Sistema de lançamento de aeronave eletromagnética - Electromagnetic Aircraft Launch System

Um desenho do motor de indução linear usado no EMALS.

O Electromagnetic Aircraft Launch System ( EMALS ) é um tipo de sistema de lançamento de aeronaves desenvolvido pela General Atomics para a Marinha dos Estados Unidos . O sistema lança aeronaves baseadas em porta-aviões por meio de uma catapulta que emprega um motor de indução linear em vez do pistão a vapor convencional . O EMALS foi instalado pela primeira vez no porta-aviões da classe Gerald R. Ford da Marinha dos Estados Unidos , USS Gerald R. Ford .

Sua principal vantagem é que ele acelera a aeronave com mais suavidade, colocando menos tensão em sua fuselagem . Comparado às catapultas a vapor, o EMALS também pesa menos, deve custar menos e exigir menos manutenção e pode lançar aeronaves mais pesadas e mais leves do que um sistema movido a pistão a vapor. Também reduz a necessidade de água doce do transportador, reduzindo assim a demanda por dessalinização com uso intensivo de energia .

A China está desenvolvendo um sistema semelhante que deverá ser usado nos porta-aviões Tipo 003 da China .

Design e desenvolvimento

Desenvolvidas na década de 1950, as catapultas a vapor provaram ser excepcionalmente confiáveis. Transportadores equipados com quatro catapultas a vapor podem usar pelo menos uma delas 99,5% do tempo. No entanto, existem várias desvantagens. Um grupo de engenheiros da Marinha escreveu: "A principal deficiência é que a catapulta opera sem controle de feedback . Sem feedback, geralmente ocorrem grandes transientes na força de reboque que podem danificar ou reduzir a vida útil da fuselagem." O sistema de vapor é enorme, ineficiente (4–6%) e difícil de controlar. Esses problemas de controle permitem que catapultas movidas a vapor de porta-aviões da classe Nimitz lançem aeronaves pesadas, mas não aeronaves tão leves como muitos UAVs .

Um sistema um pouco semelhante ao EMALS, Westinghouse 's electropult , foi desenvolvido em 1946, mas não implantado.

Motor de indução linear

O EMALS usa um motor de indução linear (LIM), que usa correntes elétricas para gerar campos magnéticos que impulsionam um carro ao longo de uma pista para lançar a aeronave. O EMALS consiste em quatro elementos principais: O motor de indução linear consiste em uma fileira de bobinas de estator com a mesma função das bobinas de estator circulares em um motor de indução convencional. Quando energizado, o motor acelera o carro ao longo da pista. Apenas a seção das bobinas ao redor do carro é energizada em um determinado momento, minimizando assim as perdas reativas. O LIM de 300 pés (91 m) do EMALS irá acelerar uma aeronave de 100.000 libras (45.000 kg) a 130 kn (240 km / h; 150 mph).

Subsistema de armazenamento de energia

Durante um lançamento, o motor de indução requer um grande surto de energia elétrica que excede o que a própria fonte de energia contínua do navio pode fornecer. O projeto do sistema de armazenamento de energia EMALS acomoda isso extraindo energia da nave durante seu período de recarga de 45 segundos e armazenando a energia cineticamente usando os rotores de quatro alternadores de disco ; o sistema então libera essa energia (até 484 MJ) em 2–3 segundos. Cada rotor fornece até 121 MJ (34 kWh) (aproximadamente um galão de gasolina equivalente ) e pode ser recarregado dentro de 45 segundos de um lançamento; isso é mais rápido do que catapultas a vapor. Um lançamento de desempenho máximo usando 121 MJ de energia de cada alternador de disco desacelera os rotores de 6400 rpm para 5205 rpm.

Subsistema de conversão de energia

Durante o lançamento, o subsistema de conversão de energia libera a energia armazenada dos alternadores de disco por meio de um cicloconversor . O cicloconversor fornece uma frequência de aumento controlada e tensão para o LIM, energizando apenas a pequena porção das bobinas do estator que afetam o carro de lançamento em um determinado momento.

Consoles de controle

Os operadores controlam a energia por meio de um sistema de malha fechada . Sensores de efeito Hall na pista monitoram seu funcionamento, permitindo ao sistema garantir que ela forneça a aceleração desejada. O sistema de malha fechada permite que o EMALS mantenha uma força de reboque constante, o que ajuda a reduzir as tensões de lançamento na fuselagem do avião.

