stringtranslate.com

Электромагнитная система запуска летательных аппаратов

Иллюстрация EMALS
Чертеж линейного асинхронного двигателя, используемого в ЭМАЛС

Электромагнитная система запуска самолетов ( EMALS ) — это тип электромагнитной катапультной системы, разработанной компанией General Atomics для ВМС США . Система запускает самолеты с палубы с помощью катапульты, использующей линейный индукционный двигатель вместо обычного парового поршня , что обеспечивает большую точность и более быструю перезарядку по сравнению с паром. Впервые EMALS была установлена ​​на головном корабле авианосца класса Gerald R. Ford , USS Gerald R. Ford , около 2015 года.

Его главное преимущество в том, что он разгоняет самолеты более плавно, оказывая меньшую нагрузку на их планеры . По сравнению с паровыми катапультами, EMALS также весит меньше, как ожидается, будет стоить меньше и требовать меньше обслуживания, и может запускать как более тяжелые, так и более легкие самолеты, чем паровая поршневая система. Он также снижает потребность авианосца в пресной воде, тем самым снижая потребность в энергоемком опреснении .

Проектирование и разработка

Разработанные в 1950-х годах, паровые катапульты оказались исключительно надежными. Авианосцы, оснащенные четырьмя паровыми катапультами, могли использовать по крайней мере одну из них в 99,5% случаев. [1] Однако есть ряд недостатков. Одна группа инженеров ВМС писала: «Главный недостаток заключается в том, что катапульта работает без обратной связи . Без 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 сложна в управлении. Эти проблемы управления позволяют паровым катапультам авианосцев класса «Нимиц» запускать тяжелые самолеты, но не такие легкие, как многие беспилотные летательные аппараты .

Система, несколько похожая на EMALS, электропульт Вестингауза , была разработана в 1946 году, но не была развернута. [4]

Линейный асинхронный двигатель

EMALS использует линейный индукционный двигатель (LIM), который использует переменный ток (AC) для генерации магнитных полей, которые двигают тележку по рельсам для запуска самолета. [5] [6] EMALS состоит из четырех основных элементов: [7] Линейный индукционный двигатель состоит из ряда статорных катушек с той же функцией, что и круговые статорные катушки в обычном индукционном двигателе. При подаче питания двигатель ускоряет тележку по рельсам. В любой момент времени под напряжением находится только секция катушек, окружающая тележку, что минимизирует реактивные потери. 300-футовый (91 м) LIM EMALS может разогнать самолет весом 100 000 фунтов (45 000 кг) до 130 кН (240 км/ч; 150 миль/ч). [6]

Подсистема накопления энергии

Во время запуска асинхронный двигатель требует большого скачка электроэнергии , который превышает то, что может обеспечить собственный источник непрерывной энергии корабля. Конструкция системы накопления энергии EMALS учитывает это, получая энергию от корабля в течение 45-секундного периода перезарядки и сохраняя энергию кинетически с помощью роторов четырех дисковых генераторов ; затем система высвобождает эту энергию (до 484 МДж) в течение 2–3 секунд. [8] Каждый ротор выдает до 121 МДж (34 кВт·ч) (примерно эквивалент одного галлона бензина ) и может быть перезаряжен в течение 45 секунд после запуска; это быстрее, чем паровые катапульты. [6] Максимально производительный запуск с использованием 121 МДж энергии 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 с помощью циклоконвертора . [6] Циклоконвертор обеспечивает контролируемое повышение частоты и напряжения для LIM, питая только небольшую часть катушек статора, которые влияют на пусковую тележку в любой момент времени. [8]

Пульты управления

Операторы управляют мощностью через замкнутую систему . Датчики Холла на трассе контролируют ее работу, позволяя системе гарантировать, что она обеспечивает желаемое ускорение. Замкнутая система позволяет EMALS поддерживать постоянную силу буксировки, что помогает снизить нагрузки на планер самолета при запуске. [6]

Статус программы

Электромагнитная система запуска самолетов в Командовании военно-воздушных систем ВМС, Лейкхерст, запускает самолет ВМС США F/A-18E Super Hornet во время испытаний 18 декабря 2010 года.

