stringtranslate.com

Электромагнитная система запуска самолетов

Иллюстрация EMALS
Чертеж линейного асинхронного двигателя , используемого в EMALS.

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 класса Джеральд Р. Форд , 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 .

Дизайн и развитие

Паровые катапульты , разработанные в 1950-х годах, оказались исключительно надежными. Авианосцы, оснащенные четырьмя паровыми катапультами, могли использовать хотя бы одну из них в 99,5% случаев. [1] Однако имеется 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 трудноуправляема. Эти проблемы управления позволяют паровым катапультам авианосца класса «Нимиц » 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

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

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

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 на LIM, подавая питание только на небольшую часть катушек статора, которые влияют на стартовую каретку в любой данный момент. [8]

Пульты управления

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

Электромагнитная система запуска самолетов в Командовании авиационных систем ВМС в Лейкхерсте запускает самолет F / A-18E Super Hornet ВМС США во время испытаний 18 декабря 2010 г.

Фаза 1 испытаний самолетов на совместимость (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]

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]

Доставка и развертывание

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]

К апрелю 2021 года с использованием EMALS и тормозной системы AAG на борту военного корабля США «Джеральд Р. Форд» было выполнено 8000 циклов запуска/восстановления . 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

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 пригодным 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 до 121 мегаджоуля, каждый из четырех дисковых генераторов в системе EMALS может доставлять на 29% больше энергии, чем паровая катапульта (около 95 МДж). [8] EMALS с запланированным КПД преобразования энергии 90% также будет более эффективным, чем паровые катапульты, которые достигают КПД только 5%. [6]

Критика

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

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 говорится: «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 Дж. Гахаган из Командования авиационных систем ВМС заявил, что, несмотря на сообщения об обратном, система работает нормально и за последние два года на авианосце США Джеральд Р. Форд было обнаружено 8500 «котов и ловушек». годы. [33]

25 июня 2022 года была достигнута важная веха - 10 000 успешных запусков катапульт и задержанных приземлений на борту военного корабля США Джеральд Р. Форд . [34] [35]

В отчете GAO за июнь 2022 года говорится: «Военно-морской флот также продолжает бороться с надежностью электромагнитной системы запуска самолетов и усовершенствованного тормозного устройства, необходимого для удовлетворения требований по быстрому развертыванию самолетов». В отчете также указывается, что ВМС не ожидают, что EMALS и AAG достигнут целей по надежности до «2030-х годов». [36]

Операторы

Текущие операторы

Соединенные Штаты

ВМС США являются первыми пользователями General Atomic EMALS. Оборудован на авианосце типа «Джеральд Р. Форд» (в строю).

Потенциальные операторы

Франция

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

ВМС Индии проявили интерес к установке системы EMALS на планируемом авианосце CATOBAR INS Vishal . [38] [39] [40] Индийское правительство проявило интерес к производству электромагнитной системы запуска самолетов на местном уровне при содействии General Atomics . [41]

Великобритания

Компания Converteam UK работала над системой электромагнитной катапульты (EMCAT) для авианосца класса Queen Elizabeth . [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 строиться для эксплуатации самолетов с обычным взлетом и посадкой с использованием разработанных в Великобритании непаровых самолетов. ЭМКАТ катапульты. [43] [44]

В октябре 2010 года правительство Великобритании объявило, что купит F-35C, используя еще не определившуюся систему CATOBAR . В декабре 2011 года с компанией General Atomics из Сан-Диего был подписан контракт 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 поставка была перенесена на 2023 год, отменив вариант F-35C и вернувшись к своему первоначальному решению о покупке F-35C. СТОВЛ F-35Б. [46]