Status do programa

O sistema de lançamento de aeronaves eletromagnéticas no Naval Air Systems Command, Lakehurst, lançando um Super Hornet F / A-18E da Marinha dos Estados Unidos durante um teste em 18 de dezembro de 2010

Teste de compatibilidade de aeronaves (ACT) Fase 1 concluída no final de 2011 após 134 lançamentos (tipos de aeronaves compreendendo o F / A-18E Super Hornet, T-45C Goshawk, C-2A Greyhound, E-2D Advanced Hawkeye e F-35C Lightning II ) usando o demonstrador EMALS instalado na Naval Air Engineering Station Lakehurst . Na conclusão do ACT 1, o sistema foi reconfigurado para ser mais representativo da configuração real do navio a bordo do USS  Gerald R. Ford , que usará quatro catapultas compartilhando vários armazenamentos de energia e subsistemas de conversão de energia.

A Fase 2 do ACT começou em 25 de junho de 2013 e foi concluída em 6 de abril de 2014 após mais 310 lançamentos (incluindo lançamentos do Boeing EA-18G Growler e McDonnell Douglas F / A-18C Hornet , bem como outra rodada de testes com tipos de aeronaves anteriores lançado durante a Fase 1). Na Fase 2, várias situações de porta-aviões foram simuladas, incluindo lançamentos fora do centro e falhas planejadas do sistema, para demonstrar que a aeronave poderia atingir a velocidade final e validar a confiabilidade crítica de lançamento.

  • Junho de 2014: A Marinha concluiu o teste de protótipo EMALS de 450 lançamentos de aeronaves tripuladas envolvendo todos os tipos de aeronaves transportadas por porta-aviões de asa fixa no inventário da USN na Base Conjunta McGuire – Dix – Lakehurst durante duas campanhas de Testes de Compatibilidade de Aeronaves (ACT).
  • Maio de 2015: Primeiros testes de velocidade total a bordo realizados.

Entrega e implantação

Em 28 de julho de 2017, o Tenente Comandante. O Esquadrão 23 (VX-23) de Teste e Avaliação de Golpe de Ar Jamie "Coach" realizou o primeiro lançamento da catapulta EMALS do USS Gerald R. Ford (CVN-78) em um Super Hornet F / A-18F .

Em abril de 2021, 8.000 ciclos de lançamento / recuperação foram realizados com o EMALS e o sistema de pára-raios AAG a bordo do USS Gerald R. Ford . A USN também afirmou que a grande maioria desses ciclos ocorreu nos 18 meses anteriores e que 351 pilotos haviam concluído o treinamento no EMALS / AAG.

Vantagens

Comparado às catapultas a vapor, o EMALS pesa menos, ocupa menos espaço, requer menos manutenção e mão de obra, é mais confiável, recarrega mais rápido e usa menos energia. Catapultas de vapor, que usam cerca de 1.350 lb (610 kg) de vapor por lançamento, têm extensos subsistemas mecânicos, pneumáticos e hidráulicos. O EMALS não usa vapor, o que o torna adequado para os navios totalmente elétricos planejados da Marinha dos EUA.

Comparado às catapultas a vapor, o EMALS pode controlar o desempenho do lançamento com maior precisão, permitindo lançar mais tipos de aeronaves, desde caças pesados ​​a aeronaves leves não tripuladas. Com até 121 megajoules disponíveis, cada um dos quatro alternadores de disco no sistema EMALS pode fornecer 29 por cento mais energia do que uma catapulta a vapor de aproximadamente 95 MJ. O EMALS, com sua eficiência de conversão de energia planejada de 90%, também será mais eficiente do que as catapultas a vapor, que alcançam uma eficiência de apenas 5%.

Críticas

Em maio de 2017, o presidente Donald Trump criticou o EMALS durante uma entrevista à Time , dizendo que em comparação com as catapultas a vapor tradicionais, "o digital custa centenas de milhões de dólares a mais e não é bom."

A crítica do presidente Trump foi ecoada por um relatório altamente crítico de 2018 do Pentágono, que enfatizou que a confiabilidade do EMALS deixa muito a desejar e que a taxa média de falhas críticas é nove vezes maior do que os requisitos mínimos da Marinha.

Confiabilidade

Em 2013, 201 de 1.967 lançamentos de teste falharam, mais de 10 por cento.

Considerando o estado atual do sistema, os números mais generosos disponíveis em 2013 mostraram que o EMALS tem uma taxa média de "tempo entre falhas" de 1 em 240.

De acordo com um relatório de março de 2015, "Com base no crescimento de confiabilidade esperado, a taxa de falha para os últimos ciclos médios entre falhas críticas relatados foi cinco vezes maior do que o esperado. Em agosto de 2014, a Marinha relatou que mais de 3.017 lançamentos foi conduzido no local de teste de Lakehurst, mas não forneceu ao DOT & E [Diretor, Teste Operacional e Avaliação] uma atualização das falhas. "

Na configuração de teste, o EMALS não pôde lançar aviões de combate com tanques de queda externos montados. “A Marinha desenvolveu correções para corrigir esses problemas, mas os testes com aeronaves tripuladas para verificar as correções foram adiados para 2017”.

