Sähkömagneettinen lentokoneiden laukaisujärjestelmä - Electromagnetic Aircraft Launch System

Piirustus EMALSissa käytetystä lineaarisesta induktiomoottorista .

Sähkömagneettinen Aircraft Launch System ( EMALS ) on konetyyppi käynnistää kehittämä General Atomics varten Yhdysvaltain laivaston . Järjestelmä laukaisee kuljettajapohjaisen lentokoneen katapultin avulla, joka käyttää lineaarista induktiomoottoria perinteisen höyrymännän sijasta . EMALS asennettiin ensimmäisen kerran Yhdysvaltoja laivaston Gerald R. Fordin luokan lentotukialus , USS Gerald R. Fordin .

Sen tärkein etu on, että se kiihdyttää lentokoneita tasaisemmin ja rasittaa niiden lentokoneita vähemmän . Verrattuna höyrykatapultteihin EMALS painaa myös vähemmän, sen odotetaan maksavan vähemmän ja vaativan vähemmän huoltoa, ja se voi laukaista sekä raskaampia että kevyempiä lentokoneita kuin höyrymäntäkäyttöinen järjestelmä. Se vähentää myös kuljettajan makean veden tarvetta, mikä vähentää energiaintensiivisen suolanpoiston tarvetta .

Kiina on kuulemma kehittämässä samanlaista järjestelmää, jota odotetaan käytettäväksi Kiinan tyypin 003 lentokoneissa.

Suunnittelu ja kehitys

1950 -luvulla kehitetyt höyrykatapultit ovat osoittautuneet poikkeuksellisen luotettaviksi. Neljällä höyrykatapultilla varustetut kuljettajat ovat kyenneet käyttämään ainakin yhtä niistä 99,5 prosenttia ajasta. On kuitenkin olemassa useita haittoja. Eräs ryhmä laivaston insinöörejä kirjoitti: "Suurin puute on se, että katapultti toimii ilman takaisinkytkentää . Ilman palautetta hinausvoimassa esiintyy usein suuria ohimeneviä hetkiä, jotka voivat vahingoittaa tai lyhentää lentokoneen runkoa." Höyryjärjestelmä on massiivinen, tehoton (4–6%) ja vaikea hallita. Näiden ohjausongelmien ansiosta Nimitz -luokan lentotukialuksen höyrykäyttöiset katapultit voivat laukaista raskaita lentokoneita, mutta eivät niin kevyitä lentokoneita kuin monet UAV -koneet .

Järjestelmä hieman samanlainen EMALS, Westinghouse n electropult , kehitettiin 1946, mutta ei käytössä.

Lineaarinen induktiomoottori

EMALS käyttää lineaarista induktiomoottoria (LIM), joka tuottaa sähkövirtojen avulla magneettikenttiä, jotka kuljettavat vaunua radan varrella käynnistääkseen lentokoneen. EMALS koostuu neljästä pääelementistä: Lineaarinen induktiomoottori koostuu staattorikäämirivistä, jolla on sama tehtävä kuin tavanomaisen induktiomoottorin pyöreillä staattorikäämillä. Kun moottori on jännitteinen, se kiihdyttää vaunua rataa pitkin. Vain kelkkaa ympäröivä osa keloista saa jännitteen milloin tahansa, mikä minimoi reaktiiviset häviöt. EMALSin 300 metrin (91 m) LIM kiihdyttää 45000 kg: n lentokoneen 130 kn: iin (240 km/h; 150 mph).

Energian varastointiosajärjestelmä

Käynnistyksen aikana induktiomoottori vaatii suurta sähkötehoa, joka ylittää sen, mitä aluksen oma jatkuva virtalähde voi tarjota. EMALS energia-varastointi järjestelmän suunnittelu mahtuu tämän vetovoimaa aluksen aikana 45 sekunnin lataa aikana ja tallennetaan energiaa kineettisesti käyttäen roottorit neljän levyn generaattoreita ; järjestelmä vapauttaa tämän energian (jopa 484 MJ) 2-3 sekunnissa. Kukin roottori tuottaa jopa 121 MJ (34 kWh) (noin yksi bensiin gallona -ekvivalentti ) ja se voidaan ladata 45 sekunnin kuluessa käynnistyksestä; tämä on nopeampaa kuin höyrykatapultit. Suurimman suorituskyvyn laukaisu, joka käyttää 121 MJ energiaa jokaisesta levygeneraattorista, hidastaa roottorit 6400 rpm: stä 5205 rpm: iin.

