Elektromagnetisk fly lanceringssystem - Electromagnetic Aircraft Launch System

En tegning af den lineære induktionsmotor, der bruges i EMALS.

Det elektromagnetiske luftfartøjs lanceringssystem ( EMALS ) er en type luftfartøjs lanceringssystem udviklet af General Atomics til den amerikanske flåde . Systemet lancerer luftfartøjsbaseret fly ved hjælp af en katapult, der anvender en lineær induktionsmotor frem for det konventionelle dampstempel . EMALS blev først installeret på den amerikanske flådes Gerald R. Ford -klasse hangarskib , USS Gerald R. Ford .

Dens største fordel er, at det accelererer fly mere jævnt og lægger mindre stress på deres flyrammer . Sammenlignet med dampkatapulter vejer EMALS også mindre, forventes at koste mindre og kræver mindre vedligeholdelse og kan lancere både tungere og lettere fly end et dampstempledrevet system. Det reducerer også transportørens krav til ferskvand, hvilket reducerer behovet for energikrævende afsaltning .

Kina udvikler angiveligt et lignende system, som forventes at blive brugt på Kinas hangarskibe af type 003 .

Design og udvikling

Udviklet i 1950'erne, damp katapulter har vist sig særdeles pålidelige. Transportører udstyret med fire dampkatapulter har været i stand til at bruge mindst en af ​​dem 99,5 procent af tiden. Der er dog en række ulemper. En gruppe af marineingeniører skrev: "Den største mangel er, at katapulten fungerer uden feedbackkontrol . Uden feedback forekommer der ofte store transienter i slæbekraft, der kan beskadige eller reducere flyrammens levetid." Dampsystemet er massivt, ineffektivt (4-6%) og svært at kontrollere. Disse kontrolproblemer gør det muligt for Nimitz -klasse hangarskibsdampdrevne katapulter at starte tunge fly, men ikke fly så lette som mange UAV'er .

Et system, der lidt ligner EMALS, Westinghouse 's elektropult , blev udviklet i 1946, men ikke implementeret.

Lineær induktionsmotor

EMALS bruger en lineær induktionsmotor (LIM), som bruger elektriske strømme til at generere magnetfelter, der driver en vogn langs et spor til at starte flyet. EMALS består af fire hovedelementer: Den lineære induktionsmotor består af en række statorspoler med samme funktion som de cirkulære statorspoler i en konventionel induktionsmotor. Når den får strøm, fremskynder motoren vognen langs sporet. Kun den del af spolerne, der omgiver vognen, får strøm på et givet tidspunkt, hvorved reaktive tab minimeres. EMALS 'LIM på 300 fod (91 m) vil accelerere et fly på 100.000 pund (45.000 kg) til 130 kn (240 km/t; 150 mph).

Delsystem til energilagring

Under en lancering, induktion motor kræver et stort bølge af elektrisk strøm , der overstiger, hvad skibets egen kontinuerlig strømkilde kan levere. Den EMALS energilagerelementet system design imødekommer dette ved at trække strøm fra skibet under dets 45-sekunders genoplade periode og lagring af energi kinetisk hjælp rotorerne i fire disk vekselstrømsgeneratorer ; systemet frigiver derefter den energi (op til 484 MJ) på 2-3 sekunder. Hver rotor leverer op til 121 MJ (34 kWh) (cirka en benzin gallonækvivalent ) og kan oplades inden for 45 sekunder efter en lancering; dette er hurtigere end dampkatapulter. En lancering med maksimal ydelse ved hjælp af 121 MJ energi fra hver diskgenerator bremser rotorerne fra 6400 o / min til 5205 o / min.

Strømkonvertering delsystem

Under lanceringen frigiver delsystemet for strømkonvertering den lagrede energi fra disk -generatorerne ved hjælp af en cyklokonverter . Cyklokonverteren leverer en kontrolleret stigende frekvens og spænding til LIM'en og giver kun energi til den lille del af statorspoler, der påvirker affyringsvognen på et givet tidspunkt.

Kontrolkonsoller

Operatører styrer strømmen gennem et lukket kredsløbssystem . Hall -effektsensorer på sporet overvåger dets drift, så systemet kan sikre, at det giver den ønskede acceleration. Systemet med lukket kredsløb gør det muligt for EMALS at opretholde en konstant slæbekraft, hvilket hjælper med at reducere startspændinger på flyets flyramme.

