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Un dibujo del motor de inducción lineal utilizado en EMALS.

El Sistema de Lanzamiento de Aeronaves Electromagnético ( EMALS ) es un tipo de sistema de lanzamiento de aeronaves desarrollado por General Atomics para la Marina de los Estados Unidos . El sistema lanza aviones basados ​​en portaaviones por medio de una catapulta que emplea un motor de inducción lineal en lugar del pistón de vapor convencional . EMALS se instaló por primera vez en el portaaviones de la clase Gerald R. Ford de la Armada de los Estados Unidos , USS Gerald R. Ford .

Su principal ventaja es que acelera los aviones con mayor suavidad, lo que ejerce menos presión sobre sus estructuras . En comparación con las catapultas de vapor, el EMALS también pesa menos, se espera que cueste menos y requiera menos mantenimiento, y puede lanzar aviones más pesados ​​y livianos que un sistema impulsado por pistón de vapor. También reduce el requerimiento de agua dulce del transportista, reduciendo así la demanda de desalinización intensiva en energía .

Según se informa, China está desarrollando un sistema similar que se espera que se utilice en los portaaviones Tipo 003 de China . [1] [2]

Diseño y desarrollo

Desarrolladas en la década de 1950, las catapultas de vapor han demostrado ser excepcionalmente fiables. Los transportistas equipados con cuatro catapultas de vapor han podido utilizar al menos una de ellas el 99,5 por ciento del tiempo. [3] Sin embargo, existen varios inconvenientes. Un grupo de ingenieros de la Marina escribió: "La principal deficiencia es que la catapulta opera sin control de retroalimentación . Sin retroalimentación, a menudo ocurren grandes transitorios en la fuerza de remolque que pueden dañar o reducir la vida útil de la estructura del avión". [4] El sistema de vapor es enorme, ineficiente (4-6%), [5] y difícil de controlar. Estos problemas de control permiten a Nimitz -classCatapultas de vapor de portaaviones para lanzar aviones pesados, pero no aviones tan ligeros como muchos UAV .

En 1946 se desarrolló un sistema algo similar a EMALS, el electropulto de Westinghouse , pero no se implementó. [6]

Motor de inducción lineal

El EMALS utiliza un motor de inducción lineal (LIM), que utiliza corrientes eléctricas para generar campos magnéticos que impulsan un carro a lo largo de una pista para lanzar la aeronave. [7] El EMALS consta de cuatro elementos principales: [8] El motor de inducción lineal consta de una fila de bobinas de estator con la misma función que las bobinas de estator circulares en un motor de inducción convencional. Cuando está energizado, el motor acelera el carro a lo largo de la pista. Solo la sección de las bobinas que rodean el carro se energiza en un momento dado, minimizando así las pérdidas reactivas. El LIM de 300 pies (91 m) de EMALS acelerará una aeronave de 100,000 libras (45,000 kg) a 130 nudos (240 km / h; 150 mph). [7]

Subsistema de almacenamiento de energía

Durante un lanzamiento, el motor de inducción requiere una gran oleada de energía eléctrica que excede lo que puede proporcionar la propia fuente de energía continua del barco. El diseño del sistema de almacenamiento de energía EMALS se adapta a esto extrayendo energía del barco durante su período de recarga de 45 segundos y almacenando la energía cinéticamente utilizando los rotores de cuatro alternadores de disco ; luego, el sistema libera esa energía (hasta 484 MJ) en 2-3 segundos. [9] Cada rotor entrega hasta 121 MJ (34 kWh) (aproximadamente el equivalente a un galón de gasolina ) y puede recargarse dentro de los 45 segundos de un lanzamiento; esto es más rápido que las catapultas de vapor. [7]Un lanzamiento de máximo rendimiento que utiliza 121 MJ de energía de cada alternador de disco reduce la velocidad de los rotores de 6400 rpm a 5205 rpm. [9] [10]

