Spärrredskap - Arresting gear

Arresterande redskap
US Navy 020312-N-7265D-005 F-14.jpg
En F-14 Tomcat stiger ned för att landa en gripande redskap på flygdäcket på USS  Theodore Roosevelt  (CVN-71) 2002

En spärrväxel , eller avstängningsutrustning , är ett mekaniskt system som används för att snabbt sakta ner ett flygplan när det landar . Att gripa redskap på hangarfartyg är en väsentlig del av marinflyget , och det används oftast på CATOBAR- och STOBAR -hangarfartyg . Liknande system finns också på landbaserade flygfält för expeditioner eller nödsituationer. Typiska system består av flera linor av stål som hela flygplanslandningsområdet, avsedda att fångas av ett flygplans tailhook . Under en normal arrestering kopplar svanshaken i tråden och flygplanets rörelseenergiöverförs till hydrauliska dämpningssystem fästa under bärdäcket. Det finns andra relaterade system som använder nät för att fånga flygplansvingar eller landningsställ . Dessa barrikad- och barriärsystem används endast för nödstopp för flygplan utan manövrerade bakkrokar.

Historia

Fairey III-F- flygplan landar ombord på det brittiska hangarfartyget HMS  Furious omkring tidigt 1930-tal. Arresterande växeltrådar är synliga ovanför flygdäcket

Arresterande kabelsystem uppfanns av Hugh Robinson och användes av Eugene Ely vid hans första landning på ett fartyg - den bepansrade kryssaren USS  Pennsylvania , den 18 januari 1911. Dessa tidiga system hade kablar som gick genom remskivor och fästes vid döda vikter, såsom sandsäckar. . Mer moderna stoppkablar testades på HMS  Courageous i juni 1931, designad av befälhavare CC Mitchell .

Moderna US Navy-hangarfartyg har Mark 7 Mod 3-arrestutrustning installerad, som har förmågan att återställa ett 50 000 pund (23 t) flygplan med en engagerande hastighet på 130 knop på ett avstånd av 344 fot (105 m) på två sekunder . Systemet är utformat för att absorbera teoretisk maximal energi på 47,5 miljoner fotpund (64,4 MJ) vid maximal kabelavrinning.

Före införandet av det vinklade flygdäcket användes två system (förutom däckkablar) för att hindra landningsflygplan från att köra in i parkerade flygplan längre fram på flygdäcket: barriären och barrikaden. Om flygplanets krok inte lyckades fånga en tråd, skulle landningsstället fångas av ett 3–4 fot högt (0,91–1,22 m) nät som kallas barriären . Om flygplanet fångade en tråd vid beröring kunde barriären snabbt sänkas för att tillåta flygplan att taxa över den. Det sista skyddsnätet var barrikaden , ett stort 4,6 m högt nät som hindrade landningsflygplan från att krascha in i andra flygplan som stod parkerade på fören. Barriärer används inte längre, även om markbaserade stoppredskap ibland kallas "barriärer". Barrikader används fortfarande ombord på bärare, men de är bara riggade och används i nödsituationer.

Drift

Ett hängande tvärdäck millisekunder efter att ett flygplanets näshjul passerat över det. De välvda stöden är bladfjädrar som höjer hänget ovanför flygdäcket.

En normal arrestering åstadkoms när gripkroken på ett inkommande flygplan går i ingrepp med ett av däckhängena. När ett landningsflygplan går i ingrepp med ett däckhängande överförs kraften i landningsflygplanets framåtriktade rörelse till en inköpskabel som leds via skivor till stoppmotorn, placerad i ett maskinrum under flygdäcket eller på vardera sidan av landningsbana. När däckhängaren och inköpskabeln dras ut av flygplanet som arresteras, överförs flygplanets kinetiska energi till kablarnas mekaniska energi och den stoppande motorn överför kablarnas mekaniska energi till hydraulisk energi. Detta klassiska system för hydraulisk stoppning ersätts nu av en som använder elektromagnetik där energiabsorberingen styrs av en turboelektrisk motor. Stoppmotorn ger ett smidigt, kontrollerat stopp för landningsflygplanet. När arresteringen är slutförd kopplas flygplanets stoppkrok bort från däckhänget, som sedan dras tillbaka till sitt normala läge.

Havsbaserade system

En Grumman A-6 inkräktare på väg att fånga #3-tråden.