Programstatus

Det elektromagnetiske flys lanceringssystem ved Naval Air Systems Command, Lakehurst, der lancerede en amerikansk flåde F/A-18E Super Hornet under en test den 18. december 2010

Aircraft Compatibility Testing (ACT) Fase 1 afsluttet i slutningen af ​​2011 efter 134 lanceringer (flytyper omfattende F/A-18E Super Hornet, T-45C Goshawk, C-2A Greyhound, E-2D Advanced Hawkeye og F-35C Lightning II ) ved hjælp af EMALS -demonstratoren installeret på Naval Air Engineering Station Lakehurst . Efter afslutningen af ​​ACT 1 blev systemet omkonfigureret til at være mere repræsentativt for den faktiske skibskonfiguration ombord på USS  Gerald R. Ford , som vil bruge fire katapulter, der deler flere energilagre og delsystemer for strømkonvertering.

ACT fase 2 begyndte den 25. juni 2013 og sluttede den 6. april 2014 efter yderligere 310 lanceringer (herunder lanceringer af Boeing EA-18G Growler og McDonnell Douglas F/A-18C Hornet samt en anden testrunde med tidligere flytyper lanceret under fase 1). I fase 2 blev forskellige transportsituationer simuleret, herunder off-center lanceringer og planlagte systemfejl, for at demonstrere, at fly kunne opfylde sluthastighed og validere lanceringskritisk pålidelighed.

  • Juni 2014: Søværnet gennemførte EMALS-prototypetest af 450 bemandede flylanceringer, der involverede alle fastvingede luftfartøjsbårne flytyper i USN-beholdningen på Joint Base McGuire-Dix-Lakehurst under to Aircraft Compatibility Testing (ACT) kampagner.
  • Maj 2015: Første test med fuld fart ombord.

Levering og implementering

Den 28. juli 2017 foretog Lt. Cmdr. Jamie "Coach" Struck of Air Test and Evaluation Squadron 23 (VX-23) udførte den første EMALS katapultlancering fra USS Gerald R. Ford (CVN-78) i en F/A-18F Super Hornet .

I april 2021 var der blevet udført 8.000 lancerings-/genoprettelsescyklusser med EMALS og AAG -arrestatorsystemet ombord på USS Gerald R. Ford . USN oplyste også, at langt de fleste af disse cyklusser havde fundet sted i de foregående 18 måneder, og at 351 piloter havde gennemført uddannelse på EMALS/AAG.

Fordele

Sammenlignet med dampkatapulter vejer EMALS mindre, optager mindre plads, kræver mindre vedligeholdelse og arbejdskraft, er mere pålidelig, oplader hurtigere og bruger mindre energi. Dampkatapulter, der bruger omkring 1.310 lb (610 kg) damp pr. Lancering, har omfattende mekaniske, pneumatiske og hydrauliske undersystemer. EMALS bruger ingen damp, hvilket gør den velegnet til den amerikanske flådes planlagte helelektriske skibe.

Sammenlignet med dampkatapulter kan EMALS kontrollere lanceringsydelsen med større præcision, så den kan lancere flere slags fly, fra tunge jagerfly til lette ubemandede fly. Med op til 121 megajoules til rådighed kan hver af de fire diskalternatorer i EMALS -systemet levere 29 procent mere energi end en dampkatapults cirka 95 MJ. EMALS vil med deres planlagte 90% effektkonverteringseffektivitet også være mere effektive end dampkatapulter, der kun opnår en effektivitet på 5%.

Kritik

I maj 2017 kritiserede præsident Donald Trump EMALS under et interview med Time og sagde, at i forhold til traditionelle dampkatapulter "koster det digitale flere hundrede millioner dollars flere penge, og det er ikke godt."

Præsident Trumps kritik blev gentaget af en yderst kritisk rapport fra Pentagon fra 2018, der understregede, at EMALS -pålidelighed efterlader meget at ønske, og at den gennemsnitlige hastighed for kritiske fejl er ni gange højere end søværnets tærskelkrav.

Pålidelighed

I 2013 mislykkedes 201 af 1.967 testlanceringer, mere end 10 procent.

Med hensyn til systemets daværende tilstand viste de mest generøse tal, der var tilgængelige i 2013, at EMALS har en gennemsnitlig "tid mellem fejl" -rate på 1 ud af 240.

Ifølge en rapport fra marts 2015, "Baseret på forventet pålidelighedsvækst var fejlfrekvensen for de sidste rapporterede gennemsnitlige cyklusser mellem kritiske fejl fem gange højere, end man burde have forventet. Fra august 2014 har flåden rapporteret, at over 3.017 opsendelser har blevet udført på Lakehurst -teststedet, men har ikke givet DOT & E [Director, Operational Test and Evaluation] en opdatering af fejl. "

I testkonfigurationen kunne EMALS ikke lancere kampfly med eksterne drop -tanks monteret. "Søværnet har udviklet rettelser til at løse disse problemer, men test med bemandede fly for at verificere rettelserne er blevet udskudt til 2017".