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 станции Лейкхерст . По завершении ACT 1 система была переконфигурирована, чтобы быть более репрезентативной для фактической конфигурации корабля на борту USS  Gerald R. Ford , который будет использовать четыре катапульты, совместно использующие несколько подсистем хранения энергии и 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 один раунд испытаний с типами самолетов, ранее запущенными в ходе Фазы 1). На Фазы 2 моделировались различные ситуации с авианосцем, включая запуски вне центра и запланированные системные сбои, чтобы продемонстрировать, что самолет может достичь конечной скорости и подтвердить критическую для запуска надежность. [10]

Доставка и развертывание

28 июля 2017 года лейтенант-коммандер Джейми «Тренер» Страк из 23-й эскадрильи авиационных испытаний и оценки (VX-23) выполнил первый запуск EMALS с катапульты с авианосца USS Gerald R. Ford (CVN-78) на истребителе F/A-18F Super Hornet . [19]

К апрелю 2021 года было выполнено 8000 циклов запуска/возврата с EMALS и системой ареста AAG на борту USS Gerald R. Ford . USN также заявил, что подавляющее большинство этих циклов произошло в предыдущие 18 месяцев и что 351 пилот завершил обучение по EMALS/AAG. [20]

Преимущества

По сравнению с паровыми катапультами, EMALS весит меньше, занимает меньше места, требует меньше обслуживания и рабочей силы, теоретически может быть более надежной, перезаряжается быстрее 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 производительность запуска с большей точностью, что позволяет ей 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 вырабатывать на 29% больше энергии, чем паровая катапульта, которая дает приблизительно 95 МДж. [8] EMALS, с их запланированной эффективностью преобразования энергии 90%, также будет эффективнее паровых катапульт, эффективность которых составляет всего 5%. [6]

Критика

В мае 2017 года президент Дональд Трамп раскритиковал EMALS во время интервью журналу Time , заявив, что по сравнению с традиционными паровыми катапультами «цифровая стоит на сотни миллионов долларов больше и бесполезна». [22] [23] [24] [25]

Критика президента Трампа нашла отклик в весьма критическом отчете Пентагона за 2018 год, в котором подчеркивалось, что надежность EMALS оставляет желать лучшего, а средний уровень критических отказов в девять раз превышает пороговые требования ВМС. [26]

Надежность

В 2013 году на испытательном полигоне Лейкхерст, штат Нью-Джерси, 201 из 1967 испытательных запусков закончились неудачей, что дало 10%-ный показатель неудач для серии испытаний. Принимая во внимание текущее состояние системы, самые щедрые цифры, доступные в 2013 году, показали, что EMALS имеет средний показатель «времени между неудачами» 1 из 240. [27] : 188 

Согласно отчету за март 2015 года, «исходя из ожидаемого роста надежности, частота отказов для последнего сообщенного среднего числа циклов между критическими отказами была в пять раз выше, чем следовало ожидать. По состоянию на август 2014 года ВМС сообщили, что на испытательном полигоне Лейкхерст было проведено более 3017 запусков, но не предоставили DOT&E [директору по эксплуатационным испытаниям и оценке] обновленную информацию об отказах». [28]

В тестовой конфигурации EMALS не могла запускать истребители с установленными внешними подвесными баками . «ВМС разработали исправления для устранения этих проблем, но испытания с пилотируемыми самолетами для проверки исправлений были отложены до 2017 года». [29]

В июле 2017 года система была успешно испытана в море на авианосце USS Gerald R. Ford . [30]

В отчете DOT&E за январь 2021 года говорилось: «Во время 3975 запусков катапульты [...] EMALS продемонстрировала достигнутую надежность в 181 средний цикл между эксплуатационными отказами миссии (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 USS Gerald R. Ford с ноября 2019 года по сентябрь 2020 года. [32]

В апреле 2022 года контр-адмирал Шейн Г. Гахаган из Командования военно-морских авиационных систем заявил, что, несмотря на сообщения об обратном, система работает отлично и за последние два года выполнила 8500 «кошек и ловушек» на авианосце ВМС США «Джеральд Р. Форд» . [33]

25 июня 2022 года был достигнут важный рубеж в 10 000 успешных запусков катапульт и посадок с использованием посадочных устройств на борту авианосца « Джеральд Р. Форд» . [34] [35]

В отчете GAO за июнь 2022 года говорится: «ВМС также продолжают бороться с надежностью электромагнитной системы запуска самолетов и усовершенствованного тормозного оборудования, 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 стали первым пользователем системы General Atomics EMALS. Она установлена ​​на авианосце класса Gerald R. Ford (находится в эксплуатации).

