Электромагнитная система запуска самолетов

Электромагнитная система запуска самолетов ( EMALS ) представляет собой тип электромагнитной катапультной системы, разработанной компанией General Atomics для ВМС США . Система запускает палубные самолеты с помощью катапульты, в которой используется линейный асинхронный двигатель, а не обычный паровой поршень . Впервые система EMALS была установлена на головном корабле авианосца Джеральд Р. Форд класса , USS Gerald R. Ford .
Его главное преимущество заключается в том, что он более плавно разгоняет самолеты, оказывая меньшую нагрузку на их планер . По сравнению с паровыми катапультами, EMALS также весит меньше, будет стоить дешевле и потребует меньшего обслуживания, а также может запускать как более тяжелые, так и более легкие самолеты, чем система с паровым поршневым приводом. Это также снижает потребность перевозчика в пресной воде, тем самым снижая потребность в энергоемком опреснении .
Проектирование и разработка
[ редактировать ], разработанные в 1950-х годах, Паровые катапульты оказались исключительно надежными. Авианосцы, оснащенные четырьмя паровыми катапультами, могли использовать хотя бы одну из них в 99,5% случаев. [1] Однако есть ряд недостатков. Одна группа инженеров ВМФ написала: «Главный недостаток заключается в том, что катапульта работает без управления с обратной связью . При отсутствии обратной связи часто возникают большие переходные процессы в силе буксировки, которые могут повредить или сократить срок службы планера». [2] Паровая система массивна, неэффективна (4–6% полезной работы), [3] и трудно контролировать. Эти проблемы управления позволяют «Нимиц» класса паровым катапультам авианосца запускать тяжелые самолеты, но не такие легкие, как многие беспилотные летательные аппараты .
Система, несколько похожая на EMALS, , электропульт Westinghouse . была разработана в 1946 году, но так и не была внедрена [4]
Линейный асинхронный двигатель
[ редактировать ]В EMALS используется линейный асинхронный двигатель (LIM), который использует переменный ток (AC) для генерации магнитных полей, которые перемещают каретку по рельсам для запуска самолета. [5] [6] EMALS состоит из четырех основных элементов: [7] Линейный асинхронный двигатель состоит из ряда катушек статора с той же функцией, что и круглые катушки статора в обычном асинхронном двигателе. При подаче питания двигатель ускоряет каретку по рельсам. Только секция катушек, окружающая каретку, находится под напряжением в любой момент времени, что минимизирует реактивные потери. LIM EMALS длиной 300 футов (91 м) может разогнать самолет массой 100 000 фунтов (45 000 кг) до 130 узлов (240 км / ч; 150 миль в час). [6]
Подсистема хранения энергии
[ редактировать ]Во время запуска асинхронному двигателю требуется большой всплеск электрической энергии , превышающий то, что может обеспечить собственный источник непрерывной энергии корабля. Конструкция системы накопления энергии EMALS учитывает это, забирая энергию от корабля в течение 45-секундного периода перезарядки и сохраняя энергию кинетически с использованием роторов четырех дисковых генераторов переменного тока ; затем система выделяет эту энергию (до 484 МДж) за 2–3 секунды. [8] Каждый ротор выдает до 121 МДж (34 кВтч) (приблизительно эквивалент одного галлона бензина ) и может быть перезаряжен в течение 45 секунд после запуска; это быстрее, чем паровые катапульты. [6] Запуск с максимальной производительностью с использованием энергии 121 МДж от каждого дискового генератора замедляет роторы с 6400 об/мин до 5205 об/мин. [8] [9]
Подсистема преобразования энергии
