Katapulta samolotu

F-14 Tomcat przygotowuje się do połączenia z katapultą na USS Saratoga

Katapulta samolotu to urządzenie umożliwiające start samolotu z bardzo ograniczonej przestrzeni, takiej jak pokład statku, ale w rzadkich przypadkach może być również instalowane na lądowych pasach startowych. Obecnie jest najczęściej używany na lotniskowcach jako forma wspomaganego startu .

W formie używanej na lotniskowcach katapulta składa się z toru lub szczeliny wbudowanej w kabinę załogi , poniżej której znajduje się duży tłok lub wahadłowiec , który jest przymocowany przez tor do przedniego koła zębatego samolotu lub w niektórych przypadkach lina stalowa , zwana uzdą katapulty , jest przymocowana do samolotu i wahadłowca katapulty. Inne formy były używane w przeszłości, takie jak montaż wózka startowego trzymającego wodnosamolot na długiej konstrukcji zbudowanej z dźwigarów zamontowanej na pokładzie okrętu wojennego lub statku handlowego , ale większość katapult ma podobną koncepcję toru ślizgowego.

Do napędzania katapulty zastosowano różne środki, takie jak ciężar i żuraw , proch strzelniczy , koło zamachowe , ciśnienie powietrza , siła hydrauliczna i parowa oraz dopalacze rakietowe na paliwo stałe . Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych rozwija wykorzystanie elektromagnetycznych systemów startowych samolotów przy budowie lotniskowców klasy Gerald R. Ford .

wodnosamoloty były najczęściej katapultowane, co pozwalało im lądować na wodzie w pobliżu statku i wciągać je na pokład, chociaż podczas II wojny światowej (przed pojawieniem się lotniskowca eskortowego ) konwencjonalne samoloty myśliwskie (zwłaszcza Hawker Hurricane ) czasami być katapultowane ze statków handlowych wyposażonych w katapulty (CAM) w celu odparcia samolotów wroga, zmuszając pilota do skierowania się na lądowisko lub wyskoczenia na spadochronie lub rowu w wodzie w pobliżu konwoju i czekania na ratunek.

Historia

Pierwszy zarejestrowany lot z użyciem katapulty

Katapulta Samuela Langleya , łódź mieszkalna i nieudane lotnisko przewożące ludzi (1903)

Pionier lotnictwa i sekretarz Smithsonian , Samuel Langley , użył katapulty sprężynowej do wystrzelenia swoich udanych modeli latających i nieudanego Aerodrome z 1903 r. Podobnie bracia Wright , począwszy od 1904 r., Używali katapulty w stylu ciężarka i żurawia, aby pomóc swoim wczesnym samolotom w starcie w ograniczona odległość.

31 lipca 1912 roku Theodore Gordon Ellyson został pierwszą osobą wystrzeloną z systemu katapult Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych. Marynarka wojenna doskonaliła system katapult na sprężone powietrze i zamontowała go w doku Santee w Annapolis w stanie Maryland . Pierwsza próba prawie zabiła porucznika Ellysona, kiedy samolot opuścił rampę z nosem skierowanym do góry i złapał boczny wiatr, wpychając samolot do wody. Ellyson był w stanie uciec z wraku bez szwanku. 12 listopada 1912 r. porucznik Ellyson przeszedł do historii jako pierwszy udany start katapulty Marynarki Wojennej ze stacjonarnej barki węglowej. W dniu 5 listopada 1915 r. Komandor porucznik Henry C. Mustin dokonał pierwszego wystrzelenia katapulty z płynącego statku.

Harmonogram aplikacji

Funkcja Pierwszy widziany Po raz pierwszy zademonstrowano na Pierwszy przewoźnik na zlecenie Wejście do służby Notatki
Katapulta morska 1915 USS Karolina Północna

USS Langley – sprężone powietrze USS Lexington – koło zamachowe HMS Courageous – hydrauliczny

1922 1927 1934 		porucznik kmdr. Henry Mustin dokonał pierwszego udanego startu 5 listopada 1915 r.
Katapulta parowa 1950 HMS Perseusz USS Hancock 1954 dodany do Hancocka podczas jej remontu SCB-27 C w 1953 roku.
EMAŁY 2010 Pole Lakehurst Maxfield USS Gerald R. Ford 2017

Międzywojenne i II wojna światowa

Supermarine Walrus wystrzeliwany z katapulty HMS Bermuda (1943)

Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych eksperymentowała z innymi źródłami i modelami zasilania, w tym z katapultami wykorzystującymi różne odmiany prochu strzelniczego i koła zamachowego. 14 grudnia 1924 r. Samolot obserwacyjny Martin MO-1 pilotowany przez porucznika LC Haydena został wystrzelony z USS Langley za pomocą katapulty napędzanej prochem strzelniczym. Po tym starcie metoda ta była stosowana zarówno na krążownikach , jak i pancernikach .