Subsistema de conversión de energía

Durante el lanzamiento, el subsistema de conversión de energía libera la energía almacenada de los alternadores de disco usando un cicloconvertidor . [7] El cicloconvertidor proporciona una frecuencia y voltaje ascendentes controlados al LIM, energizando solo la pequeña porción de bobinas del estator que afectan el carro de lanzamiento en un momento dado. [9]

Consolas de control

Los operadores controlan la energía a través de un sistema de circuito cerrado . Los sensores de efecto Hall en la pista monitorean su funcionamiento, lo que permite que el sistema se asegure de que proporciona la aceleración deseada. El sistema de circuito cerrado permite al EMALS mantener una fuerza de remolque constante, lo que ayuda a reducir las tensiones de lanzamiento en la estructura del avión. [7]

Estado del programa

El sistema de lanzamiento de aeronaves electromagnéticas en el Comando de Sistemas Aéreos Navales, Lakehurst, lanzando un Super Hornet F / A-18E de la Armada de los Estados Unidos durante una prueba el 18 de diciembre de 2010

La Fase 1 de las Pruebas de Compatibilidad de Aeronaves (ACT) concluyó a fines de 2011 luego de 134 lanzamientos (tipos de aeronaves que incluyen el F / A-18E Super Hornet, T-45C Goshawk, C-2A Greyhound, E-2D Advanced Hawkeye y F-35C Lightning II ) utilizando el demostrador EMALS instalado en la Estación de Ingeniería Aérea Naval de Lakehurst . Al finalizar el ACT 1, el sistema se reconfiguró para ser más representativo de la configuración real del barco a bordo del USS  Gerald R. Ford , que utilizará cuatro catapultas que comparten varios almacenamientos de energía y subsistemas de conversión de energía. [11]

  • 1-2 de junio de 2010: lanzamiento exitoso de un McDonnell Douglas T-45 Goshawk . [12]
  • 9-10 de junio de 2010: lanzamiento exitoso de un galgo Grumman C-2 . [13]
  • 18 de diciembre de 2010: lanzamiento exitoso de un Boeing F / A-18E Super Hornet . [14] [15]
  • 27 de septiembre de 2011: lanzamiento exitoso de Northrop Grumman E-2D Advanced Hawkeye . [16] [17]
  • 18 de noviembre de 2011: lanzamiento exitoso de un Lockheed Martin F-35 Lightning II . [18]

La Fase 2 de ACT comenzó el 25 de junio de 2013 y concluyó el 6 de abril de 2014 después de 310 lanzamientos adicionales (incluidos los lanzamientos del Boeing EA-18G Growler y McDonnell Douglas F / A-18C Hornet , así como otra ronda de pruebas con tipos de aeronaves anteriormente lanzado durante la Fase 1). En la Fase 2, se simularon varias situaciones de portaaviones, incluidos los lanzamientos fuera del centro y las fallas planificadas del sistema, para demostrar que la aeronave podía alcanzar la velocidad final y validar la confiabilidad crítica del lanzamiento. [11]

  • Junio ​​de 2014: La Marina completó la prueba del prototipo EMALS de 450 lanzamientos de aeronaves tripuladas que involucran a todos los tipos de aeronaves portaaviones de ala fija en el inventario de USN en la Base Conjunta McGuire-Dix-Lakehurst durante dos campañas de Pruebas de Compatibilidad de Aeronaves (ACT).
  • Mayo de 2015: Realización de las primeras pruebas a bordo a toda velocidad. [19]

Entrega e implementación

El 28 de julio de 2017, la teniente comodoro. Jamie "Entrenador" Struck of Air Test and Evaluation Squadron 23 (VX-23) realizó el primer lanzamiento de catapulta EMALS desde el USS Gerald R. Ford (CVN-78) en un F / A-18F Super Hornet . [20]

Ventajas

En comparación con las catapultas de vapor, EMALS pesa menos, ocupa menos espacio, requiere menos mantenimiento y mano de obra, es más confiable, se recarga más rápido y usa menos energía. Las catapultas de vapor, que utilizan alrededor de 1.350 libras (610 kg) de vapor por lanzamiento, tienen extensos subsistemas mecánicos, neumáticos e hidráulicos. [9] EMALS no utiliza vapor, lo que lo hace adecuado para los barcos totalmente eléctricos planeados por la Marina de los EE. UU. [21]

