Elektromagnetiskt flygplan lanseringssystem - Electromagnetic Aircraft Launch System

En ritning av den linjära induktionsmotorn som används i EMALS.

Den elektromagnetiska Aircraft Launch System ( EMALS ) är en typ av flygplan lansering system som utvecklats av General Atomics för USA: s flotta . Systemet lanserar bärbaserade flygplan med hjälp av en katapult som använder en linjär induktionsmotor snarare än den konventionella ångkolven . EMALS installerades först på den amerikanska flottans Gerald R. Ford -klass hangarfartyg , USS Gerald R. Ford .

Dess främsta fördel är att det accelererar flygplan smidigare, vilket lägger mindre stress på deras flygramar . Jämfört med ångkatapulter väger EMALS också mindre, förväntas kosta mindre och kräver mindre underhåll och kan starta både tyngre och lättare flygplan än ett ångkolvdrivet system. Det minskar också transportörens krav på färskvatten, vilket minskar behovet av energikrävande avsaltning .

Enligt uppgift utvecklar Kina ett liknande system som förväntas användas på Kinas hangarfartyg av typ 003 .

Design och utveckling

Ångkatapulter som utvecklades på 1950 -talet har visat sig vara utomordentligt tillförlitliga. Bärare utrustade med fyra ångkatapulter har kunnat använda minst en av dem 99,5 procent av tiden. Det finns dock ett antal nackdelar. En grupp mariningenjörer skrev: "Den främsta bristen är att katapulten fungerar utan återkopplingskontroll. Utan återkoppling förekommer ofta stora transienter i dragkraft som kan skada eller förkorta flygplanets livslängd." Ångsystemet är massivt, ineffektivt (4-6%) och svårt att kontrollera. Dessa kontrollproblem tillåter Nimitz -klass hangarfartygs ångdrivna katapulter att starta tunga flygplan, men inte flygplan så lätta som många UAV .

Ett system något liknande EMALS, Westinghouse 's electropult , utvecklades under 1946, men inte utnyttjas.

Linjär induktionsmotor

EMALS använder en linjär induktionsmotor (LIM), som använder elektriska strömmar för att generera magnetfält som driver en vagn längs ett spår för att starta flygplanet. EMALS består av fyra huvudelement: Den linjära induktionsmotorn består av en rad statorspolar med samma funktion som de cirkulära statorspolarna i en konventionell induktionsmotor. Vid strömförsörjning accelererar motorn vagnen längs spåret. Endast den del av spolarna som omger vagnen får energi vid varje given tidpunkt, vilket minimerar reaktiva förluster. EMALS: s 91 meter långa LIM kommer att accelerera ett flygplan på 100 000 pund (45 000 kg) till 130 kn (240 km/h; 150 mph).

Delsystem för energilagring

Under en lansering kräver induktionsmotorn en stor våg av elkraft som överstiger vad fartygets egen kontinuerlig strömkälla kan ge. Den EMALS energilagringssystem konstruktion rymmer detta genom att dra ström från fartyget under dess 45-sekunders ladda perioden och lagring av energin kinetiskt med användning av rotorer med fyra skivväxelströmsgeneratorer ; systemet släpper sedan ut den energin (upp till 484 MJ) på 2-3 sekunder. Varje rotor levererar upp till 121 MJ (34 kWh) (ungefär en bensin gallonekvivalent ) och kan laddas inom 45 sekunder efter en start; detta är snabbare än ångkatapulter. En maximal prestanda med 121 MJ energi från varje diskgenerator saktar rotorerna från 6400 rpm till 5205 rpm.

Delsystem för strömkonvertering

Under lanseringen släpper delsystemet för strömkonvertering den lagrade energin från diskgeneratorerna med hjälp av en cyklokonverter . Cyklokonverteraren tillhandahåller en kontrollerad stigande frekvens och spänning till LIM, vilket endast ger energi till den lilla del av statorspolarna som påverkar startvagnen vid varje givet ögonblick.

Kontrollkonsoler

Operatörerna styr strömmen genom ett slutet system . Hall -effektsensorer på spåret övervakar dess funktion, så att systemet kan se till att det ger önskad acceleration. Systemet med sluten slinga gör att EMALS kan bibehålla en konstant dragkraft, vilket hjälper till att minska startspänningar på planet.

