В России началась разработка электромагнитного авиационного пускового устройства для авианосцев. Какие-либо технические подробности о перспективной катапульте пока неизвестны. По словам генерального директора Невского проектно-конструкторского бюро Сергея Власова, испытания пускового устройства вероятнее всего будут проводиться на одном из наземных тренажеров палубной авиации в Ейске Краснодарского края или Саках в Крыму.

Когда именно может быть завершен проект российской электромагнитной катапульты, пока неизвестно.

В настоящее время единственной страной в мире, обладающей действующим прототипом электромагнитной катапульты, являются США. Их устройство получило название EMALS; в 2016 году его планируется установить на строящийся перспективный авианосец «Джеральд Форд», который войдет в состав американского флота в 2018 году.

По неофициальным данным, опытным образцом электромагнитной катапульты также располагает Китай. «Лента.ру» решила ознакомиться с принципом работы электромагнитной катапульты на примере EMALS.

Рис. 1. Структурные компоненты катапульты EMALS Фото: Командование авиационных систем ВМС США.

Электромагнитная катапульта EMALS представляет собой линейный индукционный двигатель с поочередно отключаемыми и подключаемыми сегментами. В этом пусковом устройстве специальная тележка, разгоняющая самолет, движется между двумя направляющими, в которых расположены электромагниты. При запуске электромагнитные секции после прохождения мимо них тележки отключаются, а те, к которым она приближается, задействуются. Такая схема позволяет экономить энергию, поскольку отпадает необходимость держать включенным весь линейный двигатель.

Рис. 2. Направляющие устройства EMALS. Фото: ВМС США.

На запуск одного самолета при помощи электромагнитной катапульты необходимо в среднем сто мегаджоулей. Максимальная энергия запуска для EMALS составляет 122 мегаджоуля. Для сравнения, этот же параметр для обычной современной американской паровой катапульты, установленной на авианосце типа «Нимиц», составляет 95 мегаджоулей. Атомные установки на авианосце не смогут единовременно обеспечить электромагнитное пусковое устройство таким количеством энергии, поэтому для ее хранения будет использоваться специальная генераторная установка.

Рис. 3. Генератор электромагнитной катапульты. Фото: Командование авиационных систем ВМС США.

Генераторная установка EMALS оснащена специальной подсистемой накопления и хранения энергии. В ней благодаря четырем массивным роторам генераторов хранится кинетическая энергия. Каждый ротор способен хранить до ста мегаджоулей энергии, а их перезарядка после запуска занимает самое большее 45 секунд. Каждый ротор связан с циклоконвертором, который при запуске и обеспечивает электричеством линейный индукционный двигатель.

Рис. 4. Истребитель F/A-18E Super Hornet на EMALS и башенка пункта управления (передний план). Фото: ВМС США.

За работу электромагнитной катапульты отвечает оператор, который способен регулировать энергию разгона тележки EMALS в зависимости от типа и массы запускаемого самолета. Благодаря этому также достигается небольшая экономия энергии. Кроме того, регулировка энергии разгона позволяет не перегружать силовую конструкцию самого самолета в момент старта. В EMALS торможение тележки после запуска осуществляется не механически, как на паровой катапульте, а электромагнитными уловителями.

Рис. 5. Учебный самолет T-45C Goshawk. Фото: Командование авиационных систем ВМС США.

Длина действующего сегодня прототипа EMALS, который разрабатывается американской компанией General Atomics, составляет 91 метр. Пусковое устройство способно разогнать самолет массой 45 тонн до скорости в 240 километров в час. Для сравнения, максимальная взлетная масса палубного самолета дальнего радиолокационного обнаружения E-2D Advanced Hawkeye (самого тяжелого самолета ВМС США, который планируется запускать при помощи EMALS) составляет 26,1 тонны.

Рис. 6. Палубный транспортник C-2A Greyhound. Фото: Командование авиационных систем ВМС США.