Потенциальные операторы

Франция

Французский флот активно планирует будущий авианосец и новый флагман. Он известен на французском языке как Porte-avions de nouvelle génération (авианосец нового поколения) или по аббревиатуре PANG . Корабль будет оснащен атомной силовой установкой и катапультной системой EMALS. Ожидается, что строительство PANG начнется около 2025 года, а ввод в эксплуатацию состоится в 2038 году, в год, когда авианосец Charles de Gaulle должен быть выведен из эксплуатации. [37]

Индия

ВМС Индии проявили интерес к установке системы EMALS на планируемый авианосец CATOBAR INS Vishal . [38] [39] [40] Правительство Индии 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 появились предположения, что Великобритания может отказаться от модели STOVL F-35B в пользу модели CTOL F-35C , что означало бы, что авианосцы будут построены для эксплуатации самолетов обычного взлета и посадки с использованием разработанных в Великобритании непаровых катапульт EMCAT. [43] [44]

В октябре 2010 года правительство Великобритании объявило, что купит F-35C, используя тогда еще неопределенную систему CATOBAR . В декабре 2011 года был подписан контракт с General Atomics из Сан-Диего на разработку EMALS для авианосцев класса Queen Elizabeth . [42] [45] Однако в мае 2012 года правительство Великобритании отменило свое решение после того, как прогнозируемые расходы выросли вдвое по сравнению с первоначальной оценкой, а поставка была перенесена на 2023 год, отменив вариант F-35C и вернувшись к своему первоначальному решению купить STOVL F-35B. [46]

Другие разработки

Китай разработал электромагнитную катапультную систему в 2000-х годах для авианосцев, но с другим техническим подходом. Китайцы приняли средневольтную систему передачи постоянного тока (DC) [47] вместо системы катапульт переменного тока, разработанной Соединенными Штатами. [48] [49]

Организация оборонных исследований и разработок Индии начала работу над собственной электромагнитной катапультой. Небольшой демонстратор, способный запускать полезную нагрузку до 400 кг на коротком расстоянии от 16 до 18 метров, был успешно построен Научно-исследовательским и опытно-конструкторским институтом (инженеры) в Пуне . Технология электромагнитной катапульты в настоящее время масштабируется для использования на авианосцах. Предлагаемая система может обрабатывать платформы весом до сорока тонн. [50] [51] [52]