Do 1929 roku niemieckie liniowce oceaniczne SS Bremen i Europa zostały wyposażone w katapulty na sprężone powietrze zaprojektowane przez firmę lotniczą Heinkel z Rostocku, a dalsze prace nad pocztą lotniczą z katapultami na południowym Atlantyku podjęto w pierwszej połowie lat trzydziestych , z dwusilnikowymi łodziami latającymi Dornier Wal .

Do i podczas II wojny światowej większość katapult na lotniskowcach była hydrauliczna. Jednak katapulty Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych na okrętach nawodnych były obsługiwane z ładunkami wybuchowymi podobnymi do tych używanych w działach 130-milimetrowych (5-calowych). Niektóre lotniskowce zostały ukończone przed i podczas II wojny światowej z katapultami na pokładzie hangaru, które strzelały w poprzek statków , ale były one niepopularne ze względu na ich krótki przebieg, niski prześwit pokładów hangaru, niemożność dodania prędkości statku do przodu do prędkości samolotu do startu i mniejszy prześwit od wody (warunki, które dawały pilotom znacznie mniejszy margines błędu w pierwszych chwilach lotu). Były używane głównie do celów eksperymentalnych, a ich użycie zostało całkowicie przerwane w drugiej połowie wojny.

Próbny start Hurricane'a przy użyciu katapulty rakietowej statku CAM, Greenock , Szkocja, 31 maja 1941 r.

Wiele okrętów wojennych oprócz lotniskowców przewoziło wodnosamoloty, wodnosamoloty lub amfibie do rozpoznania i wykrywania. Zostały wystrzelone z katapulty i wylądowały na morzu obok w celu odzyskania za pomocą dźwigu. Ponadto koncepcja podwodnych lotniskowców została opracowana przez wiele krajów w okresie międzywojennym, aż do drugiej wojny światowej i później, w której okręt podwodny wystrzeliwał niewielką liczbę wodnosamolotów do operacji ofensywnych lub wykrywania artylerii, które miały być odzyskane przez okręt podwodny po samolot wylądował. Pierwszy start z Royal Navy miał miejsce z HMAS Australia 8 marca 1918 r. Następnie wiele okrętów Royal Navy przewoziło katapultę i od jednego do czterech samolotów; pancerniki lub krążowniki liniowe, takie jak HMS Prince of Wales, przewoziły cztery samoloty, a HMS Rodney dwa, podczas gdy mniejsze okręty wojenne, takie jak krążownik HMNZS Leander , przewoziły jeden. Przewożone samoloty to Fairey Seafox lub Supermarine Walrus . Niektórzy, jak HMS Nelson , nie używali katapulty, a samolot został opuszczony na morze w celu startu. Niektórym usunięto samoloty i katapultę podczas II wojny światowej, np. HMS Duke of York lub wcześniej ( HMS Ramillies ).

Podczas II wojny światowej wiele statków było wyposażonych w katapulty napędzane rakietami, najpierw katapulty myśliwskie Królewskiej Marynarki Wojennej, a następnie uzbrojeni kupcy znani jako statki CAM od „kupców uzbrojonych w katapulty”. Były one używane do eskortowania konwojów w celu odpędzania wrogich bombowców rozpoznawczych. Statki CAM przewoziły Hawker Sea Hurricane 1A , nazwany „Hurricat” lub „Catafighter”, a pilot wyskoczył, chyba że mógł polecieć na ląd.

uwięzieni w zamku Colditz podczas wojny, zaplanowali próbę ucieczki, wykorzystując spadającą wannę pełną ciężkich kamieni i kamieni jako siłę napędową katapulty, która miała zostać wykorzystana do wystrzelenia szybowca Colditz Cock z dachu zamku.

V-1 wystrzeliwane z ziemi były zwykle napędzane po pochyłej rampie startowej przez urządzenie znane jako Dampferzeuger („generator pary”).