Em julho de 2017, o sistema foi testado com sucesso no mar no USS Gerald R. Ford .

Um relatório DOT & E de janeiro de 2021 declarou "Durante os 3.975 lançamentos de catapulta [...] EMALS demonstrou uma confiabilidade alcançada de 181 ciclos médios entre falha de missão operacional (MCBOMF) [...] Esta confiabilidade está bem abaixo do requisito de 4.166 MCBOMF."

O EMALS quebra com frequência e não é confiável, relatou o diretor de testes do Pentágono, Robert Behler, após avaliar 3.975 ciclos no USS Gerald R. Ford de novembro de 2019 a setembro de 2020.

Sistemas que usam ou irão usar EMALS

França

A Marinha Francesa está planejando ativamente um futuro porta-aviões e um novo carro-chefe. É conhecido em francês como Porte-avions de nouvelle génération, para 'porta-aviões de nova geração', ou pela sigla PANG . O navio será de propulsão nuclear e contará com o sistema de catapulta EMALS . A construção do PANG está prevista para começar por volta de 2025 e entrar em serviço em 2038, ano em que o porta-aviões Charles de Gaulle será aposentado.

China

O contra-almirante Yin Zhuo, da Marinha da China , disse que o próximo porta-aviões da China também terá um sistema eletromagnético de lançamento de aeronaves. Vários protótipos foram identificados pela mídia em 2012, e aeronaves capazes de lançamento eletromagnético estão sendo testadas em uma instalação de pesquisa da Marinha chinesa.

De acordo com um relatório de julho de 2017, a construção do porta-aviões Tipo 003 foi reprogramada para escolher entre uma catapulta a vapor ou eletromagnética e os últimos resultados da competição mostram que os lançadores eletromagnéticos serão usados ​​no porta-aviões Tipo 003.

O chefe militar da China afirma que um avanço nos sistemas de lançamento eletromagnético para porta-aviões foi feito e utilizará tal sistema no terceiro porta-aviões que a China construirá após o Tipo 002 . O sistema de lançamento é movido a combustível fóssil por meio de geradores e capacitores. O projeto do porta-aviões Tipo 003 está sendo liderado pelo Contra-Almirante Ma Weiming .

Índia

A Marinha indiana mostrou interesse em instalar o EMALS para seu planejado superportador CATOBAR INS  Vishal . O governo indiano demonstrou interesse em produzir o sistema de lançamento de aeronaves eletromagnéticas localmente com a ajuda da General Atomics .

O conceito de uma carruagem terrestre destina-se ao uso civil e leva a ideia de um sistema eletromagnético de lançamento de aeronaves um passo adiante, com todo o trem de pouso permanecendo na pista para decolagem e pouso .

Rússia

A United Shipbuilding Corporation (USC) da Rússia está desenvolvendo novos sistemas de lançamento para aviões de guerra baseados em porta-aviões, disse o presidente da USC, Alexei Rakhmanov, à TASS em 4 de julho de 2018.

Reino Unido

A Converteam UK estava trabalhando em um sistema de catapulta eletromagnética (EMCAT) para o porta-aviões da classe Queen Elizabeth . Em agosto de 2009, aumentaram as especulações de que o Reino Unido pode abandonar o STOVL F-35B para o modelo CTOL F-35C , o que significaria os porta-aviões sendo construídos para operar aeronaves convencionais de decolagem e pouso usando catapultas EMCAT não a vapor projetadas pelo Reino Unido.

Em outubro de 2010, o governo do Reino Unido anunciou que compraria o F-35C, usando um sistema CATOBAR então indeciso . Um contrato foi assinado em dezembro de 2011 com a General Atomics de San Diego para desenvolver o EMALS para os transportadores da classe Queen Elizabeth . No entanto, em maio de 2012, o governo do Reino Unido reverteu sua decisão depois que os custos projetados aumentaram para dobrar a estimativa original e a entrega voltou para 2023, cancelando a opção do F-35C e voltando à sua decisão original de comprar o STOVL F-35B.

Estados Unidos

O EMALS foi projetado para e para o porta-aviões da classe Gerald R. Ford . Uma proposta de retrofit em operadoras da classe Nimitz foi rejeitada. John Schank disse: "Os maiores problemas enfrentados pela classe Nimitz são a capacidade limitada de geração de energia elétrica e o aumento impulsionado por atualizações no peso do navio e a erosão da margem do centro de gravidade necessária para manter a estabilidade do navio."

Veja também

Referências

links externos