Sistem de lansare a aeronavelor electromagnetice - Electromagnetic Aircraft Launch System

Un desen al motorului cu inducție liniar utilizat în EMALS.

Sistemul de lansare a aeronavelor electromagnetice ( EMALS ) este un tip de sistem de lansare a aeronavelor dezvoltat de General Atomics pentru Marina Statelor Unite . Sistemul lansează aeronave bazate pe transportoare prin intermediul unei catapulte care folosește un motor liniar de inducție, mai degrabă decât pistonul convențional cu abur . EMALS a fost instalat pentru prima dată pe portavionul de clasă Gerald R. Ford al US Navy , USS Gerald R. Ford .

Principalul său avantaj este că accelerează aeronavele mai ușor, punând mai puțin stres pe cadrele lor . În comparație cu catapultele cu abur, EMALS cântărește, de asemenea, mai puțin, este de așteptat să coste mai puțin și să necesite mai puțină întreținere și poate lansa atât aeronave mai grele, cât și mai ușoare decât un sistem acționat cu piston cu abur. De asemenea, reduce necesarul de apă proaspătă al transportatorului, reducând astfel cererea de desalinizare cu consum intensiv de energie .

Se pare că China dezvoltă un sistem similar care se așteaptă să fie utilizat pe portavioanele din China de tip 003 .

Design și dezvoltare

Dezvoltate în anii 1950, catapultele cu abur s-au dovedit extrem de fiabile. Purtătorii echipați cu patru catapulte cu abur au reușit să folosească cel puțin una dintre ele 99,5% din timp. Cu toate acestea, există o serie de dezavantaje. Un grup de ingineri ai marinei militare a scris: "Cea mai importantă deficiență este că catapulta funcționează fără control de feedback . Fără feedback, apar adesea tranzitori mari în forța de remorcare care pot deteriora sau reduce viața aeronavei." Sistemul de abur este masiv, ineficient (4-6%) și greu de controlat. Aceste probleme de control permit catapultelor cu abur din clasa Nimitz să lanseze avioane grele, dar nu avioane la fel de ușoare ca multe UAV-uri .

Un sistem oarecum similar cu EMALS, Westinghouse lui electropult , a fost dezvoltat în 1946 , dar nu a dislocat.

Motor cu inducție liniară

EMALS folosește un motor liniar de inducție (LIM), care folosește curenți electrici pentru a genera câmpuri magnetice care propulsează o căruță de-a lungul unei căi pentru a lansa aeronava. EMALS constă din patru elemente principale: Motorul de inducție liniar constă dintr-un rând de bobine statorice cu aceeași funcție ca bobinele statorice circulare într-un motor convențional de inducție. Când este alimentat, motorul accelerează trăsura de-a lungul căii. Doar secțiunea bobinelor din jurul căruciorului este alimentată la un moment dat, reducând astfel pierderile reactive. LIM-ul de 300 de picioare (91 m) al EMALS va accelera un avion de 45.000 kg la 100 kn (240 km / h; 150 mph).

Subsistemul de stocare a energiei

În timpul unei lansări, motorul cu inducție necesită o creștere mare de energie electrică care depășește ceea ce poate furniza propria sursă continuă de energie a navei. Proiectul sistemului de stocare a energiei EMALS acomodează acest lucru prin preluarea energiei de pe navă în timpul perioadei sale de reîncărcare de 45 de secunde și stocarea energiei cinetic folosind rotoarele a patru alternatoare de disc ; sistemul eliberează apoi acea energie (până la 484 MJ) în 2-3 secunde. Fiecare rotor livrează până la 121 MJ (34 kWh) (aproximativ un echivalent galon benzină ) și poate fi reîncărcat în 45 de secunde de la lansare; acest lucru este mai rapid decât catapultele cu abur. O lansare de performanță maximă folosind 121 MJ de energie de la fiecare alternator de disc încetinește rotoarele de la 6400 rpm la 5205 rpm.

Subsistemul de conversie a puterii

În timpul lansării, subsistemul de conversie a puterii eliberează energia stocată de la alternatoarele de disc folosind un cicloconvertor . Cicloconvertorul furnizează LIM o frecvență și o tensiune de creștere controlate, energizând doar porțiunea mică a bobinelor statorice care afectează căruciorul de lansare la un moment dat.

Console de control

Operatorii controlează puterea printr-un sistem cu buclă închisă . Senzorii de efect Hall de pe pistă monitorizează funcționarea acestuia, permițând sistemului să se asigure că asigură accelerația dorită. Sistemul cu buclă închisă permite EMALS să mențină o forță constantă de remorcare, ceea ce ajută la reducerea tensiunilor de lansare pe cadrul aeronavei.