Другое развитие

В 2000-х годах Китай разработал электромагнитную катапульту для авианосцев, но с другим техническим подходом. Китайцы приняли систему передачи энергии постоянного тока среднего напряжения (DC) [47] вместо катапультной системы переменного тока, разработанной в США. [48] ​​[49]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Шанк, Джон. Модернизация авианосного флота США , с. 80.
  2. ^ Дойл, Майкл, Дуглас Сэмюэл, Томас Конвей и Роберт Климовски. «Электромагнитная система запуска самолетов – ЭМАЛС». База военно-морской авиации Лейкхерст. 1 марта. п. 1.
  3. ^ Дойл, Майкл, «Электромагнитная система запуска самолетов - EMALS». п. 1.
  4. ^ Экселл, Джон (30 октября 2013 г.). «Октябрь 1946 года – Westinghouse представляет Electropult». Инженер . Проверено 30 июня 2017 г.
  5. ^ «EMALS: Учимся запускать» . Провод Новой Англии . 4 мая 2020 г.
  6. ^ abcdef Швебер, Билл (11 апреля 2002 г.). "Как это работает". Журнал ЭДН . Проверено 7 ноября 2014 г.
  7. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинала 10 февраля 2009 года . Проверено 29 февраля 2008 г.{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
  8. ^ Абде 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 ]
  9. ^ Бендер, Дональд (май 2015 г.). «Маховики» (PDF) . Отчет Сандиа (SAND2015–3976): 21.
  10. ^ ab «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.
  11. ^ «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 .
  12. ^ «Фоторелиз: EMALS успешно запускает первую борзую - NAVAIR - Командование авиационных систем ВМС США - Исследования, разработки, разработки, приобретение, испытания и оценка авиации ВМС и Корпуса морской пехоты» . Navair.navy.mil .
  13. ^ «NAVAIR - Командование авиационных систем ВМС США - Исследования, разработки, приобретение, испытания и оценка авиации ВМФ и Корпуса морской пехоты» . Navair.navy.mil . Архивировано из оригинала 26 декабря 2010 года . Проверено 21 декабря 2010 г.
  14. ^ «USN предпринимает первый запуск EMALS Hornet» . Ежемесячник ВВС . № 275. ООО «Кей Паблишинг» . Март 2011. с. 18. ISSN  0955-7091.
  15. ^ «Новая электромагнитная катапульта ВМФ« очень гладкая »» . Ньюбери Парк Пресс. 28 сентября 2011 года . Проверено 4 октября 2011 г.
  16. ^ «Испытана новая система запуска авианосца» . Индустрия безопасности . Юнайтед Пресс Интернэшнл . 3 октября 2011 года . Проверено 4 октября 2011 г.
  17. ^ "F-35C запускается с электронной почты" . 28 ноября 2011 г.
  18. ^ «Военно-морской флот объявляет об успешном испытании электромагнитной катапульты на CVN 78» . Imperialvalleynews.com . Перевозчики ПЭО. 15 мая 2015 года . Проверено 16 мая 2015 г.
  19. ^ «Местные пилоты впервые приземлились на авианосец Джеральд Форд» . Фокс 8 Кливленд . 29 июля 2017 года . Проверено 2 августа 2017 г.
  20. ^ «EMALS, AAG восстановили 8000 самолетов, были запущены до завершения испытаний и испытаний Ford после доставки | NAVAIR» . www.navair.navy.mil . Проверено 11 августа 2021 г.
  21. ^ Аб Лоу, Кристиан (5 апреля 2007 г.). «Оборонные технологии: EMALS: катапульта следующего поколения». Архивировано из оригинала 20 июня 2010 года . Проверено 27 февраля 2008 г.
  22. ^ «Прочитайте интервью Дональда Трампа с TIME о том, как он был президентом» . Время . Проверено 11 мая 2017 г.
  23. ↑ Times, ВМС (11 мая 2017 г.). «Военно-морской флот должен вернуться к «проклятому пару» на авианосце, — говорит Трамп». «ВМС Таймс» . Проверено 26 июня 2017 г.