Смотрите также

Ссылки

  1. ↑ Шенк, Джон. Модернизация авианосного флота США , стр. 80.
  2. ↑ Дойл, Майкл, Дуглас Сэмюэл, Томас Конвей и Роберт Климовски. «Электромагнитная система запуска самолетов – EMALS». Инженерная станция ВМС США Лейкхерст. 1 марта. С. 1.
  3. ^ Дойл, Майкл, «Электромагнитная система запуска самолета – EMALS». стр. 1.
  4. ^ Экселл, Джон (30 октября 2013 г.). «Октябрь 1946 г. – Westinghouse представляет Electropult». The Engineer . Получено 30 июня 2017 г. .
  5. ^ "EMALS: Learning to Launch". New England Wire . 4 мая 2020 г.
  6. ^ abcdef Швебер, Билл (11 апреля 2002 г.). «Как это работает». Журнал EDN . Получено 7 ноября 2014 г.
  7. ^ "Архивная копия". Архивировано из оригинала 10 февраля 2009 года . Получено 29 февраля 2008 года .{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )
  8. ^ abcde Дойл, Сэмюэл; Конвей, Климовски (15 апреля 1994 г.). "Электромагнитная система запуска самолетов – EMALS" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 25 октября 2004 г.Дойл, Сэмюэл; Конвей, Климовски (1995). "Электромагнитная система запуска самолета – EMALS" (PDF) . IEEE Transactions on Magnetics . 31 (1): 528. Bibcode :1995ITM....31..528D. doi :10.1109/20.364638.[ постоянная мертвая ссылка ]
  9. ^ Бендер, Дональд (май 2015 г.). «Маховики» (PDF) . Отчет Sandia (SAND2015–3976): 21.
  10. ^ ab "EMALS начнет испытания саней на CVN 78 в конце 2015 года - IHS Jane's 360". Архивировано из оригинала 28 октября 2014 года . Получено 1 апреля 2015 года .
  11. ^ "EMALS запускает первый Goshawk – NAVAIR – Командование военно-морских авиационных систем ВМС США – Исследования, разработки, закупки, испытания и оценка авиации ВМС и корпуса морской пехоты". Navair.navy.mil . Архивировано из оригинала 23 декабря 2011 г. . Получено 17 июня 2011 г.
  12. ^ "Фоторелиз: EMALS успешно запускает первый Greyhound – NAVAIR – Командование военно-морских авиационных систем ВМС США – Исследования, разработки, закупки, испытания и оценка авиации ВМС и корпуса морской пехоты". Navair.navy.mil . Архивировано из оригинала 23 декабря 2011 г. Получено 17 июня 2011 г.
  13. ^ "NAVAIR – Командование военно-морских авиационных систем ВМС США – Исследования, разработки, закупки, испытания и оценка авиации ВМС и корпуса морской пехоты". Navair.navy.mil . Архивировано из оригинала 26 декабря 2010 года . Получено 21 декабря 2010 года .
  14. ^ "USN проводит первый запуск EMALS Hornet". AirForces Monthly . № 275. Key Publishing Ltd. Март 2011 г. стр. 18. ISSN  0955-7091.
  15. ^ "Новая электромагнитная катапульта ВМС 'действительно гладкая'". Newbury Park Press. 28 сентября 2011 г. Получено 4 октября 2011 г.
  16. ^ "Протестирована новая система запуска авианосца". Security Industry . United Press International . 3 октября 2011 г. Получено 4 октября 2011 г.
  17. ^ "F-35C запускает с эмалей". 28 ноября 2011 г.
  18. ^ "ВМС объявляют об успешном испытании электромагнитной катапульты на CVN 78". Imperialvalleynews.com . Авианосцы PEO. 15 мая 2015 г. Получено 16 мая 2015 г.
  19. ^ "Местный житель пилотирует первый самолет, приземлившийся на USS Gerald Ford". Fox 8 Cleveland . 29 июля 2017 г. Получено 2 августа 2017 г.
  20. ^ "EMALS, AAG достигли 8000 эвакуаций самолетов, запусков до завершения испытаний и испытаний Ford Post Delivery | NAVAIR". www.navair.navy.mil . Получено 11 августа 2021 г. .
  21. ^ ab Lowe, Christian (5 апреля 2007 г.). "Defense Tech: EMALS: Next Gen Catapult". Архивировано из оригинала 20 июня 2010 г. Получено 27 февраля 2008 г.
  22. ^ "Прочитайте интервью Дональда Трампа журналу TIME о том, каково быть президентом". Time . Получено 11 мая 2017 г.
  23. ↑ Times, ВМС (11 мая 2017 г.). «ВМС должны вернуться к „чертовым парам“ на авианосце, говорит Трамп». Navy Times . Получено 26 июня 2017 г.
  24. ^ «„Нужно быть Альбертом Эйнштейном, чтобы понять это“: Трамп нацелился на новую катапульту ВМС». Washington Post . Получено 26 июня 2017 г. .
  25. ^ "General Atomics молчит о критике Трампа "чертовым паром" новой катапульты авианосца". The San Diego Union-Tribune . Получено 30 июня 2017 г.
