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電磁航空機発射システム（EMALS ）は、ジェネラル・アトミックス社がアメリカ海軍向けに開発した電磁カタパルトシステムの一種である。このシステムは、従来の蒸気ピストンではなくリニア誘導モーターを採用したカタパルトによって艦載機を発射し、蒸気に比べて精度が高く、再充填も速い。EMALSは、2015年頃に ジェラルド・R・フォード級航空母艦のネームシップであるジェラルド・R・フォードに初めて搭載された。
その主な利点は、航空機をよりスムーズに加速し、機体にかかる負担を軽減できることです。蒸気カタパルトと比較すると、EMALSは軽量で、コストとメンテナンスの必要性が低くなると予想され、蒸気ピストン駆動システムよりも重い航空機と軽い航空機の両方を発進させることができます。また、空母の真水要件が軽減されるため、エネルギー集約型の淡水化の必要性も軽減されます。
設計と開発
1950年代に開発された蒸気カタパルトは、非常に信頼性が高いことが証明されている。4基の蒸気カタパルトを装備した空母は、99.5%の時間、少なくとも1基を稼働させることができた。[1]しかし、欠点もいくつかある。海軍の技術者の一団は、「最大の欠点は、カタパルトがフィードバック制御なしで作動することである。フィードバックがないと、牽引力に大きな過渡現象が発生することが多く、機体に損傷を与えたり、寿命を縮めたりする可能性がある」と書いている。[2]蒸気システムは大規模で非効率的（有効作業量は4～6%）で、[3]制御が難しい。これらの制御上の問題により、ニミッツ級航空母艦の蒸気動力カタパルトは大型航空機の発艦は可能だが、多くの無人航空機ほど軽量な航空機の発艦は不可能である。
EMALSに似たシステムであるウェスティングハウスのエレクトロパルトは1946年に開発されたが、配備されなかった。[4]
リニア誘導モーター
EMALSはリニア誘導モーター（LIM）を使用します。これは交流（AC）を使用して磁場を生成し、その磁場によって台車をトラックに沿って推進して航空機を発射します。[5] [6] EMALSは4つの主な要素で構成されています。[7]リニア誘導モーターは、従来の誘導モーターの円形ステーターコイルと同じ機能を持つステーターコイルの列で構成されています。通電されると、モーターはトラックに沿って台車を加速します。台車を囲むコイルの部分のみが常に通電されるため、無効損失が最小限に抑えられます。EMALSの300フィート（91 m）のLIMは、100,000ポンド（45,000 kg）の航空機を130 kn（240 km/h、150 mph）まで加速できます。[6]
エネルギー貯蔵サブシステム
発射時には、誘導モーターは船自身の連続電源が供給できる量を超える大きな電力サージを必要とする。EMALSエネルギー貯蔵システムの設計は、45秒間の再充電期間中に船から電力を引き出し、4つのディスクオルタネーターのローターを使用して運動エネルギーを貯蔵することでこれに対応し、その後、システムはそのエネルギー（最大484 MJ）を2〜3秒で放出する。[8]各ローターは最大121 MJ（34 kWh）（約1ガロンのガソリンに相当）を供給し、発射後45秒以内に再充電することができる。これは蒸気カタパルトよりも速い。[6]各ディスクオルタネーターから121 MJのエネルギーを使用する最大性能の発射では、ローターの回転速度は6400 rpmから5205 rpmに低下する。[8] [9]
電力変換サブシステム
打ち上げ中、電力変換サブシステムはサイクロコンバータを使用してディスクオルタネータから蓄積されたエネルギーを放出します。[6]サイクロコンバータは制御された上昇周波数と電圧をLIMに提供し、特定の瞬間に打ち上げキャリッジに影響を与えるステータコイルの小さな部分のみに通電します。[8]
コントロールコンソール
オペレーターは閉ループシステムを通じてパワーを制御します。トラック上のホール効果センサーがその動作を監視し、システムが希望する加速を提供できるようにします。閉ループシステムにより、EMALSは一定の牽引力を維持でき、飛行機の機体にかかる発射時のストレスを軽減するのに役立ちます。[6]
プログラムステータス
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航空機互換性試験（ACT）フェーズ1は、レイクハースト海軍航空工学ステーションに設置されたEMALSデモンストレーターを使用して134回の打ち上げ（航空機の種類には、F/A-18Eスーパーホーネット、T-45Cゴスホーク、C-2Aグレイハウンド、E-2Dアドバンストホークアイ、およびF-35CライトニングIIが含まれます）を行った後、 2011年後半に終了しました。ACT 1の完了時に、システムはUSS ジェラルドR.フォードに搭載されている実際の船の構成をより代表するように再構成され、いくつかのエネルギー貯蔵と電力変換サブシステムを共有する4つのカタパルトを使用します。[10]