Преимуществом электромагнитной катапульты является то, что она занимает значительно меньше места, чем паровая катапульта. Последняя требует специального отделения под трубопроводы, паровые поршни и системы торможения. Несмотря на то, что американские EMALS будут использоваться на атомных авианосцах, такие пусковые устройства могут быть смонтированы и на корабли с обычными газотурбинными или дизельными силовыми установками. Правда, в этом случае цикл перезарядки будет превышать 45 секунд.

Рис. 7. Взлет C-2A с помощью EMALS. Фото: Командование авиационных систем ВМС США.

К настоящему времени прототип американской электромагнитной катапульты произвел уже более ста запусков различных палубных самолетов. В их числе ─ учебный самолет T-45C Goshawk, военно-транспортный C-2A Greyhound, истребитель F/A-18E Super Hornet, самолет дальнего радиолокационного обнаружения E-2D и перспективный истребитель F-35C Lightning II.

Рис. 8. Самолет дальнего радиолокационного обнаружения E-2D Advanced Hawkeye. Фото: Командование авиационных систем ВМС США.

По оценке Командования авиационных систем ВМС США, контролирующего разработку EMALS, электромагнитная катапульта по сравнению с обычной паровой обладает меньшей массой, занимает меньше места, требует меньшего числа людей для обслуживания и в целом более надежна и проста в применении. Кроме того, благодаря регулированию энергии запуска EMALS может быть использована для запуска и перспективных летательных аппаратов, включая палубные беспилотники различных классов.

Рис. 9. Истребитель F-35C Lightning II на EMALS. Фото: ВМС США.

Ранее разработкой электромагнитной катапульты также занималась Великобритания. В 2009 году министерство обороны этой страны заключило с компанией Converteam UK контракт на разработку электромагнитного авиационного пускового устройства, которое предполагалось установить на перспективный авианосец «Куин Элизабет». Устройство получило название EMCAT.

Рис. 10. E-2D. Фото: ВМС США.

На перспективном британском авианосце EMCAT предполагалось использовать для запуска палубных истребителей F-35C. В мае 2012 года правительство страны объявило, что в целях экономии намерено оснастить авианосец «Куин Элизабет» истребителями F-35B с укороченным взлетом и вертикальной посадкой. Для этих самолетов катапульта не нужна. Три истребителя такого типа уже куплены у США.

Электромагнитная катапульта относится к военно-морскому флоту и применяется на авианосцах для взлета самолетов с палуб. Взлет самолета при помощи катапульты производится с применением электрического тока, при прохождении его через звенья индуктивных катушек, выполненных по типу соленоидов, внутри которых от электромагнитного поля перемещается железный сердечник, тянущий за собой буксирным тросом самолет по палубе, постепенно приобретая при этом достаточную скорость для взлета самолета с авианосца. 1 ил.

Данное изобретение относится Военно-морскому флоту и применяется на авианосцах для взлета самолета с его палубы.

На современных авианосцах применяются паровые катапульты, на которых ставятся самолеты для взлета, при помощи подачи пара в цилиндры катапульт, при этом они дают снаружи некоторое количество пара, обволакивая им взлетную полосу палубы, что не очень приятно для обслуживающего персонала, кроме этого вот что говорится об основных недостатках паровых катапульт в: В.В.Бешанов, Энциклопедия авианосцев, стр.394, 2002 г.: "Надо сказать, что применение паровых катапульт было куплено дорогой ценой. Масса современной паровой катапульты с обслуживающими устройствами достигает 400-500 т. Их размещение требует значительных площадей и объемов. Кроме того, наряду со своими преимуществами они имеют существенные недостатки: значительный расход пара /до 20% от максимальной паропроизводительности котлов/ и пресной воды /до 80 тонн на одну летную смену/ при непрерывных полетах; интенсивное парение цилиндров при проходе человека, приводящее к усиленной коррозии деталей; сложности технического обслуживания и ремонта. Это побудило специалистов приступить к разработке принципиально новых типов катапульт - инерционной и электромагнитной".

Известна также катапульта /см. патент US 3311329 А/, осуществляющая взлет самолета с палубы корабля или с авианосца при помощи гидромеханического привода, не потребляя при этом электроэнергию.