I juli 2017 blev systemet testet med succes på havet på USS Gerald R. Ford .

En DOT & E -rapport fra januar 2021 udtalte "Under de 3.975 katapultlanceringer [...] viste EMALS en opnået pålidelighed på 181 gennemsnitlige cyklusser mellem operationel missionsfejl (MCBOMF) [...] Denne pålidelighed er langt under kravet på 4.166 MCBOMF."

EMALS bryder ofte sammen og er ikke pålidelig, rapporterede Pentagons testdirektør Robert Behler efter at have vurderet 3.975 cyklusser på USS Gerald R. Ford fra november 2019 til september 2020.

Systemer, der bruger eller vil bruge EMALS

Frankrig

Den franske flåde planlægger aktivt et fremtidigt hangarskib og nyt flagskib. Det er kendt på fransk som Porte-avions de nouvelle génération, for 'ny generation hangarskib' eller under forkortelsen PANG . Skibet vil være atomdrevet og have EMALS katapult system. Byggeriet af PANG forventes at begynde omkring 2025 og vil komme i drift i 2038, det år hangarskibet Charles de Gaulle skal pensioneres.

Kina

Kontreadmiral Yin Zhuo fra den kinesiske flåde har sagt, at Kinas næste hangarskib også vil have et elektromagnetisk flystartsystem. Flere prototyper er blevet opdaget af medierne i 2012, og fly, der er i stand til elektromagnetisk affyring, testes på en forskningsfacilitet i den kinesiske flåde.

Ifølge en rapport i juli 2017 er konstruktionen af Type 003 hangarskib blevet omlagt for at vælge mellem en damp eller elektromagnetisk katapult, og de seneste konkurrenceresultater viser, at de elektromagnetiske affyringsramper vil blive brugt i Type 003 hangarskib.

Kinas militærchef hævder, at der er skabt et gennembrud inden for elektromagnetiske opsendelsessystemer til hangarskibe, og vil benytte et sådant system i det tredje hangarskip, som Kina vil bygge efter Type 002 . Lanceringssystemet drives af fossilt brændstof via generatorer og kondensatorer. Designet på Type 003 -bæreren ledes af kontreadmiral Ma Weiming .

Indien

Den indiske flåde har vist interesse i at installere EMALS for sin planlagte CATOBAR SuperCarrier INS  Vishal . Den indiske regering har vist interesse i at producere det elektromagnetiske luftfartøjs lanceringssystem lokalt med bistand fra General Atomics .

Konceptet med en jordvogn er beregnet til civil brug og tager ideen om et elektromagnetisk flystartsystem et skridt videre, med hele landingsudstyret tilbage på landingsbanen til både start og landing .

Rusland

Ruslands United Shipbuilding Corporation (USC) udvikler nye opsendelsessystemer til krigsfly baseret på hangarskibe, sagde USC's præsident Alexei Rakhmanov til TASS den 4. juli 2018.

Det Forenede Kongerige

Converteam UK arbejdede på et elektromagnetisk katapult (EMCAT) system til Queen Elizabeth -klasse hangarskib . I august 2009 opstod der spekulationer om, at Storbritannien kan droppe STOVL F-35B for CTOL F-35C- modellen, hvilket ville have betydet, at luftfartsselskaberne blev bygget til at betjene konventionelle start- og landingsfly ved hjælp af de britisk-designede ikke-damp-EMCAT-katapulter.

I oktober 2010 meddelte den britiske regering, at den ville købe F-35C ved hjælp af et derefter ubeslutsomt CATOBAR- system. En kontrakt blev underskrevet i december 2011 med General Atomics i San Diego om at udvikle EMALS til Queen Elizabeth -klasse transportører. I maj 2012 ændrede den britiske regering imidlertid sin beslutning, efter at de forventede omkostninger steg til det dobbelte af det oprindelige skøn, og levering flyttede tilbage til 2023, annullerede F-35C-optionen og vendte tilbage til sin oprindelige beslutning om at købe STOVL F-35B.

Forenede Stater

EMALS blev designet til og ind i Gerald R. Ford -klasse hangarskib. Et forslag om at eftermontere det i Nimitz -klasse transportører blev afvist. John Schank sagde: "De største problemer, Nimitz- klassen står over for, er den begrænsede elproduktionskapacitet og den opgraderingsdrevne stigning i skibsvægt og erosion af tyngdepunktsmarginen, der er nødvendig for at opretholde skibets stabilitet."

Se også

Referencer

eksterne links