Tehonmuunnososajärjestelmä

Käynnistyksen aikana tehonmuuntamisalijärjestelmä vapauttaa tallennetun energian levygeneraattoreista syklonmuuntimen avulla . Syklo -muunnin tarjoaa LIM: lle hallitun nousevan taajuuden ja jännitteen, joka saa virtaa vain pienestä staattorikäämien osasta, jotka vaikuttavat laukaisuvaunuun milloin tahansa.

Ohjauskonsolit

Käyttäjät ohjaavat virtaa suljetun silmukan järjestelmän kautta . Radan Hall -tehosteanturit valvovat sen toimintaa, jolloin järjestelmä voi varmistaa, että se tarjoaa halutun kiihtyvyyden. Suljetun silmukan järjestelmän ansiosta EMALS voi ylläpitää jatkuvaa hinausvoimaa, mikä auttaa vähentämään lentokoneen runkoon kohdistuvia laukaisujännityksiä.

Ohjelman tila

Sähkömagneettinen lentokoneiden laukaisujärjestelmä Naval Air Systems Commandissa, Lakehurst, käynnistää Yhdysvaltain laivaston F/A-18E Super Hornetin testin aikana 18. joulukuuta 2010

Lentokoneiden yhteensopivuustestit (ACT) Vaihe 1 saatiin päätökseen vuoden 2011 lopulla 134 laukaisun jälkeen (lentokonetyypit, joihin kuuluu F/A-18E Super Hornet, T-45C Goshawk, C-2A Greyhound, E-2D Advanced Hawkeye ja F-35C Lightning II) ) käyttäen EMALS -esittelylaitetta, joka on asennettu Naval Air Engineering Station Lakehurst -asemalle . ACT 1: n päätyttyä järjestelmä konfiguroitiin vastaamaan paremmin USS  Gerald R.Fordin aluksen todellista kokoonpanoa , joka käyttää neljää katapulttia, jotka jakavat useita energianvarastoja ja tehonmuutososajärjestelmiä.

ACT Vaihe 2 alkoi 25. kesäkuuta 2013 ja päättyi 6. huhtikuuta 2014 310 laukaisun jälkeen (mukaan lukien Boeing EA-18G Growlerin ja McDonnell Douglas F/A-18C Hornetin lanseeraukset sekä toinen testikierros aiemmin konetyypeillä) käynnistettiin vaiheessa 1). Vaiheessa 2 simuloitiin erilaisia ​​kuljettajan tilanteita, mukaan lukien käynnistäminen keskustan ulkopuolelta ja suunnitellut järjestelmäviat, osoittaakseen, että lentokoneet voivat saavuttaa loppunopeuden ja vahvistaa laukaisukriittisen luotettavuuden.

  • Kesäkuu 2014: Merivoimat suorittivat 450 miehitetyn lentokoneen EMALS-prototyyppitestauksen, joihin osallistui jokainen kiinteäsiipinen lentotyyppinen lentokonetyyppi USN-luettelossa yhteisessä tukikohdassa McGuire-Dix-Lakehurst kahden lentokoneiden yhteensopivuustestauskampanjan aikana.
  • Toukokuu 2015: Ensimmäiset täysi nopeuslaivatestit suoritettu.

Toimitus ja käyttöönotto

Päällikkö luutnantti 28. heinäkuuta 2017. Jamie "Coach" Struck of Air Test and Evaluation Squadron 23 (VX-23) suoritti ensimmäisen EMALS-katapultin laukaisun USS Gerald R.Fordilta (CVN-78) F/A-18F Super Hornetilla .

Huhtikuuhun 2021 mennessä USS Gerald R.Fordin kyydissä oli suoritettu 8000 käynnistys-/palautusjaksoa EMALS- ja AAG -pidätinjärjestelmillä . USN totesi myös, että suurin osa näistä sykleistä oli tapahtunut edellisen 18 kuukauden aikana ja että 351 lentäjää oli suorittanut EMALS/AAG -koulutuksen.