Основной недостаток этой катапульты в том, что она конструктивно не пригодна для осуществления взлета с ее помощью тяжелых /40 тонн/ реактивных самолетов, имеющих взлетную скорость 800 км/час /см.: С.А.Мусский, Сто великих чудес техники, стр.252, 2001 г./.

Данная катапульта, по патенту US 3311229 А, пригодна только для взлета легковесных самолетов с палубы корабля или с авианосца /см.: Д.А.Соболев, Рождение самолета, стр.198-196, 1988 г./.

Ввиду того, что в настоящее время ведется разработка электромагнитной катапульты, и сколько она будет продолжаться, пока еще неизвестно, поэтому привести ее для сравнения с предложенной в заявке электромагнитной катапультой нет возможности.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, приведенных катапульт и замена их более совершенными и упрощенными в обслуживании катапультами.

Данная цель достигается тем, что под палубой авианосца помещен многозвенный соленоид, состоящий из индуктивных катушек, надетых на трубу из диамагнитного материала, внутри которой свободно перемещается железный сердечник, за которым закреплен трос, а на другом конце троса имеется кольцо, за которое крюком цепляется самолет для взлета его с палубы авианосца.

На чертеже приведена схема действующей модели электромагнитной катапульты, повторяющая по устройству оригинал, предназначенный для установки на авианосце.

В электромагнитную катапульту входят следующие устройства и элементы: самолет 1; палуба авианосца 2; буксирный трос 3; направляющее колесо 4; лебедка 5; тормозная пружина 6; трос обратного хода 7; диамагнитная труба 8; железный сердечник 9; индуктивные катушки 10; резисторы 11; тиристоры 12; изолированные контакты 13 от диамагнитной трубы 8; кнопки 14; предохранители 15, 16; выключатели 17, 18; блок электропитания 19; провода с зажимами 20, 21 и 22, 23.

Работа электромагнитной катапульты.

Чтобы привести электромагнитную катапульту в действие, предварительно, железный сердечник 9 вставляется внутрь в конце диамагнитной трубы 8; включается выключателями 17, 18 электропитание в катапульту. От подачи электропитания образуется цепь:+, зажим 23, диамагнитная труба 8, железный сердечник 9, изолированный контакт 18 от диамагнитной трубы 8, резистор 11, тиристор 12, предохранитель 16 контакт 18, зажим 22, минус, -; от этого откроется тиристор 12.

Самолет 1 своим ходом по палубе 2 подкатывается к началу катапульты, к лебедке 5 и цепляется крюком за кольцо /не показаны/ буксирного троса 8, и после подготовки самолета к взлету нажимается кнопка 14; - образуется цепь: зажим 21, контакт 17, предохранитель 15, тиристор 12, индуктивная катушка 10, кнопка 14, зажим 20. /С работой тиристора можно ознакомиться в: В.Р.Ломоносов и др., Электротехника, стр.244-247, 1990 г./

Внутри индуктивной катушки возникает электромагнитное поле, и как только соленоид втянет к себе железный сердечник 9, он по инерции приобретает скорость, сходит с контакта 18, этим индуктивная катушка 10 обесточивается, но таким же образом становится под током индуктивная катушка следующего соленоида, и так дальше процесс будет продолжаться, пока железный сердечник 9 не дойдет до начала катапульты и не упрется в тормозную пружину 6.

Железный сердечник 9, во время движения внутри диамагнитной трубы 8, за собой в противоположную сторону буксирным тросом 3, который перекинут через направляющее колесо 4, будет тянуть по палубе самолет, приобретая при этом достаточную скорость к концу катапульты, чтобы взлететь с авианосца.

Для возвращения железного сердечника 9 в исходное положение лебедка 5 приводится во вращательное движение, и она наматывает на себя трос обратного хода 7, который закреплен на кольцо /не показано/ буксирного троса 3. До этого лебедка 5 вращалась вхолостую, во время взлета самолета.

Основное преимущество электромагнитной катапульты перед другими катапультами в том, что ее можно смонтировать на любом корабле, лишь бы корабль удовлетворял своими размерами для помещения в него данной катапульты.