[ редактировать ]Во время запуска подсистема преобразования энергии высвобождает накопленную энергию из дисковых генераторов переменного тока с помощью циклоконвертера . [6] Циклоконвертер обеспечивает контролируемое повышение частоты и напряжения для LIM, подавая питание только на небольшую часть катушек статора, которые воздействуют на стартовую каретку в любой данный момент. [8]
Пульты управления
[ редактировать ]Операторы контролируют мощность через систему замкнутого цикла . Датчики Холла на гусенице следят за ее работой, позволяя системе обеспечить необходимое ускорение. Система с замкнутым контуром позволяет EMALS поддерживать постоянную силу буксировки, что помогает снизить стартовые нагрузки на планер самолета. [6]
Статус программы
[ редактировать ]
Фаза 1 испытаний на совместимость самолетов (ACT) завершилась в конце 2011 года после 134 запусков (типы самолетов, включая F/A-18E Super Hornet, T-45C Goshawk, C-2A Greyhound, E-2D Advanced Hawkeye и F-35C Lightning II). ) с использованием демонстратора EMALS, установленного на военно-морской авиационной инженерной базе Лейкхерст . По завершении АКТ 1 система была переконфигурирована, чтобы более точно отражать фактическую конфигурацию корабля на борту авианосца «Джеральд Р. Форд» , который будет использовать четыре катапульты, совместно использующие несколько накопителей энергии и подсистем преобразования энергии. [10]
- 1–2 июня 2010 г.: Успешный запуск McDonnell Douglas T-45 Goshawk . [11]
- 9–10 июня 2010 г.: Успешный запуск самолета Grumman C-2 Greyhound . [12]
- 18 декабря 2010 г.: Успешный запуск Boeing F/A-18E Super Hornet . [13] [14]
- 27 сентября 2011 г.: Успешный запуск Northrop Grumman E-2D Advanced Hawkeye . [15] [16]
- 18 ноября 2011 г.: Успешный запуск Lockheed Martin F-35 Lightning II . [17]
Фаза 2 ACT началась 25 июня 2013 года и завершилась 6 апреля 2014 года после еще 310 запусков (включая запуски Boeing EA-18G Growler и McDonnell Douglas F/A-18C Hornet , а также еще одного раунда испытаний с самолетами предыдущих типов). запущен на этапе 1). На этапе 2 были смоделированы различные ситуации с авианосцем, включая запуски со смещением от центра и запланированные сбои систем, чтобы продемонстрировать, что самолет может достичь конечной скорости, и подтвердить надежность, критическую для запуска. [10]
- Июнь 2014 г.: Военно-морской флот завершил испытания прототипа EMALS 450 запусков пилотируемых самолетов с участием каждого типа палубных самолетов, имеющихся в арсенале ВМС США, на совместной базе МакГуайр-Дикс-Лейкхерст в ходе двух кампаний по тестированию совместимости самолетов (ACT).
- Май 2015 г.: Проведены первые полноскоростные корабельные испытания. [18]
Доставка и развертывание
[ редактировать ]28 июля 2017 г. лейтенант-коммандер. Джейми «Тренер» Страк из 23-й воздушной испытательной и оценочной эскадрильи (VX-23) выполнил первый запуск катапульты EMALS с авианосца Джеральд Р. Форд (CVN-78) на самолете F / A-18F Super Hornet . [19]
было выполнено 8000 циклов запуска/восстановления К апрелю 2021 года с использованием EMALS и тормозной системы AAG на борту военного корабля США «Джеральд Р. Форд» . В USN также заявили, что подавляющее большинство этих циклов произошло в предыдущие 18 месяцев и что 351 пилот прошел обучение по EMALS/AAG. [20]
Преимущества
[ редактировать ]По сравнению с паровыми катапультами, EMALS меньше весит, занимает меньше места, требует меньше обслуживания и рабочей силы, теоретически может быть более надежным, быстрее перезаряжается и потребляет меньше энергии. Паровые катапульты, которые используют около 1350 фунтов (610 кг) пара на запуск, имеют обширные механические, пневматические и гидравлические подсистемы. [8] EMALS не использует пар, что делает его подходящим для планируемых полностью электрических кораблей ВМС США. [21]