Katapulta parowa

Elementy katapulty Charlesa de Gaulle'a , zdemontowane podczas jej remontu w 2008 roku
Końcowe kontrole katapulty samolotu przed operacjami lotniczymi na pokładzie USS John C. Stennis

Po II wojnie światowej Królewska Marynarka Wojenna opracowywała nowy system katapult dla swojej floty lotniskowców. Dowódca Colin C. Mitchell , RNV , zalecił system parowy jako skuteczny i wydajny środek do wystrzelenia następnej generacji samolotów morskich. Próby na HMS Perseus , pilotowanym przez takich pilotów jak Eric „Winkle” Brown , od 1950 roku wykazały jego skuteczność. W połowie lat pięćdziesiątych marynarki wojenne wprowadziły katapulty parowe, zdolne do wystrzeliwania cięższych myśliwców odrzutowych . Rozważano również katapulty napędzane proszkiem, które byłyby wystarczająco mocne, ale powodowałyby również znacznie większe obciążenia płatowców i mogły nie nadawać się do długiego użytkowania.

Podczas startu drążek zwalniający utrzymuje samolot w miejscu, gdy ciśnienie pary wzrasta, a następnie pęka (lub „zwalnia”; starsze modele używały ścinanego sworznia), uwalniając tłok, aby ciągnąć samolot wzdłuż pokładu z dużą prędkością. W ciągu około dwóch do czterech sekund prędkość samolotu spowodowana działaniem katapulty plus pozorna prędkość wiatru (prędkość statku plus minus „naturalny” wiatr) jest wystarczająca, aby samolot mógł odlecieć, nawet po utracie jednego silnika.

Kraje, które zachowały duże lotniskowce, tj. Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych i Marynarka Francuska , nadal używają konfiguracji CATOBAR (Catapult Assisted Take Off But Arrested Recovery). Samoloty taktyczne Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych używają katapult do startu z cięższym ładunkiem bojowym, niż byłoby to możliwe w innym przypadku. Większe samoloty, takie jak E-2 Hawkeye i S-3 Viking , wymagają strzału z katapulty, ponieważ ich stosunek ciągu do masy jest zbyt niski dla konwencjonalnego startu toczącego się na pokładzie lotniskowca.

Rodzaje katapult parowych

Obecnie lub kiedyś obsługiwane przez marynarki wojenne Stanów Zjednoczonych i Francji obejmują:

Typ Całkowita długość Udar Pojemność Przewoźnicy
C-11 i C-11-1 225 stóp (69 m) 211 stóp (64 m) 39 000 funtów (18 ton) przy 136 węzłach; 70 000 funtów (32 t) przy 108 węzłach SCB-27C Essex - klasy , konwersje USS Coral Sea , instalacje dziobowe na USS Midway i USS Franklin D. Roosevelt , instalacje w pasie na USS Forrestal i USS Saratoga
C-11-2 162 stopy (49 m) 150 stóp (46 m) Katapulty talii na USS Midway i USS Franklin D. Roosevelt
C-7 276 stóp (84 m) 253 stopy (77 m) 40 000 funtów (18 ton) przy 148,5 węzłach; 70 000 funtów (32 t) przy 116 węzłach USS Ranger , USS Independence , instalacje dziobowe na USS Forrestal i USS Saratoga
C-13 265 stóp (81 m) 250 stóp (76 m) 78 000 funtów (35 ton) przy 139 węzłach Klasa Kitty Hawk , USS Midway po modernizacji SCB-101.66, USS Enterprise
C-13-1 325 stóp (99 m) 310 stóp (94 m) 80 000 funtów (36 ton) przy 140 węzłach Jedna instalacja na USS America i USS John F. Kennedy , wszystkie na USS Nimitz , USS Dwight D. Eisenhower , USS Carl Vinson i USS Theodore Roosevelt
C-13-2 325 stóp (99 m) 306 stóp (93 m) USS Abraham Lincoln , USS George Washington , USS John C. Stennis , USS Harry S. Truman
C-13-3 261 stóp (80 m) 246 stóp (75 m) 60 000 funtów (27 ton) przy 140 węzłach Francuski lotniskowiec Charles de Gaulle