Programstatus

Det elektromagnetiska flygplanets lanseringssystem vid Naval Air Systems Command, Lakehurst, lanserar en amerikansk marin F/A-18E Super Hornet under ett test den 18 december 2010

Aircraft Compatibility Testing (ACT) Fas 1 avslutades i slutet av 2011 efter 134 lanseringar (flygplanstyper som omfattar F/A-18E Super Hornet, T-45C Goshawk, C-2A Greyhound, E-2D Advanced Hawkeye och F-35C Lightning II ) med hjälp av EMALS -demonstratorn installerad vid Naval Air Engineering Station Lakehurst . Efter slutförandet av ACT 1 omkonfigurerades systemet för att vara mer representativt för den faktiska fartygskonfigurationen ombord på USS  Gerald R. Ford , som kommer att använda fyra katapulter som delar flera energilager och undersystem för kraftomvandling.

ACT fas 2 började den 25 juni 2013 och avslutades den 6 april 2014 efter ytterligare 310 lanseringar (inklusive lanseringar av Boeing EA-18G Growler och McDonnell Douglas F/A-18C Hornet , samt ytterligare en testrunda med tidigare flygplanstyper lanseras under fas 1). I fas 2 simulerades olika transportsituationer, inklusive lanseringar utanför centrum och planerade systemfel, för att visa att flygplan kunde möta sluthastighet och validera startkritisk tillförlitlighet.

  • Juni 2014: Marinen slutförde EMALS-prototyptestning av 450 bemannade flygplanslanseringar som involverade alla fastvingade luftfartygsburna flygplanstyper i USN-inventeringen vid Joint Base McGuire – Dix – Lakehurst under två Aircraft Compatibility Testing (ACT) -kampanjer.
  • Maj 2015: Första fullfartstester ombord.

Leverans och distribution

Den 28 juli 2017 lämnade Lt. Jamie "Coach" Struck of Air Test and Evaluation Squadron 23 (VX-23) utförde den första EMALS-katapultlanseringen från USS Gerald R. Ford (CVN-78) i en F/A-18F Super Hornet .

I april 2021 hade 8000 start-/återhämtningscykler utförts med EMALS och AAG -arrestatorsystemet ombord på USS Gerald R. Ford . USN uppgav också att den stora majoriteten av dessa cykler hade inträffat under de föregående 18 månaderna och att 351 piloter hade genomfört utbildning på EMALS/AAG.

Fördelar

Jämfört med ångkatapulter väger EMALS mindre, tar mindre plats, kräver mindre underhåll och arbetskraft, är mer pålitlig, laddar snabbare och använder mindre energi. Ångkatapulter, som använder cirka 1310 kg ånga per lansering, har omfattande mekaniska, pneumatiska och hydrauliska delsystem. EMALS använder ingen ånga, vilket gör den lämplig för US Navy: s planerade helelektriska fartyg.

Jämfört med ångkatapulter kan EMALS styra lanseringsprestandan med större precision, så att den kan starta fler sorters flygplan, från tunga stridsflygplan till lätta obemannade flygplan. Med upp till 121 megajoule tillgängliga kan var och en av de fyra diskalternatorerna i EMALS -systemet leverera 29 procent mer energi än en ångkatapults cirka 95 MJ. EMALS, med sin planerade 90% effektomvandlingseffektivitet, kommer också att vara mer effektiv än ångkatapulter, som endast uppnår en effektivitet på 5%.

Kritik

I maj 2017 kritiserade president Donald Trump EMALS under en intervju med Time och sa att i jämförelse med traditionella ångkatapulter "kostar det digitala hundratals miljoner dollar mer pengar och det är inte bra".

President Trumps kritik upprepades av en mycket kritisk rapport från Pentagon från 2018, som betonade att tillförlitligheten för EMALS lämnar mycket att önska och att den genomsnittliga graden av kritiska misslyckanden är nio gånger högre än marinens tröskelkrav.

Pålitlighet

År 2013 misslyckades 201 av 1 967 testlanseringar, mer än 10 procent.

Med tanke på systemets dåvarande tillstånd visade de mest generösa siffrorna 2013 att EMALS har en genomsnittlig "tid mellan misslyckad" frekvens på 1 av 240.

Enligt en rapport från mars 2015, "Baserat på förväntad tillförlitlighetstillväxt, var felfrekvensen för de senast rapporterade genomsnittliga cyklerna mellan kritiska misslyckanden fem gånger högre än vad som borde ha förväntats. I augusti 2014 har flottan rapporterat att över 3017 sjösättningar har utförts på Lakehurst -testplatsen, men har inte gett DOT & E [Director, Operational Test and Evaluation] en uppdatering av fel. "

I testkonfigurationen kunde EMALS inte starta stridsflygplan med externa släpptankar monterade. "Marinen har utvecklat korrigeringar för att åtgärda dessa problem, men testning med bemannade flygplan för att verifiera korrigeringarna har skjutits upp till 2017".