По сравнению с паровыми катапультами, EMALS может контролировать характеристики запуска с большей точностью, что позволяет запускать больше типов самолетов, от тяжелых истребителей до легких беспилотных самолетов. [21] Имея доступную мощность до 121 мегаджоуля, каждый из четырех дисковых генераторов переменного тока в системе EMALS может обеспечить на 29% больше энергии, чем примерно 95 МДж паровой катапульты. [8] EMALS с запланированным КПД преобразования энергии 90% также будет более эффективным, чем паровые катапульты, которые достигают КПД только 5%. [6]
Критика
[ редактировать ]В мае 2017 года президент Дональд Трамп раскритиковал EMALS во время интервью Time , заявив, что по сравнению с традиционными паровыми катапультами «цифровые технологии стоят на сотни миллионов долларов больше, и это бесполезно». [22] [23] [24] [25]
Критика президента Трампа была поддержана весьма критическим докладом Пентагона за 2018 год, в котором подчеркивалось, что надежность EMALS оставляет желать лучшего и что средний уровень критических отказов в девять раз превышает пороговые требования ВМФ. [26]
Надежность
[ редактировать ]В 2013 году на полигоне Лейкхерст, штат Нью-Джерси, 201 из 1967 испытательных пусков потерпели неудачу, что дает 10% процент неудач в серии испытаний. Учитывая нынешнее состояние системы, самые щедрые цифры, доступные в 2013 году, показали, что средний показатель «времени наработки на отказ» EMALS составляет 1 из 240. [27] : 188
Согласно отчету за март 2015 года: «С учетом ожидаемого роста надежности, частота отказов для последнего зарегистрированного среднего цикла между критическими отказами была в пять раз выше, чем следовало ожидать. По состоянию на август 2014 года ВМС сообщили, что было произведено более 3017 запусков. были проведены на испытательном полигоне Лейкхерст, но не предоставили DOT&E [Директору по эксплуатационным испытаниям и оценке] обновленную информацию о сбоях». [28]
В тестовой конфигурации ЭМАЛС не могла запускать истребители с установленными подвесными баками . «Военно-морской флот разработал исправления для устранения этих проблем, но испытания с пилотируемыми самолетами для проверки исправлений перенесены на 2017 год». [29]
В июле 2017 года система прошла успешные испытания в море на авианосце USS Gerald R. Ford . [30]
В отчете DOT&E за январь 2021 года говорилось: «Во время 3975 запусков катапульт [...] EMALS продемонстрировала достигнутую надежность в 181 средний цикл между отказами эксплуатационных миссий (MCBOMF) [...] Эта надежность значительно ниже требования в 4166 MCBOMF. " [31] EMALS часто выходит из строя и ненадежна, сообщил директор по испытаниям Пентагона Роберт Белер после оценки 3975 циклов на авианосце USS Gerald R. Ford с ноября 2019 года по сентябрь 2020 года. [32]
В апреле 2022 года контр-адмирал Шейн Г. Гахаган из Командования авиационных систем ВМС заявил, что, несмотря на сообщения об обратном, система работает нормально и на авианосце США Джеральд Р. Форд за последние два года было обнаружено 8500 «котов и ловушек». годы. [33]
важная веха - 10 000 успешных запусков катапульт и задержанных приземлений на борту военного корабля США Джеральд Р. Форд . 25 июня 2022 года была достигнута [34] [35]
В отчете GAO за июнь 2022 года говорится: «Военно-морской флот также продолжает бороться с надежностью». электромагнитной системы запуска самолета и усовершенствованное тормозное устройство, необходимое для удовлетворения требований В отчете также указывается, что ВМС не ожидают, что EMALS и AAG достигнут целей по надежности до «2030-х годов». [36]
Операторы
[ редактировать ]Текущие операторы
[ редактировать ]Соединенные Штаты
[ редактировать ]ВМС США являются первыми пользователями General Atomic EMALS. Оборудован на авианосце типа «Джеральд Р. Форд» (в строю).