En comparación con las catapultas de vapor, EMALS puede controlar el rendimiento del lanzamiento con mayor precisión, lo que le permite lanzar más tipos de aviones, desde aviones de combate pesados ​​hasta aviones ligeros no tripulados. [21] Con hasta 121 megajulios disponibles, cada uno de los cuatro alternadores de disco en el sistema EMALS puede entregar un 29 por ciento más de energía que los aproximadamente 95 MJ de una catapulta de vapor. [9] El EMALS, con su eficiencia planificada de conversión de energía del 90%, también será más eficiente que las catapultas de vapor, que logran solo un 5% de eficiencia. [7]

Críticas

En mayo de 2017, el presidente Donald Trump criticó a EMALS durante una entrevista con Time , diciendo que en comparación con las tradicionales catapultas de vapor, "lo digital cuesta cientos de millones de dólares más y no es bueno". [22] [23] [24] [25]

La crítica del presidente Trump se hizo eco de un informe altamente crítico de 2018 del Pentágono, que enfatizó que la confiabilidad de EMALS deja mucho que desear y que la tasa promedio de fallas críticas es nueve veces mayor que los requisitos del umbral de la Marina. [26]

Fiabilidad

En 2013, 201 de los 1.967 lanzamientos de prueba fallaron, más del 10 por ciento. [ cita requerida ]

Teniendo en cuenta el estado actual del sistema en ese momento, las cifras más generosas disponibles en 2013 mostraron que EMALS tiene una tasa promedio de "tiempo entre fallas" de 1 en 240. [27]

Según un informe de marzo de 2015, "Según el crecimiento esperado de la confiabilidad, la tasa de fallas para los últimos ciclos medios entre fallas críticas informadas fue cinco veces mayor de lo que debería haberse esperado. En agosto de 2014, la Marina ha informado que más de 3,017 lanzamientos han ". [28]

En la configuración de prueba, EMALS no pudo lanzar aviones de combate con tanques de caída externos montados. "La Marina ha desarrollado soluciones para corregir estos problemas, pero las pruebas con aviones tripulados para verificar las soluciones se han pospuesto hasta 2017". [29]

En julio de 2017, el sistema se probó con éxito en el mar en el USS Gerald R. Ford . [30]

Un informe DOT & E de enero de 2021 declaró: "Durante los 3.975 lanzamientos de catapulta [...] EMALS demostró una confiabilidad alcanzada de 181 ciclos medios entre fallas de misión operativa (MCBOMF) [...] Esta confiabilidad está muy por debajo del requisito de 4.166 MCBOMF". [31]

EMALS se descompone con frecuencia y no es confiable, informó el director de pruebas del Pentágono, Robert Behler, después de evaluar 3.975 ciclos en el USS Gerald R. Ford desde noviembre de 2019 hasta septiembre de 2020. [32]

Sistemas que usan o usarán EMALS

Francia

La Armada francesa está planificando activamente un futuro portaaviones y un nuevo buque insignia. Es conocido en francés como Porte-avions de nouvelle génération, para 'portaaviones de nueva generación', o por el acrónimo PANG . El barco será de propulsión nuclear y contará con el sistema de catapulta EMALS . Se espera que la construcción del PANG comience alrededor de 2025 y entre en servicio en 2038, año en el que se retirará el portaaviones Charles de Gaulle . [33]

China

El contralmirante Yin Zhuo de la Armada china ha dicho que el próximo portaaviones de China también tendrá un sistema de lanzamiento de aviones electromagnético. [34] Los medios de comunicación han detectado múltiples prototipos en 2012, y las aeronaves capaces de realizar lanzamientos electromagnéticos se están sometiendo a pruebas en una instalación de investigación de la Armada china. [35] [36]