Edut

Höyrykatapultteihin verrattuna EMALS painaa vähemmän, vie vähemmän tilaa, vaatii vähemmän huoltoa ja työvoimaa, on luotettavampi, latautuu nopeammin ja käyttää vähemmän energiaa. Höyrykatapultit, jotka käyttävät noin 610 kg höyryä laukaisua kohti, sisältävät laajan mekaanisen, pneumaattisen ja hydraulisen osajärjestelmän. EMALS ei käytä höyryä, mikä tekee siitä sopivan Yhdysvaltain laivaston suunnittelemille täysin sähköisille aluksille.

Höyrykatapultteihin verrattuna EMALS voi ohjata laukaisukykyä suuremmalla tarkkuudella, jolloin se voi laukaista useampia lentokoneita raskaista hävittäjistä kevyisiin miehittämättömiin lentokoneisiin. Käytettävissä on jopa 121 megajoulea, ja jokainen EMALS -järjestelmän neljästä levygeneraattorista voi tuottaa 29 prosenttia enemmän energiaa kuin höyrykatapultin noin 95 MJ. EMALS on suunniteltu 90%: n tehonmuuntotehokkuudellaan myös tehokkaampi kuin höyrykatapultit, jotka saavuttavat vain 5%: n hyötysuhteen.

Kritiikkiä

Toukokuussa 2017 presidentti Donald Trump kritisoi EMALSia Time -haastattelussa sanoen, että perinteisiin höyrykatapultteihin verrattuna "digitaalinen maksaa satoja miljoonia dollareita enemmän rahaa eikä se ole hyväksi".

Presidentti Trumpin kritiikkiä vastasi Pentagonin erittäin kriittinen vuoden 2018 raportti, jossa korostettiin, että EMALS -järjestelmän luotettavuus jättää paljon toivomisen varaa ja että kriittisten vikojen keskimääräinen määrä on yhdeksän kertaa suurempi kuin laivaston kynnysvaatimukset.

Luotettavuus

Vuonna 2013 201: sta 1967: stä testikokeilusta epäonnistui, yli 10 prosenttia.

Kun otetaan huomioon järjestelmän silloinen nykyinen tila, vuoden 2013 anteliaimmat luvut osoittivat, että EMALSin keskimääräinen vika-aika on 1/240.

Maaliskuussa 2015 julkaistun raportin mukaan "Luotettavuuden odotetun kasvun perusteella viimeisimpien raportoitujen kriittisten epäonnistumisten keskimääräisten syklien epäonnistumisprosentti oli viisi kertaa korkeampi kuin olisi pitänyt odottaa. Elokuussa 2014 laivaston raportoi, että yli 3017 laukaisua on suoritettu Lakehurstin testipaikalla, mutta eivät ole toimittaneet DOT & E: lle [johtaja, toimintatesti ja arviointi] päivityksiä vikoista. "

Testikokoonpanossa EMALS ei voinut laukaista hävittäjiä, joihin oli asennettu ulkoinen pudotussäiliö . "Merivoimat ovat kehittäneet korjauksia näiden ongelmien korjaamiseksi, mutta testit miehitetyillä lentokoneilla korjausten varmistamiseksi on siirretty vuoteen 2017".

Heinäkuussa 2017 järjestelmä testattiin onnistuneesti merellä USS Gerald R.Fordilla .

Tammikuussa 2021 julkaistussa DOT & E -raportissa todettiin: "3975 katapultin laukaisun aikana [...] EMALS osoitti saavutetun 181 keskimääräisen syklin luotettavuuden operatiivisen tehtävän epäonnistumisen (MCBOMF) välillä [...] Tämä luotettavuus on selvästi alle 4 166 MCBOMF: n vaatimuksen."

EMALS hajoaa usein eikä ole luotettava, Pentagonin testausjohtaja Robert Behler raportoi arvioidessaan 3975 sykliä USS Gerald R.Fordilla marraskuusta 2019 syyskuuhun 2020.

Järjestelmät, jotka käyttävät tai käyttävät EMALS -järjestelmää

Ranska

Ranskan laivasto suunnittelee aktiivisesti tulevaa lentotukialusta ja uutta lippulaivaa. Se tunnetaan ranskaksi Porte-avions de nouvelle sukupolvi, sillä uuden sukupolven lentotukialus "tai lyhenteellä PANG kantavassa alus on ydinkäyttöinen ja ominaisuus EMALS katapultti järjestelmään. PANGin rakentamisen odotetaan alkavan noin vuonna 2025 ja se otetaan käyttöön vuonna 2038, jolloin lentotukialus Charles de Gaulle jää eläkkeelle.