С катапульты можно запустить любой самолет, лишь бы он был приемлем по своему весу для этого, а также планеры, как с прицепом за самолет, так и без него, т.е. со сцеплением за буксирный трос.

Электромагнитная катапульта, предназначенная для взлета самолета с палубы авианосца, отличающаяся тем, что она размещена под палубой и состоит из индуктивных катушек типа соленоида, надетых на трубу из диамагнитного материала, внутри которой свободно перемещается железный сердечник, за которым закреплен трос, а на другом конце троса закреплено кольцо, надевающееся на крюк самолета для взлета его с палубы авианосца, причем возвращение в исходное положение железного сердечника происходит тросом обратного хода, наматывающимся на лебедку.

11:44, 22 Апр 2014 Российские специалисты начали разработку электромагнитной авиационной пусковой установки (электромагнитной катапульты) для авианосцев, сообщил генеральный директор ОАО "Невское проектно-конструкторское бюро" Сергей Власов.

"Сегодня в России есть организация - название ее называть пока рано, - которая занимается созданием электромагнитной катапульты. Соответствующие разработки уже начаты", - сказал Власов, передает ИТАР-ТАСС.

Пока неизвестно, сколько времени уйдет на проведение соответствующих разработок в нашей стране, отметил гендиректор "Невского ПКБ". "Проблема в том, что американцы над этим работали более 10 лет. Они свою первую электромагнитную катапульту только в 2016 году будут устанавливать на новый авианосец "Джеральд Форд" (CVN-78)", - добавил Власов.

По данным из открытых источников, надежность паровой катапульты пока чуть ли не на два порядка выше, чем у электромагнитной. Число критических отказов на определенное количество пусков у этого нового механизма пока очень велико, подчеркнул он.

Паровой же катапультой в России сейчас никто не занимается. "Дело в том, что для нее однозначно нужна атомная энергетическая установка. Как пишут американские коллеги, электромагнитная катапульта легче, компактнее, плавнее разгоняет самолет, ее можно регулировать под разную массу летательного аппарата", - сказал Власов.

По его словам, испытания катапульты, скорее всего, будут проводиться на одном из наземных тренажеров палубной авиации, которыми в настоящее время обладает Россия - либо в Ейске, либо в Крыму (НИТКА). "Если эта тема, конечно, получит развитие", - уточнил Власов.

Он отметил, что сейчас трудно сказать, в каком состоянии находится крымская НИТКА. "Видимо, надо проводить там инспекцию, но пока не было никаких решений. НИТКА создана по проекту "Невского ПКБ", только проект земляных и бетонных работ делал специальный институт ВМФ", - добавил Власов, напомнив, что по ейскому тренажеру был проведен тендер, и его выиграла компания МКБ "Компас", которая уже наняла "Пролетарский завод", "Невское ПКБ", "Выборгский судостроительный завод".

"Каждое предприятие делало свою часть работ. Мы сделали проект взлетного участка, всю светотехнику, телевизионную систему. Работы по ейскому тренажеру, насколько я знаю, пока не прекращались. Там выполнили пробный взлет с трамплина, но на участке посадки самолетов работы еще ведутся. Сроки сдачи устанавливает Минобороны", - добавил Власов.

Авиационная пусковая установка (катапульта) на авианосце необходима для разгона самолетов радиолокационного дозора или тех воздушных судов, тяговооруженности которых не хватает на взлет с трамплина (носовая оконечность авианосца). Паровая катапульта представляет собой механизм, на который подается пар под большим давлением. Под палубой делается специальный канал, по нему ходит челнок, который цепляется за переднюю стойку шасси и тянет самолет. Катапульта придает самолету необходимую скорость для взлета. Электромагнитная катапульта - это устройство, при котором самолет вместо паровых челноков будет разгоняться линейным индукционным двигателем. Этот принцип используется на монорельсовых дорогах.

