kontrolować wydajność startu z większą precyzją, co pozwala na wystrzelenie większej liczby rodzajów statków powietrznych, od ciężkich myśliwców po lekkie bezzałogowe statki powietrzne. Dysponując do 121 megadżuli, każdy z czterech alternatorów dyskowych w systemie EMALS może dostarczyć o 29% więcej energii niż około 95 MJ katapulty parowej. EMALS z planowaną sprawnością konwersji energii na poziomie 90% będą też wydajniejsze od katapult parowych, które osiągają zaledwie 5% sprawności.

Krytyka

W maju 2017 roku prezydent Donald Trump skrytykował EMALS w wywiadzie dla Time , mówiąc, że w porównaniu z tradycyjnymi katapultami parowymi „cyfrowy kosztuje setki milionów dolarów więcej i nie jest dobry”.

Krytyka prezydenta Trumpa została powtórzona w bardzo krytycznym raporcie Pentagonu z 2018 r., w którym podkreślono, że niezawodność EMALS pozostawia wiele do życzenia, a średni wskaźnik awarii krytycznych jest dziewięciokrotnie wyższy niż wymagania progowe Marynarki Wojennej.

Niezawodność

W 2013 roku na poligonie testowym Lakehurst w stanie New Jersey 201 z 1967 startów testowych zakończyło się niepowodzeniem, co daje 10% wskaźnik awaryjności dla serii testów. . Biorąc pod uwagę ówczesny stan systemu, najbardziej hojne liczby dostępne w 2013 roku wykazały, że EMALS ma średni wskaźnik „czasu między awariami” wynoszący 1 na 240.

Według raportu z marca 2015 r.: „Biorąc pod uwagę oczekiwany wzrost niezawodności, wskaźnik awaryjności dla ostatnich zgłoszonych średnich cykli między awariami krytycznymi był pięciokrotnie wyższy niż oczekiwano. W sierpniu 2014 r. Marynarka Wojenna poinformowała, że ​​ponad 3017 startów miało zostały przeprowadzone w miejscu testowym w Lakehurst, ale nie dostarczyły DOT&E [Director, Operational Test and Evaluation] aktualizacji awarii”.

W konfiguracji testowej EMALS nie mógł wystrzelić myśliwca z zamontowanymi zewnętrznymi zbiornikami zrzutowymi . „Marynarka wojenna opracowała poprawki, aby rozwiązać te problemy, ale testy z załogowymi samolotami w celu sprawdzenia poprawek zostały przełożone na 2017 rok”.

W lipcu 2017 r. system pomyślnie przeszedł testy na morzu na USS Gerald R. Ford .

W raporcie DOT&E ze stycznia 2021 r. Stwierdzono: „Podczas 3975 startów katapulty [...] EMALS wykazał osiągniętą niezawodność 181 średnich cykli między awariami misji operacyjnej (MCBOMF) […] Ta niezawodność jest znacznie poniżej wymagań 4166 MCBOMF. " EMALS często się psuje i nie jest niezawodny, poinformował dyrektor testów Pentagonu Robert Behler po ocenie 3975 cykli na USS Gerald R. Ford od listopada 2019 do września 2020.

W kwietniu 2022 r. Wiceadmirał Shane G. Gahagan z Naval Air Systems Command powiedział, że pomimo doniesień przeciwnych, system działa dobrze i osiągnął 8500 „kotów i pułapek” na USS Gerald R. Ford w ciągu ostatnich dwóch lata.

Osiągnięto kamień milowy w postaci 10 000 udanych startów katapult i zatrzymanych lądowań na pokładzie USS Gerald R. Ford .

W raporcie GAO z czerwca 2022 r. Stwierdzono, że „Marynarka wojenna nadal zmaga się również z niezawodnością elektromagnetycznego systemu startowego samolotów i zaawansowanego sprzętu zatrzymującego potrzebnego do spełnienia wymagań dotyczących szybkiego rozmieszczenia samolotów”. Raport wskazuje również, że Marynarka Wojenna nie spodziewa się, że EMALS i AAG osiągną cele w zakresie niezawodności do lat 30.

Inni użytkownicy systemu General Atomics

Francja

Francuska marynarka wojenna aktywnie planuje przyszły lotniskowiec i nowy okręt flagowy. Jest znany po francusku jako Porte-avions de nouvelle génération (lotniskowiec nowej generacji) lub pod akronimem PANG . Statek będzie napędzany energią jądrową i wyposażony w system katapult EMALS. Oczekuje się, że budowa PANG rozpocznie się około 2025 r. i wejdzie do służby w 2038 r., w którym lotniskowiec Charles de Gaulle ma przejść na emeryturę.

Indie

Indyjska marynarka wojenna wykazała zainteresowanie instalacją systemu EMALS na swoim planowanym lotniskowcu CATOBAR INS Vishal . Rząd indyjski wykazał zainteresowanie lokalną produkcją elektromagnetycznego systemu startowego samolotu z pomocą General Atomics .

Zjednoczone Królestwo

Firma Converteam UK pracowała nad systemem katapulty elektromagnetycznej (EMCAT) dla lotniskowca typu Queen Elizabeth . W sierpniu 2009 r. Pojawiły się spekulacje, że Wielka Brytania może zrzucić STOVL F-35B na model CTOL F-35C , co oznaczałoby, że lotniskowce byłyby budowane do obsługi konwencjonalnych samolotów startujących i lądujących przy użyciu zaprojektowanych w Wielkiej Brytanii nieparowych katapult EMCAT.

W październiku 2010 roku rząd Wielkiej Brytanii ogłosił, że kupi F-35C, korzystając z niezdecydowanego wówczas systemu CATOBAR . W grudniu 2011 roku podpisano kontrakt z General Atomics z San Diego na opracowanie EMALS dla lotniskowców klasy Queen Elizabeth . Jednak w maju 2012 r. Rząd Wielkiej Brytanii zmienił swoją decyzję po tym, jak przewidywane koszty wzrosły dwukrotnie w stosunku do pierwotnych szacunków, a dostawa została przesunięta z powrotem na 2023 r., Anulując opcję F-35C i powracając do pierwotnej decyzji o zakupie STOVL F-35B.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrane z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Electromagnetic_Aircraft_Launch_System&oldid=1137705798 ”