Moderna bärare har vanligtvis tre eller fyra stoppkablar lagda över landningsområdet. Alla amerikanska transportörer i Nimitz -klassen , tillsammans med Enterprise , har fyra ledningar, med undantag för USS  Ronald Reagan och USS  George HW Bush , som bara har tre. Gerald R. Ford -transportörer kommer också att ha tre. Piloter siktar på den andra tråden för tretrådskonfigurationen eller den tredje tråden för fyrtrådskonfigurationen för att minska risken att landa kort. Flygplan som kommer in för att landa på en bärare har cirka 85% av full gas. Vid beröring avancerar piloten gasreglaget till full effekt. I F/A-18E/F Super Hornet och EA-18G Growler- flygplan minskar flygplanet automatiskt motorns dragkraft till 70% när retardationen av ett lyckat gripande upptäcks. Denna funktion kan åsidosättas av piloten genom att välja max efterbrännare. Om flygplanet misslyckas med att fånga upp en stoppkabel, ett tillstånd som kallas en " bultare ", har flygplanet tillräcklig kraft för att fortsätta neråt det vinklade flygdäcket och bli luftburet igen. När stoppningsutrustningen stoppar flygplanet, tar piloten gasreglaget tillbaka till tomgång, höjer kroken och taxorna rensas.

Förutom amerikanska CVNs (kärn- hangarfartyg ), den franska Charles de Gaulle , den ryska Admiral Kuznetsov , den brasilianska São Paulo , den kinesiska Liaoning , liksom den indiska Vikramaditya är aktiva eller framtida hangarfartyg installeras med arrestera redskap.

Landbaserade system

Amerikanska marinister arbetar på en stoppmotor för ett landbaserat arresteringssystem. Notera rulle för nylontejp i bakgrunden.

Landbaserade militära flygfält som driver jakt- eller jettränarflygplan använder också arresterande växelsystem, även om de inte krävs för alla landningar. Istället används de för landning av flygplan på korta eller tillfälliga banor, eller för nödsituationer som involverar bromsfel, styrproblem eller andra situationer där det inte är möjligt eller säkert att använda hela banans längd. Det finns tre grundläggande typer av landbaserade system: permanent, expeditions- och överkörningsutrustning.

En F-16 gör ett fältarrest.

Permanenta system är installerade på nästan alla amerikanska militära flygfält som driver jakt- eller jettränarflygplan. Expeditionssystem liknar permanenta system och används för landning av flygplan på korta eller tillfälliga banor. Expeditionssystem är utformade för att installeras eller avinstalleras på bara några timmar.

Överkörningsutrustning som består av krokkablar och/eller elastiska nät som kallas barriärer används vanligtvis som ett backup -system. Barriärnät fångar flygplanets vingar och flygkropp och använder en stoppmotor eller andra metoder som ankarkedjor eller buntar av vävt textilmaterial för att sakta ner flygplanet. På vissa landbaserade flygfält där överkörningsområdet är kort används en serie betongblock som kallas ett konstruerat materialavskiljarsystem (EMAS). Dessa material används för att fånga landningsstället för ett flygplan och sakta ner det via rullmotstånd och friktion. Flygplan stoppas av överföringen av energi som krävs för att krossa blocken. Till skillnad från andra typer av spärrredskap används EMAS också på vissa civila flygplatser där överkörningsområdet är kortare än normalt.

Den första användningen av en barriär på ett militärt flygfält var under Koreakriget när jetkrigare fick operera från kortare flygfält där det inte fanns någon felmarginal. Systemet som användes var bara en transplantation av Davis Barrier som användes på raka däcksbärare för att förhindra att alla flygplan som missade griptrådarna kraschade in i flygplanet parkerat framför landningsområdet. Men i stället för det mer komplexa hydrauliska systemet som används på bärare för att stoppa flygplanet när det träffar barriären använde det landbaserade systemet tunga fartygsankarkedjor för att stoppa flygplanet.

Komponenter

Nya tvärgående hängen är lindade och redo för snabb installation.

De huvudsakliga systemen som utgör typiska spärrredskap är krokkabeln eller hängen, köpkablar eller band, skivor och stoppmotorer.

Hängande tvärdäck

A-växelmekanik ersätter en bladfjäder.