Starea programului

Sistemul de lansare a aeronavelor electromagnetice de la Naval Air Systems Command, Lakehurst, lansează un Super Hornet al Marinei Statelor Unite F / A-18E în timpul unui test din 18 decembrie 2010

Faza 1 de testare a compatibilității aeronavelor (ACT) încheiată la sfârșitul anului 2011 după 134 de lansări (tipuri de aeronave care cuprind F / A-18E Super Hornet, T-45C Goshawk, C-2A Greyhound, E-2D Advanced Hawkeye și F-35C Lightning II ) folosind demonstratorul EMALS instalat la stația de inginerie aeriană navală Lakehurst . La finalizarea ACT 1, sistemul a fost reconfigurat pentru a fi mai reprezentativ pentru configurația efectivă a navei la bordul USS  Gerald R. Ford , care va utiliza patru catapulturi care împart mai multe depozite de energie și subsisteme de conversie a energiei.

Faza 2 ACT a început la 25 iunie 2013 și s-a încheiat la 6 aprilie 2014 după alte 310 lansări (inclusiv lansări ale Boeing EA-18G Growler și McDonnell Douglas F / A-18C Hornet , precum și o altă rundă de testare cu tipuri de aeronave anterior lansat în timpul fazei 1). În faza 2, au fost simulate diverse situații de transport, inclusiv lansări în afara centrului și defecțiuni planificate ale sistemului, pentru a demonstra că aeronava ar putea îndeplini viteza finală și a valida fiabilitatea critică a lansării.

  • Iunie 2014: Marina a finalizat testarea prototipului EMALS a 450 de lansări de avioane cu echipaj care implică fiecare tip de aeronavă transportată cu aripi fixe din inventarul USN la Joint Base McGuire – Dix – Lakehurst în timpul a două campanii de testare a compatibilității aeronavelor (ACT).
  • Mai 2015: Primele teste la viteză maximă efectuate la bord.

Livrare și desfășurare

La 28 iulie 2017, Lt. Cmdr. Jamie "Antrenorul" Struck of Air Test and Evaluation Squadron 23 (VX-23) a efectuat prima lansare a catapultei EMALS de la USS Gerald R. Ford (CVN-78) într-un F / A-18F Super Hornet .

Până în aprilie 2021, au fost efectuate 8.000 de cicluri de lansare / recuperare cu EMALS și sistemul de arestare AAG la bordul USS Gerald R. Ford . USN a declarat, de asemenea, că marea majoritate a acestor cicluri au avut loc în ultimele 18 luni și că 351 de piloți au finalizat instruirea pe EMALS / AAG.

Avantaje

Comparativ cu catapultele cu abur, EMALS cântărește mai puțin, ocupă mai puțin spațiu, necesită mai puțină întreținere și forță de muncă, este mai fiabil, se reîncarcă mai repede și folosește mai puțină energie. Catapultele cu abur, care folosesc aproximativ 1.350 lb (610 kg) de abur pe lansare, au subsisteme mecanice, pneumatice și hidraulice extinse. EMALS nu folosește abur, ceea ce îl face potrivit pentru navele complet electrice planificate de US Navy.

Comparativ cu catapultele cu abur, EMALS poate controla performanța lansării cu o precizie mai mare, permițându-i să lanseze mai multe tipuri de avioane, de la avioane de luptă grele la avioane ușoare fără pilot. Cu până la 121 megajouli disponibili, fiecare dintre cele patru alternatoare de disc din sistemul EMALS poate furniza cu 29% mai multă energie decât o catapultă cu abur de aproximativ 95 MJ. EMALS, cu eficiența planificată de conversie a puterii de 90%, va fi, de asemenea, mai eficientă decât catapultele cu abur, care ating doar o eficiență de 5%.

Critici

În mai 2017, președintele Donald Trump a criticat EMALS în timpul unui interviu acordat Time , spunând că, în comparație cu catapultele tradiționale cu abur, „digitalul costă sute de milioane de dolari mai mulți bani și nu este bine”.

Criticile președintelui Trump au fost repetate de un raport extrem de critic al Pentagonului din 2018, care a subliniat că fiabilitatea EMALS lasă mult de dorit și că rata medie a eșecurilor critice este de nouă ori mai mare decât cerințele pragului Marinei.

Fiabilitate

În 2013, 201 din 1.967 lansări de testare au eșuat, mai mult de 10%.

Având în vedere starea actuală a sistemului, cele mai generoase numere disponibile în 2013 au arătat că EMALS are o rată medie de „timp între eșecuri” de 1 din 240.

Potrivit unui raport din martie 2015, „Pe baza creșterii preconizate a fiabilității, rata de eșec pentru ultimele cicluri medii raportate între eșecul critic a fost de cinci ori mai mare decât ar fi trebuit să se aștepte. În august 2014, Marina a raportat că peste 3.017 lansări au avut loc au fost efectuate la locul de testare Lakehurst, dar nu au furnizat DOT & E [Director, test operațional și evaluare] o actualizare a eșecurilor. "

În configurația de testare, EMALS nu a putut lansa avioane de vânătoare cu tancuri externe montate. „Marina a dezvoltat remedieri pentru a corecta aceste probleme, dar testarea cu avioane cu echipaj pentru a verifica remedierile a fost amânată până în 2017”.