I juli 2017 testades systemet framgångsrikt till sjöss på USS Gerald R. Ford .

En DOT & E -rapport från januari 2021 uppgav "Under 3 975 katapultlanseringarna [...] visade EMALS en uppnådd tillförlitlighet på 181 genomsnittliga cykler mellan misslyckande i operativt uppdrag [MCBOMF] [...] Denna tillförlitlighet ligger långt under kravet på 4 166 MCBOMF."

EMALS går sönder ofta och är inte tillförlitlig, rapporterade Pentagons testdirektör Robert Behler efter att ha bedömt 3 975 cykler på USS Gerald R. Ford från november 2019 till september 2020.

System som använder eller kommer att använda EMALS

Frankrike

Den franska marinen planerar aktivt för ett framtida hangarfartyg och ett nytt flaggskepp. Det är känt på franska som Porte-avions de nouvelle génération, för 'ny generation hangarfartyg', eller av förkortningen PANG . Fartyget kommer att vara kärnkraftsdrivet och ha EMALS katapultsystem. Byggandet av PANG förväntas påbörjas runt 2025 och kommer att tas i drift år 2038, året då hangarfartyget Charles de Gaulle ska pensioneras.

Kina

Kontreadmiral Yin Zhuo från den kinesiska flottan har sagt att Kinas nästa hangarfartyg också kommer att ha ett elektromagnetiskt flygplan lanseringssystem. Flera prototyper har upptäckts av media 2012, och flygplan som kan elektromagnetisk sjösättas testas på en kinesisk marin forskningsanläggning.

Enligt en rapport i juli 2017 har konstruktionen av hangarfartyg av typ 003 omplanerats för att välja mellan en ånga eller elektromagnetisk katapult och de senaste tävlingsresultaten visar att de elektromagnetiska bärraketerna kommer att användas i hangarfartyget av typ 003.

Kinas militära chef hävdar att ett genombrott i elektromagnetiska lanseringssystem för hangarfartyg har gjorts och kommer att använda ett sådant system i det tredje hangarfartyget som Kina kommer att bygga efter typ 002 . Lanseringssystemet drivs av fossilt bränsle via generatorer och kondensatorer. Designen på bäraren av typ 003 leds av kontreadmiral Ma Weiming .

Indien

Den indiska flottan har visat intresse för att installera EMALS för sin planerade CATOBAR supercarrier INS  Vishal . Den indiska regeringen har visat intresse för att producera det elektromagnetiska flygplanets lanseringssystem lokalt med hjälp av General Atomics .

Konceptet med en markvagn är avsett för civil användning och tar idén om ett elektromagnetiskt flygplan lanseringssystem ett steg längre, med hela landningsstället kvar på landningsbanan för både start och landning .

Ryssland

Rysslands United Shipbuilding Corporation (USC) utvecklar nya lanseringssystem för stridsplan baserade på hangarfartyg, sade USC: s president Alexei Rakhmanov till TASS den 4 juli 2018.

Storbritannien

Converteam Storbritannien arbetade med ett elektromagnetiskt katapultsystem (EMCAT) för hangarfartyg av Queen Elizabeth -klass . I augusti 2009 monterades spekulationer om att Storbritannien kan släppa STOVL F-35B för modellen CTOL F-35C , vilket skulle ha inneburit att transportörerna byggdes för att driva konventionella start- och landningsflygplan med hjälp av de brittiskt designade icke-ånga EMCAT-katapulterna.

I oktober 2010 meddelade den brittiska regeringen att den skulle köpa F-35C, med hjälp av ett då oavgjort CATOBAR- system. Ett kontrakt tecknades i december 2011 med General Atomics i San Diego för att utveckla EMALS för Queen Elizabeth -klassbärarna. Men i maj 2012 återförde den brittiska regeringen sitt beslut efter att de beräknade kostnaderna ökade till det dubbla av den ursprungliga uppskattningen och leveransen gick tillbaka till 2023, avbröt alternativet F-35C och återgick till sitt ursprungliga beslut att köpa STOVL F-35B.

Förenta staterna

EMALS konstruerades för och in i hangarfartyget Gerald R. Ford i klass . Ett förslag att eftermontera det i Nimitz -klassbärare avvisades. John Schank sa: "De största problemen som Nimitz- klassen står inför är den begränsade kapaciteten för elektrisk kraftproduktion och den uppgraderingsdrivna ökningen av fartygets vikt och erosion av tyngdpunktsmarginalen som behövs för att bibehålla fartygets stabilitet."

Se även

Referenser

externa länkar