Łapacze uzdy

USS Saratoga w drodze. Łapacze uzdy to przedłużenia na końcu przednich katapult

Wystające pochylone rampy (Van Velm Bridle Arresters lub rogi) na końcach katapulty na niektórych lotniskowcach były używane do chwytania uzdy (łączników między promem katapulty a kadłubem samolotu) do ponownego użycia. Były tam małe liny, które mocowały uzdę do wahadłowca, które biegły w dół ustawionego pod kątem rogu, aby odciągnąć uzdę w dół i od samolotu, aby nie uszkodzić podbrzusza. Uzda byłaby wtedy łapana przez sieci poza rogiem. Uzdy nie były używane w samolotach amerykańskich od zakończenia zimnej wojny , a wszystkie lotniskowce marynarki wojennej Stanów Zjednoczonych oddane do użytku od tego czasu nie miały ramp. Ostatnim amerykańskim lotniskowcem, któremu zlecono łapacze uzdy, był USS Carl Vinson ; począwszy od USS Theodore Roosevelt, rampy zostały usunięte. Podczas remontów tankowania i kompleksowego remontu pod koniec lat 90. i na początku 2000 r. Z pierwszych trzech lotniskowców klasy Nimitz usunięto łapacze uzdy . USS Enterprise był ostatnim lotniskowcem operacyjnym Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych z rampami wciąż podłączonymi przed jego dezaktywacją w 2012 roku. [ Potrzebne źródło ]

Podobnie jak jego współcześni amerykańscy odpowiednicy, francuski lotniskowiec Charles De Gaulle nie jest wyposażony w łapacze uzdy, ponieważ nowoczesne samoloty operujące na pokładzie wykorzystują te same systemy startowe, co w marynarce wojennej Stanów Zjednoczonych. Ze względu na tę wzajemną interoperacyjność amerykańskie samoloty mogą być również katapultowane z Charles De Gaulle i lądować na nim , i odwrotnie, samoloty francuskiej marynarki wojennej mogą korzystać z katapult lotniskowców US Navy. W czasie, gdy Super Étendard był eksploatowany na pokładzie Charlesa de Gaulle'a , jego uzdy były używane tylko raz, ponieważ nigdy nie zostały odzyskane przez łowców uzdy.

Lotniskowce Clemenceau i Foch były również wyposażone w łapacze uzdy, nie dla Super Étendardów, ale tylko po to, aby złapać i odzyskać uzdy Vought F-8 Crusader . [ wymagane wyjaśnienie ]

Katapulta elektromagnetyczna

Główny artykuł: Katapulta elektromagnetyczna
Wygenerowany komputerowo model liniowego silnika indukcyjnego stosowanego w EMALS.

Wielkość i wymagania dotyczące siły roboczej katapult parowych ograniczają ich możliwości. Nowszym podejściem jest katapulta elektromagnetyczna, taka jak Electromagnetic Aircraft Launch System (EMALS) opracowany przez General Atomics. Katapulty elektromagnetyczne wywierają mniejszy nacisk na samolot i zapewniają większą kontrolę podczas startu, umożliwiając stopniowe i ciągłe przyspieszanie. Oczekuje się również, że katapulty elektromagnetyczne będą wymagały znacznie mniej konserwacji dzięki zastosowaniu komponentów półprzewodnikowych.

liniowymi silnikami indukcyjnymi eksperymentowano już wcześniej, na przykład z systemem Electropult firmy Westinghouse w 1945 r. Jednak na początku XXI wieku marynarki wojenne ponownie zaczęły eksperymentować z katapultami napędzanymi liniowymi silnikami indukcyjnymi i elektromagnesami . Katapulta elektromagnetyczna byłaby bardziej wydajna energetycznie na lotniskowcach o napędzie atomowym i zmniejszyłaby niektóre zagrożenia stwarzane przez użycie pary pod ciśnieniem. Na statkach napędzanych turbiną gazową katapulta elektromagnetyczna wyeliminowałaby potrzebę stosowania oddzielnego kotła parowego do wytwarzania pary katapultowej. Lotniskowce klasy Gerald R. Ford Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych i lotniskowiec Typ 003 Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych zawierały w swoich projektach katapulty elektromagnetyczne.

Użytek cywilny

Od 1929 roku niemieckie liniowce Norddeutscher Lloyd SS Bremen i Europa były wyposażone w katapulty napędzane sprężonym powietrzem zaprojektowane przez Heinkel Flugzeugwerke do wystrzeliwania samolotów pocztowych. Statki te obsługiwały trasę między Niemcami a Stanami Zjednoczonymi. Samolot przewożący worki pocztowe miał zostać wystrzelony jako środek transportu pocztowego , gdy statek znajdował się jeszcze wiele setek mil od miejsca przeznaczenia, co przyspieszyłoby dostarczanie poczty o około jeden dzień. Początkowo Heinkel He 12 były używane, zanim zostały zastąpione przez Junkersy Ju 46 , które z kolei zostały zastąpione przez Vought V-85G .