  26. ^ Маклири, Пол (25 июня 2018 г.). «Проблемный авианосец ВМС Ford демонстрирует скромный прогресс». Breaking Defense.
  27. ^ "Директор по эксплуатационным испытаниям и оценке: годовой отчет за 2013 финансовый год". Dote.osd.mil . Получено 30 июня 2017 г.
  28. ↑ Тайлер Рогоуэй (17 июня 2015 г.). «Миф Пентагона о параллелизме теперь доступен в формате суперавианосца». Foxtrotalpha.jalopnik.com . Получено 30 июня 2017 г.
  29. ^ О'Руркер, Рональд (18 мая 2017 г.). «Программа авианосца класса «Форд» (CVN-78): история вопроса и вопросы для Конгресса» (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Исследовательская служба Конгресса.
  30. ^ LaGrone, Sam (28 июля 2017 г.). "ВИДЕО: USS Gerald R. Ford проводит первую арестованную посадку, запуск катапульты". USNI News . Военно-морской институт США. Архивировано из оригинала 23 декабря 2017 г. . Получено 30 ноября 2017 г. .
  31. ^ "Программа авианосца класса Navy Ford (CVN-78): история вопроса и вопросы для Конгресса" (PDF) . Исследовательская служба Конгресса. 25 марта 2021 г. стр. 28 . Получено 10 апреля 2021 г. .
  32. ^ «Самый дорогой авианосец ВМС США когда-либо испытывал трудности с размещением самолетов на палубе и за ее пределами». Bloomberg.com . 9 января 2021 г. Получено 20 февраля 2021 г.
  33. ^ Тейлор, Дэниел П. (4 апреля 2022 г.). «Адмирал о программах EMALS и AAG: «Это работает»». seapowermagazine.org . Получено 9 сентября 2022 г. .
  34. ^ «General Atomics EMALS, AAG Systems на CVN 78 достигли отметки в 10 000 «Кошек и мышеловок». 13 июля 2022 г.
  35. ^ "EMALS и AAG достигли 10 000 запусков и восстановлений самолетов". navair.navy.mil . 5 июля 2022 г. Получено 9 сентября 2022 г.
  36. ^ "GAO-22-105230 Ежегодная оценка систем вооружения" (PDF) . gao.gov . Счетная палата США. Июнь 2022 г. Архивировано (PDF) из оригинала 5 октября 2022 г. Получено 11 октября 2022 г.[ нужна страница ]
  37. ^ Маккензи, Кристина (8 декабря 2020 г.). «Макрон запускает французскую гонку по строительству нового атомного авианосца». Defense News . Получено 22 декабря 2020 г. .
  38. ^ "ВМС Индии ищут систему EMALS для второго авианосца класса Vikrant". Naval Technology. 29 мая 2013 г. Получено 30 июня 2017 г.
  39. ^ "Индия планирует построить военный корабль водоизмещением 65 000 тонн". The New Indian Express . 6 августа 2012 г. Архивировано из оригинала 9 августа 2012 г. Получено 30 июня 2017 г.
  40. ^ Анкит Панда, The Diplomat. «Эта американская технология может дать индийским авианосцам важное преимущество». The Diplomat . Получено 30 июня 2017 г.
  41. ↑ Министр обороны посетит Индию в мае для продвижения технологий авианосцев, The Times of India , 5 апреля 2015 г.
  42. ^ ab "Converteam разрабатывает систему запуска катапульты для британских авианосцев" Автор: Тим Фиш, Jane's . 26 июля 2010 г.
  43. ^ "Британия пересматривает порядок использования реактивных самолетов". UPI.com. 12 августа 2009 г. Получено 14 августа 2009 г.
  44. ↑ Harding, Thomas (12 августа 2009 г.). «Оборонные рабочие места под угрозой». Лондон: Telegraph.co. Архивировано из оригинала 12 ноября 2009 г. Получено 14 августа 2009 г.
  45. ^ "Новостной канал - Домашняя страница - flightglobal.com". Flightglobal.com .
  46. ^ "Официально: Великобритания будет летать на истребителях F-35B JSF". Defensetech.org . Получено 19 июля 2012 г.
  47. ^ Гэди, Франц-Штефан (6 ноября 2017 г.). «Новый авианосец Китая будет использовать усовершенствованную систему реактивного запуска». The Diplomat .
  48. ^ "EMALS: Learning to Launch". New England Wire . 4 мая 2020 г.
  49. ^ Йео, Майк (9 ноября 2017 г.). «Китай заявляет о прорыве в электромагнитной системе запуска для авианосца». Defense News .
  50. ^ Сингх, Аарав (24 августа 2024 г.). «Прорыв Индии в области EMALS: DRDO и HAL расширяют границы технологий морской авиации». PUNE.NEWS . Получено 14 сентября 2024 г.
  51. ↑ Прасад, Маниш (23 августа 2024 г.). «Электромагнитная система запуска». X (ранее Twitter) . Получено 14 сентября 2024 г.
  52. ^ "Maritime Technical Exposition 2024". X (ранее Twitter) . 21 февраля 2024 г. Получено 15 сентября 2024 г.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Электромагнитная система запуска самолетов» .