¿Cuál es la fuerza que ejerce la catapulta sobre los portaaviones?

Despegar

Los ajustes de vapor/potencia se ajustan para cada tipo de aire acondicionado y peso de T/O.

El EMALS almacena 484 MJ en cuatro alternadores de 121 MJ que giran a 6400 rpm. Ofrece hasta 122 MJ en 91 m. Eso promedia 300,000 lbf. EMALS controla con mayor precisión las fuerzas de lanzamiento (Relación máxima de fuerza de remolque entre pico y media = 1,05), lo que le permite lanzar aires acondicionados más pequeños (por ejemplo, vehículos aéreos no tripulados más pequeños) y ofrece una conducción más suave que reduce la fatiga del fuselaje.

Las catapultas de vapor actuales entregan hasta 95 MJ en 94 m. Cada disparo consume hasta 614 kg de vapor canalizado desde el reactor (NB: no el circuito de refrigeración principal). Eso promedia 230,000 lbf.

Las aceleraciones promedian alrededor de 3 g, alcanzan un pico de alrededor de 4 g.

Aterrizaje

Los aterrizajes son estresantes (observe que la piel del fuselaje se arruga debajo del radomo en este Hawkeye):

( Fuente : foto del Departamento de Defensa por: PHAN KRISTOPHER WILSON, USN Fecha de disparo: 11 de enero de 2005).

Un F/A-18 aterriza alrededor de 720 fpm (12 ft/s). Está clasificado al doble de eso. Los luchadores de CTOL suelen hacer la mitad de eso. Creo que los aviones comerciales promedian menos de 200 fpm (3 pies/s).

Aquí se deja caer un F/A-18 desde 20 pies (36 pies/s, 2200 fpm):

Vida de servicio

Los cazas de la OTAN suelen estar diseñados para una vida útil de 30 años (6000 a 8000 horas de vuelo). Históricamente, los cazas soviéticos/rusos vuelan mucho menos. El Su-27SK está clasificado para 2000 horas de vuelo durante 20 años. [Consulte la tabla para comparar el costo y la vida útil ]. Los F/A-18 se construyeron para una vida útil de 20 años, 30 años con extensiones de vida útil.

El fuselaje y el tren de aterrizaje son mucho más resistentes para soportar aterrizajes y lanzamientos de portaaviones. El tren de morro transfiere regularmente 4 veces el peso de despegue del aire acondicionado al resto del fuselaje.

Compare el tren de morro CTOL del F-35A: ( Fuente : USAF)

...al tren de morro CATOBAR del F-35C: ( Fuente : USN)

Aquí hay un extracto de un artículo del Naval Air Warfare Center sobre EMALS :

Otros inconvenientes de la catapulta de vapor incluyen un alto volumen de 1133 m3 y un peso de 486 toneladas métricas. La mayor parte de esto es el peso del costado superior que afecta negativamente la estabilidad y el momento de adrizamiento del barco. El gran volumen asignado a la catapulta de vapor ocupa un espacio "principal" en el portaaviones. Las catapultas de vapor también requieren un mantenimiento intensivo, son ineficientes (4-6 %) y su disponibilidad es baja. Otra gran desventaja es el límite actual de energía operativa de la catapulta de vapor, aproximadamente 95 MJ. La necesidad de mayores energías de carga útil empujará a la catapulta de vapor a ser un sistema más grande, voluminoso y complejo.

Endspeed:      28-103 m/s [54-200 knots]
Cycle time:    45 seconds
Weight       < 225,000 kg
Volume       < 425 m 3

A la velocidad máxima, la salida de uno de los alternadores de disco sería de 81,6 MW en una carga combinada... Estos imanes tienen una inducción residual de 1,05 T a 40 oC y crean una densidad de flujo de entrehierro de trabajo promedio de 0,976 T, con dientes densidades de flujo cercanas a 1,7 T... La tensión de salida máxima es de 1700 V (LL) pico y la corriente es de 6400 A pico por fase. La eficiencia global del alternador de discos es del 89,3%, con pérdidas totales de 127 KW por alternador. Este calor se transfiere fuera del alternador de disco a través de una placa fría en el exterior de cada estator. El refrigerante es una mezcla WEG con un caudal de 151 litros/minuto. La temperatura promedio del cobre es de 84oC, mientras que la temperatura del hierro posterior es de 61oC.

Fuentes:

1. EMALS/ AAG: Lanzamiento y recuperación electromagnética para portaaviones
2. Sistema Electromagnético de Lanzamiento de Aeronaves - EMALS
3. Tipos de catapultas de vapor
4. Sistema Electromagnético de Lanzamiento de Aeronaves - EMALS - NAWC

La fuerza aplicada por la catapulta de vapor se ajusta de acuerdo con el peso T/O de la aeronave (por extensión, el tipo). La catapulta tiene que acelerar el avión a cierta velocidad al final del procedimiento de lanzamiento. Esta fuerza requerida depende de la masa de la aeronave. De la instrucción de entrenamiento de vuelo USN T-45 :

La tripulación aérea debe prestar especial atención al peso básico, el combustible y las cargas de almacenamiento de la hoja A para garantizar que el cálculo del peso bruto sea correcto. Esto es particularmente importante cuando se lanza desde el bote porque la catapulta debe ajustarse correctamente... Al rodar hasta la catapulta, una camisa verde sostendrá la tabla de pesas. Si el peso en el tablero coincide con el peso en la ficha de peso, reconozca...

En el caso de las catapultas de vapor, la fuerza, una vez ajustada, es fija; Una de las ventajas del Sistema electromagnético de lanzamiento de aeronaves (EMALS) es que el sistema puede ajustar la fuerza para mantener la velocidad cerca del requisito. De airspacemag :

La cantidad de vapor necesaria para lanzar un avión depende del peso de la nave, y una vez que ha comenzado un lanzamiento, no se pueden hacer ajustes:... El sistema de control de lanzamiento para catapultas electromagnéticas, por otro lado, sabrá a qué velocidad debe un avión tener en cualquier punto durante la secuencia de lanzamiento, y puede hacer ajustes durante el proceso para asegurar que un avión estará dentro de las 3 mph de la velocidad de despegue deseada.

Los lanzamientos y la recuperación de portaaviones es una de las cosas más estresantes que puede sufrir la aeronave; sin embargo, la aeronave está diseñada para manejarlos, por ejemplo, mediante un tren de aterrizaje y un fuselaje reforzados. Debido a esto, los aviones de transporte tienen una vida útil comparable a la de los aviones con base en tierra.

El entorno del portaaviones (en general, naval) es hostil para las aeronaves y, como tal, el programa de mantenimiento es diferente (y más extenso, por ejemplo, controles de corrosión) en el caso de las aeronaves.

Catapultas impulsadas por el vapor de los motores del portaaviones, la cantidad de presión se establece por avión según su peso y qué tan rápido debe ser al final de la cubierta. Si se establece muy poca potencia de vapor, el avión no alcanzará la velocidad y terminará en el océano, demasiado y el avión puede dañarse por el exceso de fuerza.

Los aviones portaaviones tienen que ser mucho más resistentes que sus primos que no son portaaviones y tienen que estar especialmente diseñados para ese tipo de operaciones. Toda la estructura tiene que ser lo suficientemente fuerte para aterrizajes y despegues repetidos del portaaviones, y también tiene que poder caber en el ascensor, por lo que debe tener alas plegables de algún tipo. Por lo general, están tan bien construidos que duran tanto como sus contrapartes que no son de transporte.