- 2010年6月1日～2日:マクドネル・ダグラスT-45ゴスホークの打ち上げ成功。[11]
- 2010年6月9日～10日:グラマンC-2グレイハウンドの打ち上げ成功。[12]
- 2010年12月18日:ボーイングF/A-18Eスーパーホーネットの打ち上げ成功。[13] [14]
- 2011年9月27日:ノースロップ・グラマンE-2Dアドバンスドホークアイの打ち上げ成功。[15] [16]
- 2011年11月18日:ロッキード・マーティンF-35ライトニングIIの打ち上げ成功。[17]
ACTフェーズ2は2013年6月25日に始まり、さらに310回の打ち上げ（ボーイングEA-18Gグラウラーとマクドネル・ダグラスF/A-18Cホーネットの打ち上げ、およびフェーズ1で以前に打ち上げられた航空機タイプの別のラウンドのテストを含む）を経て、2014年4月6日に終了しました。フェーズ2では、航空機が最終速度を満たし、打ち上げに不可欠な信頼性を検証できることを実証するために、中心から外れた打ち上げや計画されたシステム障害を含むさまざまな空母の状況をシミュレートしました。[10]
- 2014 年 6 月: 海軍は、2 回の航空機互換性テスト (ACT) キャンペーン中に、マクガイア・ディックス・レイクハースト統合基地で、米海軍が保有するすべての固定翼空母搭載機タイプを対象とした450 回の有人航空機発射の EMALS プロトタイプ テストを完了しました。
- 2015年5月：初の全速力船上試験を実施。[18]
配信と展開
2017年7月28日、第23航空試験評価飛行隊（VX-23）のジェイミー・「コーチ」・ストラック中尉は、USSジェラルド・R・フォード（CVN-78）からF/A-18Fスーパーホーネットに乗って初のEMALSカタパルト発射を実施した。[19]
2021年4月までに、USSジェラルド・R・フォードに搭載されたEMALSとAAGアレスターシステムを使用して、8,000回の発射/回収サイクルが実行されました。米海軍はまた、これらのサイクルの大部分が過去18か月間に行われ、351人のパイロットがEMALS/AAGの訓練を完了したと述べました。[20]
利点
蒸気カタパルトと比較すると、EMALSは軽量で、場所を取らず、メンテナンスや人員も少なく、理論上は信頼性が高く、再充電も速く、エネルギー消費も少ない。1回の発射で約1,350ポンド（610kg）の蒸気を使用する蒸気カタパルトは、広範囲にわたる機械、空気圧、油圧サブシステムを備えている。[8] EMALSは蒸気を使わないため、米海軍が計画している全電化船に適している。[21]
蒸気カタパルトと比較すると、EMALSは発射性能をより正確に制御できるため、大型戦闘機から軽量無人機まで、より多くの種類の航空機を発射できます。[21]最大121メガジュールを利用できるEMALSシステムの4つのディスクオルタネーターはそれぞれ、蒸気カタパルトの約95メガジュールよりも29％多くのエネルギーを供給できます。[8] EMALSは、計画されている90％の電力変換効率により、5％の効率しか達成できない蒸気カタパルトよりも効率的です。[6]
批判
2017年5月、ドナルド・トランプ大統領はタイム誌のインタビューでEMALSを批判し、従来の蒸気カタパルトと比較して「デジタルは数億ドルも高く、役に立たない」と述べた。[22] [23] [24] [25]
トランプ大統領の批判は、国防総省による2018年の非常に批判的な報告書にも反映されており、EMALSの信頼性には改善の余地が多く、重大な故障の平均率は海軍の基準要件の9倍であると強調されている。[26]
信頼性
2013年、ニュージャージー州レイクハーストの試験場では、1,967回の試験発射のうち201回が失敗し、試験シリーズの失敗率は10%となった。当時のシステムの状態を考慮すると、2013年に入手可能な最も寛大な数字では、EMALSの平均「失敗間隔」率は240分の1であることが示された。[27] : 188
2015年3月の報告書によると、「予想される信頼性の向上に基づくと、最後に報告された致命的故障間の平均サイクルの故障率は、予想よりも5倍高かった。2014年8月現在、海軍はレイクハースト試験場で3,017回以上の打ち上げが行われたと報告しているが、DOT＆E（運用試験評価部長）に故障の最新情報を提供していない。」[28]
テスト構成では、EMALSは外部ドロップタンクを搭載した戦闘機を発進させることができなかった。「海軍はこれらの問題を修正するための修正を開発しましたが、修正を確認するための有人航空機によるテストは2017年に延期されました。」[29]