Även kända som att stoppa kablar eller trådar, tvärgående hängen är flexibla stålkablar som sträcker sig över landningsområdet för att gripas av stoppkroken för ett inkommande flygplan. På hangarfartyg finns antingen tre eller fyra kablar, numrerade 1–4 från akter till framåt. Hängen är gjorda av ståltråd med en diameter på 1,  1+1 / fyra eller en+3 / 8 inches (25, 32 eller 35 mm). Varje vajer består av ett flertal trådar som är tvinnade kring en oljad hampa, mittkärna, som ger en "kudde" för varje tråd och även levererar kabelsmörjning. Kabeländarna är utrustade med terminalkopplingar avsedda för snabb lossning vid utbyte och kan snabbt lossas och bytas ut (på cirka 2-3 minuter på hangarfartyg). På amerikanska transportörer avlägsnas och stoppas kablarna efter varje 125 gripna landningar. Enskilda kablar avlägsnas ofta och lämnas "avskalade" för att kunna utföra underhåll på andra komponenter i det stoppande redskapet under flygplanets återhämtning (med hjälp av andra, on -line -system). Trådstöd höjer däckhängarna flera tum så att de kan plockas upp av en krok på ett landningsflygplan. Trådstödet på bärare är bara böjda bladfjädrar av stål som kan böjas så att ett flygplan kan taxa över det installerade däckhänget. På landbaserade system höjer "donut" -formade gummistöd med en diameter av 15 cm kabeln från banans yta med cirka 7,5 cm.

Köp kablar eller band

Inköpskabeln är ett vajer som ser mycket ut som griparkabeln. De är dock mycket längre och är inte avsedda att enkelt tas bort. Det finns två inköpskablar per stoppkabel, och de ansluts till varje ände av stopptråden. Köpkablar ansluter stopptråden till motorerna för att stoppa redskapet och "betalar ut" när stopptråden kopplas in av flygplanet. När ett inkommande flygplan engagerar sig i däckhängaren, överför inköpskabeln landningsflygplanets kraft från däckväxeln till stoppmotorn. Hänget (spärrtråd) "swaged" (fäst) på inköpskabeln med hjälp av en ögla som skapats med zink som värms upp till 538 ° C. Denna tillverkning ombord anses vara farlig, och det rapporteras att den amerikanska marinen testar användningen av en automatiserad press för att åstadkomma det säkrare. På landbaserade system används tunga nylonband i stället för inköpskablar, men de har samma funktion.

Skivor

Köpkablar eller band går genom skivor i flygdäcket eller vid sidan av banan till de stoppande motorerna. Spjällskivor fungerar som hydrauliska stötdämpare som ger ökade landningshastigheter.

Spärrhake

År 1957 var tanken på att en kolv skulle dras genom ett vattenrör först avsedd som ett billigt gripsystem för landbasar. I början av 1960-talet tog britterna detta grundkoncept och utvecklade ett spärrsystem för både land och hav. Motorn hade hydraulcylindrar som rörde sig genom vattenfyllda rör, med ett mindre rör bredvid som har hål av olika storlek längs dess längd. Den brittiska flottan hävdade att det inte fanns någon teoretisk viktgräns, men det fanns en hastighetsgräns.

Stoppande motorer

En F/A-18 Hornet kopplar in kabeln #4, med den vita infällbara däckskivan i förgrunden.

Varje hängande har sina egna motorsystem som absorberar och skingrar energin som utvecklas när ett landningsflygplan arresteras. På amerikanska Nimitz -klassbärare används hydropneumatiska system, var och en som väger 43 short ton (39  t ), där olja hydrauliskt tvingas ut ur en cylinder av en ram ansluten till inköpskabeln, genom en styrventil. En stor utveckling för att stoppa redskap var den konstanta utloppsventilen, som styr vätskeflödet från motorcylindern till ackumulatoren och är utformad för att stoppa alla flygplan med samma mängd utlopp oavsett massa och hastighet. Flygplanets vikt bestäms av varje stoppande växelmotors operatör. Under normal drift används en "enkel viktinställning" för enkelhetens skull. Denna vikt är vanligtvis den maximala landnings- eller "maxfällan" -vikten för flygplanet. I vissa fall, vanligtvis flygfel som påverkar inflygningshastigheten, används en "enkel viktinställning" för att säkerställa korrekt energiabsorbering av systemet. Operatören får flygplanets vikt av flygofficeren i Primary Flight Control. Operatören ställer sedan in den konstanta utloppsreglerventilen till lämplig viktinställning för det flygplanet. Tryckinställningen för spärrväxelmotorn förblir vid ett konstant tryck på cirka 400 psi (2800 kPa). Den konstanta utloppsventilen (CROV) stoppar flygplanet, till skillnad från hydrauliskt tryck.