În iulie 2017, sistemul a fost testat cu succes pe mare pe USS Gerald R. Ford .

Un raport DOT & E din ianuarie 2021 a declarat „În timpul lansărilor de catapultă 3.975 [...] EMALS a demonstrat o fiabilitate realizată de 181 cicluri medii între eșecul misiunii operaționale (MCBOMF) [...] Această fiabilitate este cu mult sub cerința de 4.166 MCBOMF.”

EMALS se descompune des și nu este fiabil, a raportat directorul de testare al Pentagonului, Robert Behler, după ce a evaluat 3.975 de cicluri pe USS Gerald R. Ford din noiembrie 2019 până în septembrie 2020.

Sisteme care utilizează sau vor utiliza EMALS

Franţa

Marina franceză planifică activ un viitor portavion și un nou pilot. Este cunoscută în franceză sub numele de Porte-avions de nouvelle génération, pentru „portavion de nouă generație” sau prin acronimul PANG . Nava va fi alimentată cu energie nucleară și va dispune de sistemul de catapultă EMALS . Construcția PANG este așteptată să înceapă în jurul anului 2025 și va intra în funcțiune în 2038, anul în care urmează să fie retras portavionul Charles de Gaulle .

China

Contraamiralul Yin Zhuo de la Marina Chineză a declarat că următorul portavion din China va avea și un sistem de lansare a aeronavelor electromagnetice. Mai multe prototipuri au fost observate de către mass-media în 2012, iar aeronavele capabile de lansare electromagnetică sunt supuse testelor la o unitate de cercetare a Marinei chineze.

Conform unui raport din iulie 2017, construcția portavionului de tip 003 a fost reprogramată pentru a alege între o catapultă cu abur sau electromagnetică, iar ultimele rezultate ale concurenței arată că lansatoarele electromagnetice vor fi utilizate în portavionul de tip 003.

Șeful militar al Chinei susține că s-a făcut o descoperire în sistemele electromagnetice de lansare pentru portavioane și va utiliza un astfel de sistem în cel de-al treilea portavion pe care China îl va construi după tipul 002 . Sistemul de lansare este alimentat cu combustibil fosil prin generatoare și condensatoare. Proiectarea transportorului de tip 003 este condusă de contraamiralul Ma Weiming .

India

Marina indiană a arătat un interes în instalarea EMALS pentru planificată CATOBAR SuperCarrier INS  Vishal . Guvernul indian și-a arătat interesul în producerea sistemului de lansare a aeronavelor electromagnetice la nivel local cu asistența General Atomics .

Conceptul de trăsură la sol este destinat utilizării civile și ia ideea unui sistem de lansare a aeronavelor electromagnetice cu un pas mai departe, întregul tren de aterizare rămânând pe pistă atât pentru decolare, cât și pentru aterizare .

Rusia

United Shipbuilding Corporation (USC) din Rusia dezvoltă noi sisteme de lansare pentru avioane de război bazate pe portavioane, a declarat președintele USC Alexei Rakhmanov pentru TASS la 4 iulie 2018.

Regatul Unit

Converteam UK lucra la un sistem de catapultă electromagnetică (EMCAT) pentru portavionul de clasă Queen Elizabeth . În august 2009, speculațiile au arătat că Marea Britanie ar putea renunța la STOVL F-35B pentru modelul CTOL F-35C , ceea ce ar fi însemnat transportatorii să fie construiți pentru a opera avioane convenționale de decolare și aterizare folosind catapultele EMCAT non-abur proiectate în Marea Britanie.

În octombrie 2010, guvernul Marii Britanii a anunțat că va cumpăra F-35C, folosind un sistem CATOBAR nedecis atunci . În decembrie 2011 a fost semnat un contract cu General Atomics din San Diego pentru a dezvolta EMALS pentru transportatorii din clasa Queen Elizabeth . Cu toate acestea, în mai 2012, guvernul Regatului Unit și-a anulat decizia după ce costurile proiectate au crescut pentru a dubla estimarea inițială și livrarea sa mutat înapoi în 2023, anulând opțiunea F-35C și revenind la decizia inițială de a cumpăra STOVL F-35B.

Statele Unite

EMALS a fost proiectat pentru și în portavionul de clasă Gerald R. Ford . A fost respinsă o propunere de adaptare la transportatorii de clasă Nimitz . John Schank a spus, "Cele mai mari probleme cu care se confruntă clasa Nimitz sunt capacitatea limitată de generare a energiei electrice și creșterea în greutate a navei, precum și eroziunea marjei de centru de greutate necesare pentru a menține stabilitatea navei."

Vezi si

Referințe

linkuri externe