Потенциальные операторы
[ редактировать ]Франция
[ редактировать ]Военно-морской флот Франции активно планирует строительство будущего авианосца и нового флагмана. На французском языке он известен как Porte-avions de nouvelle génération (авианосец нового поколения) или под аббревиатурой PANG . Корабль будет оснащен атомной установкой и катапультной системой EMALS. Ожидается, что строительство PANG начнется примерно в 2025 году и вступит в строй в 2038 году, когда авианосец « Шарль де Голль» должен выйти из строя. [37]
Индия
[ редактировать ]ВМС Индии проявили интерес к установке системы EMALS на планируемом CATOBAR авианосце INS Vishal . [38] [39] [40] Индийское правительство проявило интерес к производству электромагнитной системы запуска самолетов на местном уровне при содействии General Atomics . [41]
Великобритания
[ редактировать ]Компания Converteam UK работала над системой электромагнитной катапульты (EMCAT) для Queen Elizabeth авианосца класса . [42] В августе 2009 года возникли предположения, что Великобритания может отказаться от STOVL F-35B в пользу модели CTOL F-35C , что означало бы, что авианосцы будут построены для эксплуатации самолетов с обычным взлетом и посадкой с использованием разработанных в Великобритании непаровых катапульт EMCAT. [43] [44]
В октябре 2010 года правительство Великобритании объявило, что купит F-35C, используя еще не определившуюся систему CATOBAR . из Сан-Диего был подписан контракт В декабре 2011 года с компанией General Atomics на разработку EMALS для авианосцев класса Queen Elizabeth . [42] [45] Однако в мае 2012 года правительство Великобритании отменило свое решение после того, как прогнозируемые затраты выросли вдвое по сравнению с первоначальной сметой, а поставки были перенесены на 2023 год, отменив вариант F-35C и вернувшись к своему первоначальному решению о покупке STOVL F-35B. [46]
Другое развитие
[ редактировать ]В 2000-х годах Китай разработал электромагнитную катапульту для авианосцев, но с другим техническим подходом. среднего напряжения . постоянного тока Китайцы внедрили систему передачи электроэнергии [47] вместо катапультной системы переменного тока, разработанной в США. [48] [49]
См. также
[ редактировать ]- Усовершенствованное задерживающее устройство
- Койлган
- Рейлган
- Массовый драйвер
- Современные авианосные операции ВМС США
- Морская авиация
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Шанк, Джон. Модернизация авианосного флота США , с. 80.
- ^ Дойл, Майкл, Дуглас Сэмюэл, Томас Конвей и Роберт Климовски. «Электромагнитная система запуска самолетов – ЭМАЛС». База военно-морской авиации Лейкхерст. 1 марта. п. 1.
- ^ Дойл, Майкл, «Электромагнитная система запуска самолетов - EMALS». п. 1.
- ^ Экселл, Джон (30 октября 2013 г.). «Октябрь 1946 года – Westinghouse представляет Electropult» . Инженер . Проверено 30 июня 2017 г.
- ^ «EMALS: Учимся запускать» . Провод Новой Англии . 4 мая 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Швебер, Билл (11 апреля 2002 г.). «Как это работает» . Журнал ЭДН . Проверено 7 ноября 2014 г.
- ^ «Архивная копия» . Архивировано из оригинала 10 февраля 2009 года . Проверено 29 февраля 2008 г.
{{cite web}}
: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б с д и Дойл, Сэмюэл; Конвей, Климовски (15 апреля 1994 г.). «Электромагнитная система запуска самолетов - EMALS» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 25 октября 2004 года. Дойл, Сэмюэл; Конвей, Климовски (1995). «Электромагнитная система запуска самолетов - EMALS» (PDF) . Транзакции IEEE по магнетизму . 31 (1): 528. Бибкод : 1995ITM....31..528D . дои : 10.1109/20.364638 . [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Бендер, Дональд (май 2015 г.). «Маховики» (PDF) . Отчет Сандиа (SAND2015–3976): 21.
- ^ Перейти обратно: а б «EMALS начнет испытания салазок на CVN 78 в конце 2015 года — IHS Jane's 360» . Архивировано из оригинала 28 октября 2014 года . Проверено 1 апреля 2015 г.
- ^ «EMALS запускает первый «Ястреб-тетеревятник» - NAVAIR - Командование авиационных систем ВМС США - Исследования, разработки, приобретение, испытания и оценка авиации ВМС и Корпуса морской пехоты» . Navair.navy.mil . Архивировано из оригинала 23 декабря 2011 года . Проверено 17 июня 2011 г.