Permanenta och expeditionära landbaserade system består vanligtvis av två stoppmotorer som finns på vardera sidan av banan. Stoppmotorerna tillämpar bromskraft på rullar som håller i köpbandet, vilket i sin tur bromsar flygplanet och stoppar det. De två vanligaste metoderna som används av landbaserade spärrmotorer för att tillämpa bromskraften är den roterande friktionsbromsen och de roterande hydrauliska eller "vattenvridare" -systemen. Den roterande friktionsbromsen är helt enkelt en hydraulisk pump kopplad till rullen som tillämpar ett graderat tryck på multiskivbromsar monterade på rullen. Det roterande hydraulsystemet är en turbin inuti ett vatten/glykolfylldt hus kopplat till rullen. Turbulensen som genereras i vatten/glykolblandningen av turbinen under gripandet ger motståndet att bromsa rullen och stoppa flygplanet. När flygplanet har släppts från kabeln dras band och kabel tillbaka av en förbränningsmotor eller elmotor installerad på stoppmotorn.

Överdriven utkörning under ett gripande är ett tillstånd som kallas ett "tvåblock". Detta namn härrör från marint språk när hela linan har dragits genom ett remskivsystem, de två remskivorna rör vid varandra, därav "två blockerade". Överdriven utmattning kan orsakas av felaktiga stoppinställningar för redskap, överskott av flygplanets bruttovikt, överskott av flygplanets ingreppshastighet eller överskott av flygplanets dragkraft som tillämpas under gripandet. Landningar utanför mitten har också risken att skada grepputrustningen.

Avancerat arresteringslandningslandningssystem

Huvudartikel: Advanced Arresting Gear

Elektromagneter används i det nya Advanced Arresting Gear (AAG) -systemet på amerikanska hangarfartyg. Det nuvarande systemet (ovan) är beroende av hydraulik för att bromsa och stoppa ett landningsflygplan. Även om hydraulsystemet är effektivt, vilket framgår av mer än femtio års implementering, erbjuder AAG -systemet ett antal förbättringar. Det nuvarande systemet kan inte fånga obemannade flygbilar (UAV) utan att skada dem på grund av extrema påfrestningar på flygramen. UAV har inte den massa som krävs för att driva den stora hydraulkolven som används för att fånga tyngre, bemannade flygplan. Genom att använda elektromagnetik styrs energiabsorberingen av en turboelektrisk motor. Detta gör fällan mjukare och minskar chock på flygramar. Även om systemet kommer att se likadant ut från flygdäcket som sin föregångare, kommer det att vara mer flexibelt, säkert och pålitligt och kräver mindre underhåll och bemanning. Detta system prövas på USS Gerald R. Ford och kommer att installeras på alla hangarfartyg i Gerald R. Ford-klass .

Barrikad

Bärbarrikad i upphöjt läge
En S-3A Viking som nödlandar in barrikaden på flygdäcket på USS  Abraham Lincoln  (CVN-72) . Flygplanet kunde inte göra en normal gripen återhämtning på grund av skadade landningsställ.

Barrikaden är ett nödåterställningssystem som endast används när en normal (hängande) gripande inte kan göras. Barrikaden är normalt i stuvat skick och riggad endast vid behov. För att rigga en barrikad sträcks den över flygdäcket mellan stag, som är höjda från flygdäcket. Att rigga barrikaden praktiseras rutinmässigt av personal från amerikansk flygplansdäck; en välutbildad besättning klarar uppgiften på under tre minuter.

Spärrbandet består av övre och nedre horisontella lastremmar som är förbundna med varandra i ändarna. Fem vertikala ingreppsband, 6,1 m från varandra, är anslutna till varje övre och nedre lastband. Spärrbandet höjs till en höjd av cirka 20 fot. Spärrbandet går i ingrepp med landningsflygplanets vingar, där energi överförs från spärrbandet genom inköpskabeln till stoppmotorn. Efter en barrikadstoppning kastas band- och däckkablarna och stolparna sänks tillbaka i sina infällda slitsar. Barricade-engagemang är sällsynta, eftersom tailhooks är utformade för att vara extremt felsäkra, och ett flygplan som återvänder från strid med så allvarliga skador skulle sannolikt inte kunna landa. Den här enheten har installerats på alla amerikanska hangarfartyg och på franska Charles de Gaulle , medan brasilianska CATOBAR och ryska och indiska STOBAR -hangarfartyg har endast konventionella spärrredskap installerade.

Se även

Referenser

externa länkar