Kiina

Amiraali Yin Zhuo että Kiinan merivoimien on sanonut, että Kiinan ensi lentotukialus on myös sähkömagneettinen lentokoneen käynnistää järjestelmä. Media on havainnut useita prototyyppejä vuonna 2012, ja sähkömagneettiseen laukaisuun kykeneviä lentokoneita testataan Kiinan laivaston tutkimuslaitoksessa.

Heinäkuussa 2017 julkaistun raportin mukaan tyypin 003 lentotukialuksen rakentamista on siirretty uudelleen, jotta voidaan valita höyry- tai sähkömagneettinen katapultti, ja uusimmat kilpailutulokset osoittavat, että sähkömagneettisia laukaisimia käytetään tyypin 003 lentokoneessa.

Kiinan sotilaspäällikkö väittää, että lentotukialusten sähkömagneettisissa laukaisujärjestelmissä on tehty läpimurto, ja hän käyttää sellaista järjestelmää kolmannessa lentotukialuksessa, jonka Kiina rakentaa tyypin 002 jälkeen . Käynnistysjärjestelmä saa voimansa fossiilisista polttoaineista generaattoreiden ja kondensaattoreiden kautta. Tyypin 003 telineen suunnittelua johtaa kontradmiraali Ma Weiming .

Intia

Intian laivaston on osoittanut kiinnostusta asentamalla EMALS suunnittelemaansa CATOBAR SuperCarrier INS  Vishal . Intian hallitus on osoittanut kiinnostusta sähkömagneettisten lentokoneiden laukaisujärjestelmän tuottamiseen paikallisesti General Atomicsin avulla .

Käsite maa vaunun on tarkoitettu siviilikäyttöön ja ottaa ajatus sähkömagneettinen lentokoneen käynnistää järjestelmä askeleen pidemmälle, jossa koko laskuteline jäljellä kiitotien sekä nousu- ja lasku .

Venäjä

Venäjän United Shipbuilding Corporation (USC) kehittää uusia käynnistää järjestelmiä sotilaskoneet perustuu lentotukialuksia, USC puheenjohtaja Alexei Rakhmanov kertoi TASS 4. heinäkuuta 2018 saakka.

Yhdistynyt kuningaskunta

Converteam UK työskenteli sähkömagneettisen katapultin (EMCAT) kanssa Queen Elizabeth -luokan lentotukialukselle . Elokuussa 2009 spekuloitiin, että Yhdistynyt kuningaskunta saattaa pudottaa STOVL F-35B : n CTOL F-35C -mallille, mikä olisi tarkoittanut, että kantolaitteet on rakennettu käyttämään tavanomaisia ​​lentoonlähtö- ja laskulentokoneita käyttämällä Yhdistyneen kuningaskunnan suunnittelemia ei-höyryisiä EMCAT-katapultteja.

Lokakuussa 2010 Ison-Britannian hallitus ilmoitti ostavansa F-35C: n käyttäen silloin vielä päättämätöntä CATOBAR- järjestelmää. Joulukuussa 2011 allekirjoitettiin sopimus General Atomics of San Diegon kanssa EMALS -järjestelmän kehittämisestä Queen Elizabeth -luokan kuljettajille. Kuitenkin toukokuussa 2012 Yhdistyneen kuningaskunnan hallitus peruutti päätöksensä sen jälkeen, kun ennakoidut kustannukset nousivat kaksinkertaiseksi alkuperäiseen arvioon ja toimitus siirtyi takaisin vuoteen 2023, mikä peruutti F-35C-vaihtoehdon ja palasi alkuperäiseen päätökseen ostaa STOVL F-35B.

Yhdysvallat

EMALS on suunniteltu Gerald R.Fordin luokan lentotukialukselle. Ehdotus sen uusimiseksi Nimitz -luokan kuljettajiin hylättiin. John Schank sanoi: " Nimitz- luokan suurimpia ongelmia ovat rajoitetut sähköntuotantokapasiteetit ja päivityksen aiheuttama aluksen painon nousu ja painopistemarginaalin eroosio, joka tarvitaan aluksen vakauden ylläpitämiseksi."

Katso myös

Viitteet

Ulkoiset linkit