  24. ^ «'Вы должны быть Альбертом Эйнштейном, чтобы понять это': Трамп нацелился на новую авиационную катапульту ВМФ» . Вашингтон Пост . Проверено 26 июня 2017 г.
  25. ^ "Дженерал Атомикс мама" по поводу "чертова паровой" критики Трампа в адрес новой катапульты авианосца" . Сан-Диего Юнион-Трибьюн . Проверено 30 июня 2017 г.
  26. ↑ Маклири, Пол (25 июня 2018 г.). «Проблемный авианосец Форд ВМФ добился скромных успехов» . Прорыв защиты.
  27. ^ «Директор по эксплуатационным испытаниям и оценке: Годовой отчет за 2013 финансовый год» . Dote.osd.mil . Проверено 30 июня 2017 г.
  28. ↑ Тайлер Рогоуэй (17 июня 2015 г.). «Миф Пентагона о параллелизме теперь доступен в размере суперперевозчика» . Foxtrotalpha.jalopnik.com . Проверено 30 июня 2017 г.
  29. ^ 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.
  30. ↑ 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.
  31. ^ «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.
  32. ^ «Самый дорогой авиаперевозчик ВМФ, когда-либо изо всех сил пытающийся запустить самолеты за пределы палубы» . Bloomberg.com . 9 января 2021 г. Проверено 20 февраля 2021 г.
  33. ↑ Тейлор, Дэниел П. (4 апреля 2022 г.). «Адмирал программ EMALS и AAG:« Это работает »». seapowermagazine.org . Проверено 9 сентября 2022 г.
  34. ^ «General Atomics EMALS, AAG Systems на CVN 78 достигли рубежа в 10 000 «Кошек и ловушек»» . 13 июля 2022 г.
  35. ^ «EMALS и AAG достигли 10 000 запусков и подъемов самолетов» . navair.navy.mil . 5 июля 2022 г. Проверено 9 сентября 2022 г.
  36. ^ «Ежегодная оценка систем вооружения GAO-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 ]
  37. ↑ Маккензи, Кристина (8 декабря 2020 г.). «Макрон дает старт французской гонке по строительству нового атомного авианосца». Новости обороны . Проверено 22 декабря 2020 г.
  38. ^ «ВМС Индии ищут систему EMALS для второго авианосца класса Викрант» . Военно-морская техника. 29 мая 2013 года . Проверено 30 июня 2017 г.
  39. ^ «Индия планирует построить военный корабль водоизмещением 65 000 тонн» . Новый Индийский экспресс . 6 августа 2012 года . Проверено 30 июня 2017 г.
  40. ^ Анкит Панда, Дипломат. «Эта американская технология может дать индийским авианосцам важное преимущество». Дипломат . Проверено 30 июня 2017 г.
  41. ^ министр обороны посетит Индию в мае, чтобы продвигать технологии авианосцев, The Times of India , 5 апреля 2015 г.
  42. ^ ab «Converteam разрабатывает систему запуска катапульт для британских авианосцев» Тим Фиш, Jane's . 26 июля 2010 г.
  43. ^ «Британия переосмысливает порядок прыжковых самолетов» . ЮПИ.com. 12 августа 2009 года . Проверено 14 августа 2009 г.
  44. ↑ Хардинг, Томас (12 августа 2009 г.). «Рабочие места в обороне под угрозой». Лондон: Telegraph.co. Архивировано из оригинала 12 ноября 2009 года . Проверено 14 августа 2009 г.
  45. ^ "Новостной канал - Домашняя страница - Flightglobal.com" . Flightglobal.com .
  46. ^ «Официально: Великобритания будет летать на F-35B JSF» . Defensetech.org . Проверено 19 июля 2012 г.
  47. ↑ Гади, Франц-Стефан (6 ноября 2017 г.). «Новый китайский авианосец будет использовать усовершенствованную систему реактивного запуска». Дипломат .
  48. ^ «EMALS: Учимся запускать» . Провод Новой Англии . 4 мая 2020 г.
  49. ^ Йео, Майк (9 ноября 2017 г.). «Китай заявляет о прорыве в электромагнитной системе запуска авианосца». Новости обороны .

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме электромагнитной системы запуска самолетов .