2017年7月、このシステムはUSSジェラルド・R・フォードで海上でテストされ、成功しました。[30]
2021年1月のDOT&Eレポートには、「3,975回のカタパルト発射中、EMALSは運用ミッション失敗間隔（MCBOMF）の平均サイクル数が181回という信頼性を達成した。この信頼性は、4,166回のMCBOMFという要件を大幅に下回っている」と記載されている。[31] EMALSは頻繁に故障し、信頼性が低いと、国防総省の試験ディレクター、ロバート・ベーラー氏は、2019年11月から2020年9月にかけてジェラルド・R・フォードで3,975回のサイクルを評価した後に報告した。[32]
2022年4月、海軍航空システム司令部のシェーン・G・ガハガン少将は、報告に反してシステムは正常に機能しており、過去2年間でジェラルド・R・フォードで8,500回の「キャットアンドトラップ」を達成したと述べた。 [33]
2022年6月25日、ジェラルド・R・フォード艦上でカタパルトの発射と着艦が1万回成功するという大きな節目が達成された。[34] [35]
2022年6月のGAO報告書には、「海軍はまた、航空機を迅速に展開するための要件を満たすために必要な電磁航空機発射システムと高度な拘束装置の信頼性にも引き続き取り組んでいる」と記されている。また、この報告書は、海軍がEMALSとAAGが「2030年代」まで信頼性の目標を達成するとは予想していないことを示している。[36]
オペレーター
現在のオペレーター
アメリカ合衆国
アメリカ海軍は、ゼネラル アトミックス社の EMALS の最初のユーザーです。このシステムは、ジェラルド R. フォード級航空母艦(就役中) に搭載されています。
潜在的なオペレーター
フランス
フランス海軍は、将来の航空母艦と新しい旗艦の計画を積極的に進めている。フランス語ではPorte-avions de nouvelle génération（新世代航空母艦）または略称PANGとして知られている。この船は原子力船で、EMALSカタパルトシステムを搭載する。PANGの建造は2025年頃に開始され、シャルル・ド・ゴール航空母艦が退役する予定の2038年に就役する予定である。[37]
インド
インド海軍は、計画中のCATOBAR INSヴィシャル航空母艦にEMALSシステムを搭載することに関心を示している。[38] [39] [40]インド政府は、ジェネラル・アトミックス社の支援を受けて電磁航空機発射システムを国内で生産することに関心を示している。[41]
イギリス
コンバーチームUKは、クイーン・エリザベス級航空母艦用の電磁カタパルト（EMCAT）システムの開発に取り組んでいた。[42] 2009年8月、英国がSTOVL F-35BをCTOL F-35Cモデルに置き換えるのではないかという憶測が広まった。これは、英国設計の非蒸気EMCATカタパルトを使用して、従来型の離着陸機を運用できるように空母が建造されることを意味する。[43] [44]
2010年10月、英国政府は当時未決定だったCATOBARシステムを搭載したF-35Cを購入すると発表した。2011年12月、サンディエゴのジェネラル・アトミックス社とクイーン・エリザベス級空母用のEMALSを開発する契約を締結した。[42] [45]しかし、2012年5月、予想コストが当初の見積もりの2倍に上昇し、納入が2023年に延期されたため、英国政府は決定を覆し、F-35Cの選択肢を取り消して、STOVL F-35Bを購入するという当初の決定に戻した。[46]
その他の開発
中国は2000年代に航空母艦用の電磁カタパルトシステムを開発したが、技術的なアプローチは異なっていた。中国は米国が開発した交流カタパルトシステムの代わりに中電圧直流（DC）電力伝送システムを採用した[47] 。 [48] [49]
インドの防衛研究開発機構は、国産の電磁カタパルトの開発に着手した。プネに拠点を置く研究開発施設（エンジニアズ）は、16～18メートルの短いスパンで最大400kgのペイロードを発射できる小型のデモ機を無事に製作した。電磁カタパルトの技術は現在、航空母艦での使用に向けて拡大中である。提案されたシステムは、最大40トンのプラットフォームを扱うことができる。[50] [51] [52]
参照
参考文献
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、電磁航空機発射システムに関連するメディアがあります。
- 「電磁航空機発射システム – EMALS」、GlobalSecurity.org
- 「エレクトロパルト」は2015年9月7日にWayback Machineにアーカイブされました
- 電磁レール航空機発射システム、パート 1: 目的と原則 EEWorldonline.com
- 電磁レール航空機発射システム、パート 2: 実装と問題点 EEWorldonline.com