Работы по созданию паровой катапульты велись в Советском Союзе. Новое устройство должно было быть установлено на седьмом по счету советском тяжелом авианосце "Ульяновск", который строился на Николаевском заводе (Украина). Создание этого корабля прекратилось в 1992 году, после чего он был разрезан на металлолом.

В России начаты работы по созданию электромагнитной авиационной пусковой установки . Об этом сообщило информагентство ИТАР-ТАСС со ссылкой на гендиректора Невского проектно-конструкторского бюро Сергея Власова. Информация интересна тем, что командование ВМФ до сих пор не определилось: нужны авианосцы нашему флоту или нет. Но, как следует из сообщения, отдельные элементы авианесущих кораблей уже разрабатываются, причем элементы — важнейшие.

Ускоряющее устройство с архаичным названием — неотъемлемая часть плавучих аэродромов. Лишь оно способно обеспечить ускоренный запуск в небо всей авиационной армады и экономить на каждом взлете значительное количество топлива.

ТАВКР «Адмирал Кузнецов»

Споры о том, нужны или нет авианосцы нашей стране, обусловлены в основном финансами. Такие корабли недешевы. Однако без них никакой военный флот не может считаться по-настоящему океанским. И скорее всего в XXI веке ВМФ России обретет авианосные эскадры. Свидетельство тому — начало реализации катапультного проекта.

Первый взлет самолета с палубы корабля состоялся еще в 1910 года. Однако это не более чем условное название как самолета, так и самого взлета самого взлета. Самолет представлял собой небольшой примитивный планер, который взлетал со специально сконструированного помоста размером 25*7 метров. Летательный аппарат «Кёртисс» которым управлял Юджин Эли, смог преодолеть расстояние 4,5 км и успешно приводнился, удержаться на плаву ему позволяли деревянные поплавки.

Летательный аппарат «Кёртисс» 1910 год

Такой самолет не мог выполнять какие-либо боевые задачи, разве что разведка и связь с отдаленными частями и формациями флота. Когда технология повторного пуска самолетов была освоена наступила эра гидроавианосцев.

Появился рад существенных технических проблем, которые необходимо было решить. В процессе модернизации летательных аппаратов и оснащении их дополнительными баками с горючим и станковыми пулеметами увеличивало их вес. Разгон на палубе уже не давал необходимого ускорения для получения взлетной тяги. Была разработана стартовая катапульта. Это были направляющие, вдоль которых осуществлялся разгон при помощи системы тросов.

Стоит отметить : Первый взлет с катапульты состоялся в 1916 году и стал возможным при непосредственной помощи в разработке отцов всей авиации братьев Райт. Направляющая рампа, установленная на авианосце США «Северная Каролина», имела длину 30 метров и позволяла в 7 раз увеличить стартовую скорость самолета.

Тип стартовых катапульт на авианосце

Сегодня применение авиации в военно-морских силах уже привычная практика. Во время проведения боевых действий при атаках наиболее удобно использовать воздушное вооружение. Однако первое время существовала проблема запуска самолета с палубы авианосца.

Катапульта позволяет в несколько раз увеличить скорость взлета с авианосца. Ее первые образцы действовали по принципу рогатки – однако такой способ не получил развития. И в настоящий момент существует два варианта данного устройства. Рассмотрим каждый из них в отдельности:

• Паровая катапульта – для ускорения используется пар, размещенный в специальных цилиндрах под взлетной полосой. На корме корабля монтируются направляющие, через которые проходит трос, тянущий истребитель по заданной линии. Этот трос прикреплен к поршню, находящемуся внутри цилиндра. После запуска пар выталкивает поршень, который в свою очередь тянет за собой самолет. В результате достигается скорость, равная 250 км/ч — достаточная для поднятия воздушного судна в небо. В настоящее время паровая катапульта используется на американских авианосцах типа «Нимиц» и на авианесущих крейсерах некоторых других стран.
• Электромагнитная катапульта – новая система запуска самолетов, применяемая на недавно вышедшем – «Джеральд Р. Форд». Устройство электромагнитной катапульты состоит из: троса, направляющего колеса, магнитной трубы с железным сердечником, а также индуктивных катушек и резисторов. Принцип действия схож с предыдущим устройством, при этом самолет набирает скорость под действием магнитного поля. Движение и последующий взлет самолета с авианосца возможен строго по направляющей.