- ^ «Фоторепортаж: EMALS успешно запустила первый самолет Greyhound – NAVAIR – Командование авиационных систем ВМС США – Исследования, разработки, приобретение, испытания и оценка авиации ВМС и Корпуса морской пехоты» . Navair.navy.mil . Архивировано из оригинала 23 декабря 2011 года . Проверено 17 июня 2011 г.
- ^ «NAVAIR – Командование авиационных систем ВМС США – Исследования, разработки, приобретение, испытания и оценка авиации ВМС и морской пехоты» . Navair.navy.mil . Архивировано из оригинала 26 декабря 2010 года . Проверено 21 декабря 2010 г.
- ^ «USN предпринимает первый запуск EMALS Hornet» . Ежемесячник ВВС . № 275. ООО «Кей Паблишинг» . Март 2011. с. 18. ISSN 0955-7091 .
- ^ «Новая электромагнитная катапульта ВМФ «очень гладкая» » . Ньюбери Парк Пресс. 28 сентября 2011 года . Проверено 4 октября 2011 г.
- ^ «Испытана новая система запуска авианосца» . Индустрия безопасности . Юнайтед Пресс Интернэшнл . 3 октября 2011 года . Проверено 4 октября 2011 г.
- ^ "F-35C стартует с эмалов" . 28 ноября 2011 г.
- ^ «ВМФ объявляет об успешных испытаниях электромагнитной катапульты на CVN 78» . Imperialvalleynews.com . Перевозчики ПЭО. 15 мая 2015 года . Проверено 16 мая 2015 г.
- ^ «Местные пилоты впервые приземлились на авианосец Джеральд Форд» . Фокс 8 Кливленд . 29 июля 2017 года . Проверено 2 августа 2017 г.
- ^ «EMALS и AAG восстановили 8000 самолетов, которые были запущены до завершения испытаний и испытаний Ford после доставки | NAVAIR» . www.navair.navy.mil . Проверено 11 августа 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б Лоу, Кристиан (5 апреля 2007 г.). «Оборонные технологии: EMALS: катапульта следующего поколения» . Архивировано из оригинала 20 июня 2010 года . Проверено 27 февраля 2008 г.
- ^ «Читайте интервью Дональда Трампа журналу TIME о том, как он был президентом» . Время . Проверено 11 мая 2017 г.
- ^ Таймс, ВМС (11 мая 2017 г.). «Военно-морской флот должен вернуться к «проклятому пару» на авианосце, — говорит Трамп» . «ВМС Таймс» . Проверено 26 июня 2017 г.
- ^ « Надо быть Альбертом Эйнштейном, чтобы это понять»: Трамп нацелился на новую авиационную катапульту ВМФ» . Вашингтон Пост . Проверено 26 июня 2017 г.
- ^ «Дженерал Атомикс умолчала о «чёртовой паровой» критике Трампа в адрес новой катапульты авианосца» . Сан-Диего Юнион-Трибьюн . Проверено 30 июня 2017 г.
- ^ Маклири, Пол (25 июня 2018 г.). «Проблемный авианосец Форд ВМФ добился скромных успехов» . Прорыв защиты.
- ^ «Директор по эксплуатационным испытаниям и оценке: Годовой отчет за 2013 финансовый год» . Dote.osd.mil . Проверено 30 июня 2017 г.
- ^ Тайлер Рогоуэй (17 июня 2015 г.). «Миф Пентагона о параллелизме теперь доступен в размере суперперевозчика» . Foxtrotalpha.jalopnik.com . Проверено 30 июня 2017 г.
- ^ О'Руркер, Рональд (18 мая 2017 г.). «Программа авианосцев класса Navy Ford (CVN-78): предыстория и проблемы для Конгресса» (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Исследовательская служба Конгресса.