Según un informe de julio de 2017, la construcción del portaaviones Tipo 003 se ha reprogramado para elegir entre una catapulta de vapor o electromagnética y los últimos resultados de la competencia muestran que los lanzadores electromagnéticos se utilizarán en el portaaviones Tipo 003. [37] [38]

El jefe militar de China afirma que se ha logrado un gran avance en los sistemas de lanzamiento electromagnético para portaaviones y utilizará dicho sistema en el tercer portaaviones que China construirá después del Tipo 002 . El sistema de lanzamiento funciona con combustible fósil a través de generadores y condensadores. [39] [40] [41] El diseño del portaaviones Tipo 003 está a cargo del Contralmirante Ma Weiming .

India

La Armada de la India ha mostrado interés en instalar EMALS para su superportador CATOBAR INS  Vishal . [42] [43] [44] El gobierno indio ha mostrado interés en producir localmente el Sistema de Lanzamiento de Aeronaves Electromagnético con la ayuda de General Atomics . [45]

El concepto de vagón terrestre está destinado al uso civil y lleva la idea de un sistema de lanzamiento de aeronaves electromagnético un paso más allá, con todo el tren de aterrizaje que permanece en la pista tanto para el despegue como para el aterrizaje . [46]

Rusia

La United Shipbuilding Corporation (USC) de Rusia está desarrollando nuevos sistemas de lanzamiento para aviones de combate basados ​​en portaaviones, dijo a TASS el presidente de la USC, Alexei Rakhmanov, el 4 de julio de 2018. [47]

Reino Unido

Converteam UK estaba trabajando en un sistema de catapulta electromagnética (EMCAT) para el portaaviones clase Queen Elizabeth . [48] En agosto de 2009, se especuló que el Reino Unido podría abandonar el STOVL F-35B para el modelo CTOL F-35C , lo que habría significado que los portaaviones se construyeran para operar aviones convencionales de despegue y aterrizaje utilizando el modelo británico sin vapor. Catapultas EMCAT. [49] [50]

En octubre de 2010, el gobierno del Reino Unido anunció que compraría el F-35C, utilizando un sistema CATOBAR entonces indeciso . En diciembre de 2011 se firmó un contrato con General Atomics de San Diego para desarrollar EMALS para los portaaviones de la clase Queen Elizabeth . [48] [51] Sin embargo, en mayo de 2012, el gobierno del Reino Unido revocó su decisión después de que los costos proyectados aumentaron al doble de la estimación original y la entrega se trasladó a 2023, cancelando la opción F-35C y volviendo a su decisión original de comprar el STOVL F-35B. [52]

Estados Unidos

EMALS fue diseñado para y en el portaaviones clase Gerald R. Ford . [53] Se rechazó una propuesta para adaptarlo a los portaaviones de la clase Nimitz . John Schank dijo: "Los mayores problemas que enfrenta la clase Nimitz son la capacidad limitada de generación de energía eléctrica y el aumento impulsado por la actualización en el peso del barco y la erosión del margen del centro de gravedad necesarios para mantener la estabilidad del barco". [54]

Ver también

  • Pistola de bobina
  • Railgun
  • Conductor de masas
  • Operaciones aéreas modernas de portaaviones de la Armada de los Estados Unidos
  • Aviación naval

Referencias

  1. ^ "Ha comenzado una carrera armamentista electromagnética: China también está fabricando cañones de riel" . Ciencia popular . 23 de noviembre de 2015.
  2. ^ Sutton, HI (21 de abril de 2021). "El nuevo portaaviones de China está en la misma liga que la clase Ford de la Marina de los Estados Unidos" . Noticias navales . Consultado el 22 de mayo de 2021 .
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Enlaces externos

  • "Sistema de lanzamiento de aeronaves electromagnéticas - EMALS" , GlobalSecurity.org
  • "Electropult"
  • El sistema de lanzamiento de aviones ferroviarios electromagnéticos, Pt 1: Objetivos y principios EEWorldonline.com
  • El sistema de lanzamiento de aviones ferroviarios electromagnéticos, Pt 2: Implementación y problemas EEWorldonline.com