Niemieckie linie lotnicze Lufthansa wykorzystały następnie dedykowane statki katapultowe SS Westfalen , MS Schwabenland , Ostmark i Friesenland do wystrzelenia większych łodzi latających Dornier Do J Wal (wieloryb), Dornier Do 18 i Dornier Do 26 w służbie poczty lotniczej na południowym Atlantyku ze Stuttgartu w Niemczech do Natal, Brazylia. Podczas lotów sprawdzających trasę w 1933 r. i regularnych usług rozpoczynających się w lutym 1934 r. Wals przeleciał transoceaniczny etap trasy między Bathurst w Gambii w Afryce Zachodniej i Fernando de Noronha , grupą wysp u wybrzeży Ameryki Południowej. Najpierw był postój na tankowanie na środku oceanu. Latająca łódź wylądowałaby na otwartym morzu, została wciągnięta na pokład przez dźwig, zatankowana, a następnie wystrzelona katapultą z powrotem w powietrze. Jednak lądowanie na dużych falach oceanu miało tendencję do uszkadzania kadłuba latających łodzi. Od września 1934 roku Lufthansa miała statek pomocniczy na każdym końcu etapu transoceanicznego, dostarczający sygnały radionawigacyjne i starty katapult po wyniesieniu samolotu na morze przez noc. Od kwietnia 1935 roku Walsy były wypuszczane bezpośrednio na morze i przelatywały całą odległość przez ocean. Było to możliwe, ponieważ latające łodzie mogły przewozić więcej paliwa, gdy nie musiały startować z wody o własnych siłach, i skrócić czas potrzebny na dostarczenie poczty z Niemiec do Brazylii z czterech do trzech dni.

na trasie północnoatlantyckiej do Nowego Jorku przeprowadzono testy obejmujące łódź latającą Blohm & Voss Ha 139 . Schwabenland był również używany w ekspedycji antarktycznej w latach 1938/39, której głównym celem było znalezienie obszaru dla niemieckiej stacji wielorybniczej, w której Wals wystrzelony z katapulty badał terytorium, które później Niemcy uznali za Nową Szwabię . Wszystkie katapulty Lufthansy zostały przejęte przez Luftwaffe w 1939 roku i używane jako wodnosamoloty podczas II wojny światowej wraz z trzema katapultami zbudowanymi dla wojska.

Po drugiej wojnie światowej samoloty-amfibie Supermarine Walrus były również przez krótki czas obsługiwane przez brytyjską firmę wielorybniczą United Whalers. Działając na Antarktydzie, zostały wystrzelone ze statku fabrycznego FF Balaena , który był wyposażony w katapultę byłego samolotu marynarki wojennej.

Alternatywy dla katapult

Chińskie, indyjskie i rosyjskie marynarki wojenne obsługują konwencjonalne samoloty z lotniskowców STOBAR (Short Take-Off But Arrested Landing). Zamiast katapulty używają skoczni narciarskiej , aby pomóc samolotom wystartować z dodatnią prędkością wznoszenia. Samoloty transportowe, takie jak J-15 , Mig-29K i Su-33, polegają na własnych silnikach, aby przyspieszyć do prędkości lotu. W rezultacie muszą wystartować ze zmniejszonym ładunkiem paliwa i uzbrojenia.

Wszystkie inne marynarki wojenne z lotniskowcami obsługują samoloty STOVL , takie jak F-35B Lightning II , Sea Harrier i AV-8B Harrier II . Te samoloty mogą startować pionowo z lekkim ładunkiem lub użyć skoczni narciarskiej, aby pomóc w toczącym się starcie z dużym ładunkiem. Nośniki STOVL są tańsze i generalnie mniejsze w porównaniu do nośników CATOBAR.

Zobacz też

Bibliografia

  •   Londyn, Piotr. Brytyjskie łodzie latające . Stoud, Wielka Brytania: Sutton Publishers Ltd., 2003. ISBN 0-7509-2695-3 .
  • Werrell, Kenneth P. (1985), The Evolution of Cruise Missile , Maxwell Air Force Base, Alabama: Air University Press .
Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Aircraft_catapult&oldid=1138908195 ”