При столь быстром разгоне воздушное судно вырабатывает огромное количество раскаленного газа. Поэтому перед стартом позади самолета поднимается специальное устройство – газоотражатель. Он защищает персонал и необходимые технические установки от горячих выбросов. Принцип работы паровой катапульты значительно уступает электромагнитному устройству. Во втором случае при запуске самолета отсутствует дополнительное паровое задымление, которое препятствует нормальному обзору как со стороны пилота, так и со стороны остального персонала. При этом существует значительно меньше шансов аварийных нештатных ситуаций. Также современные методы катапультирования позволяют увеличить скорость взлета с авианосца.

Схема устройства паровой катапульты: 1 - полётная палуба; 2 - паровой цилиндр; 3 - тормозной цилиндр; 4 - труба парового коллектора; 5 - стартовый клапан; 6 - челнок; 7 - буксирный трос; 8 - задерживающее устройство.

Шло время и самолеты набирали в массе, не отставали от них и мощности катапульт. Так, например, в 20-е годы прошлого столетия катапульта на корабле «Мэриленд» имея всего 24 метра для разгона, могла передать ускорение телу 1,6 тонны до 75 км/ч. В 50 годы катапульты могли разгонять палубную авиацию до 200 км/ч массой 6 тонн и до 115 км/ч массой 28 тонн. Сегодня эти цифры практически остались неизменными, поскольку это очень сильное давление, которое оказывается на пилотов. При старте они испытывают перегрузки 6 g которые потом резко снижаются до 3 g.

Длина взлетной полосы

Большинству боевых летательных аппаратов в естественных условиях требуется около 1,5 км разгона. Если на земле проблем с этим не возникает, то в море истребитель или бомбардировщик должен осуществить подъем в условиях ограниченного пространства. Длина взлетной полосы на корабле обычно не превышает 200 метров. Например, авианосцы типа «Нимиц», находящиеся на вооружении США в количестве 10 единиц, имеют общую длину судна почти 333 метра, при этом взлетная полоса занимает не более одной трети.

В связи с этим военные инженеры стали разрабатывать варианты решения данной задачи. Так, были сконструированы катапульты, позволяющие осуществлять взлет с авианосца. Стоит отметить, что не все авианесущие корабли оснащены катапультами. Существует еще один способ запуска авиации — трамплин. Расскажем о нем на примере Российского авианосца «Адмирал Кузнецов».

Взлет самолетов с Адмирала Кузнецова

Отличительной особенностью российского авианосца является возможность использования на его борту , которые не смогут взлететь с американских более модернизированных атомных аналогов. Корабль не имеет громоздких паровых и других катапульт, вместо этого палуба имеет трамплин с углом наклона 14,3°, благодаря ему и становится возможен взлет с авианосца.

На самом деле установка трамплина была вынужденной мерой. Катапульта требовала больших энергетических затрат, которые можно получить с помощью ядерных установок. В СССР же не планировалось строительство атомных авианосцев. Однако у такого судна имеются и достоинства:

• Взлет самолетов с Адмирала Кузнецова может осуществляться в любой климатической зоне, в отличие от паровых катапульт, которые не смогут работать в Северно-Ледовитом океане;
• Отсутствие любого вида катапульты существенно освобождало место на корабле, в результате свободное пространство можно использовать для дополнительного вооружения. Так, катапульта на авианосце типа «Нимиц» занимает значительное пространство, в результате чего в качестве мощного вооружения корабль имеет только боевую авиацию. В то же время, «Адмирал Кузнецов» оснащен большим количеством другого ракетного оружия. Именно поэтому российское судно именуют тяжелым авианесущим крейсером.

В России производство современного атомного судна с боевыми самолетами на борту находится пока на этапе планирования. В случае начала строительства, электромагнитная катапульта на российском авианосце станет оптимальным устройством для подъема воздушных судов.