- ^ ЛаГрон, Сэм (28 июля 2017 г.). «ВИДЕО: Военный корабль США Джеральд Р. Форд совершает первую задержанную посадку и запуск катапульты» . Новости USNI . Военно-морской институт США. Архивировано из оригинала 23 декабря 2017 года . Проверено 30 ноября 2017 г.
- ^ «Программа авианосцев класса Navy Ford (CVN-78): предыстория и проблемы для Конгресса» (PDF) . Исследовательская служба Конгресса. 25 марта 2021 г. с. 28 . Проверено 10 апреля 2021 г.
- ^ «Самый дорогой авиаперевозчик ВМФ за всю историю изо всех сил пытается запустить самолеты за пределы палубы» . Bloomberg.com . 9 января 2021 г. Проверено 20 февраля 2021 г.
- ^ Тейлор, Дэниел П. (4 апреля 2022 г.). «Адмирал программ EMALS и AAG: «Это работает» » . seapowermagazine.org . Проверено 9 сентября 2022 г.
- ^ «General Atomics EMALS и AAG Systems на CVN 78 достигли рубежа в 10 000 «Кошек и ловушек»» . 13 июля 2022 г.
- ^ «EMALS и AAG достигли 10 000 запусков и подъемов самолетов» . navair.navy.mil . 5 июля 2022 г. Проверено 9 сентября 2022 г.
- ^ «Ежегодная оценка систем вооружения ГАО-22-105230» (PDF) . gao.gov . Счетная палата правительства США. Июнь 2022 г. Архивировано (PDF) из оригинала 5 октября 2022 г. . Проверено 11 октября 2022 г. [ нужна страница ]
- ^ Маккензи, Кристина (8 декабря 2020 г.). «Макрон дает старт французской гонке по строительству нового атомного авианосца» . Новости обороны . Проверено 22 декабря 2020 г.
- ^ «ВМС Индии ищут систему EMALS для второго авианосца класса «Викрант» . Военно-морская техника. 29 мая 2013 года . Проверено 30 июня 2017 г.
- ^ «Индия планирует построить военный корабль водоизмещением 65 000 тонн» . Новый Индийский экспресс . 6 августа 2012 года. Архивировано из оригинала 9 августа 2012 года . Проверено 30 июня 2017 г.
- ^ Анкит Панда, Дипломат. «Эта американская технология может дать индийским авианосцам важное преимущество» . Дипломат . Проверено 30 июня 2017 г.
- ↑ министр обороны посетит Индию в мае, чтобы продвигать технологии авианосцев , The Times of India , 5 апреля 2015 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Converteam разрабатывает катапультную систему запуска для британских авианосцев», Тим Фиш, Jane's . 26 июля 2010 г.
- ^ «Британия переосмысливает порядок использования прыжковых самолетов» . ЮПИ.com. 12 августа 2009 года . Проверено 14 августа 2009 г.
- ^ Хардинг, Томас (12 августа 2009 г.). «Работа оборонных предприятий под угрозой» . Лондон: Telegraph.co. Архивировано из оригинала 12 ноября 2009 года . Проверено 14 августа 2009 г.
- ^ «Новостной канал – Домашняя страница – Flightglobal.com» . Flightglobal.com .
- ^ «Официально: Великобритания будет летать на F-35B JSF» . Defensetech.org . Проверено 19 июля 2012 г.
- ^ Гади, Франц-Стефан (6 ноября 2017 г.). «Новый китайский авианосец будет использовать усовершенствованную систему реактивного запуска» . Дипломат .
- ^ «EMALS: Учимся запускать» . Провод Новой Англии . 4 мая 2020 г.
- ^ Йео, Майк (9 ноября 2017 г.). «Китай заявляет о прорыве в электромагнитной системе запуска авианосца» . Новости обороны .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- «Электромагнитная система запуска самолетов – EMALS» , GlobalSecurity.org
- "Электропульт". Архивировано 7 сентября 2015 г. в Wayback Machine.
- Электромагнитная рельсовая система запуска самолетов, часть 1: Цели и принципы EEWorldonline.com
- Электромагнитная рельсовая система запуска самолетов. Часть 2: Реализация и проблемы EEWorldonline.com