Электромагнит на смену аэрофинишеру




Скачать 49.26 Kb.
Дата25.07.2016
Размер49.26 Kb.
ЭЛЕКТРОМАГНИТ НА СМЕНУ АЭРОФИНИШЕРУ

Авианосцы представляют собой класс военный кораблей, основной ударной силой которых является палубная авиация. Поскольку для организации полетов палубной авиации необходимо очень много места, авианосцы являются самыми большими военными кораблями в истории. Например, тяжелый авианесущий крейсер «Адмирал Кузнецов» имеет максимальную длину ~ 306 м, максимальную ширину ~ 72 м.


Одной из наиболее сложных задач, в условиях ограниченного пространства, является посадка самолетов палубной авиации на авианосец. Несмотря на большие размеры авианосцев, необходимый для полного погашения скорости пробег самолета при посадке, может превысить длину посадочной палубы корабля. Для уменьшения тормозного пути самолета, используются специальные тормозные устройства (аэрофинишеры).
В состав аэрофинишера входят четыре троса, натянутые поперек посадочной палубы (через каждые 12 м). Концы тросов намотаны на тормозные барабаны. Самолет зацепляется за один из тросов специальным гаком. За счет вытягивания троса происходит торможение самолета, и уменьшается его пробег при посадке. Если самолет коснется палубы за линией тросов, то не зацепится гаком за трос, и не сможет затормозиться.
Таким образом, самолет палубной авиации должен сесть на небольшой участок палубы (оснащенный тросами аэрофинишера). Длина этого участка составляет ~ 50 м, ширина ~ 26 м, площадь ~ 1300 м² (~ 7% поверхности палубы «Адмирала Кузнецова»). Указанное обстоятельство значительно осложняет процесс посадки самолетов палубной авиации.
Нами предлагается компактная автономная система торможения, которая позволит осуществить посадку самолета на любом участке палубы. Торможение самолетов предлагается обеспечить при помощи посадочных тормозных колодок (которые соприкасаются с палубой авианосца). Для увеличения силы сцепления самолета с палубой авианосца, предлагается устанавливать внутри тормозных колодок электромагниты.
Сила трения зависит от прижимающей силы (сила реакции опоры), от материалов трущихся поверхностей, от скорости относительного движения, и не зависит от площади соприкосновения. Поверхность палубы авианосца можно изготовить из малоуглеродистой стали, а тормозные колодки из никеля. Коэффициент трения скольжения никеля по малоуглеродистой стали составляет 0,64 http://www.bypas.ru/download/170310/2.pdf.
При необходимости, для изготовления тормозных колодок (или поверхности палубы) могут использоваться и другие материалы, обладающие высоким коэффициентом трения скольжения. Кроме того, могут приниматься дополнительные меры для увеличения трения: обработка палубы с целью повышения шероховатости поверхности, нанесение упорядоченного микрорельефа, посыпание абразивным материалом (песком) и т. д.
Система электромагнитного торможения работает следующим образом. При заходе самолета на посадку, из шасси выпускаются тормозные колодки. При посадке тормозные колодки соприкасаются с палубой авианосца. В момент соприкосновения тормозных колодок с палубой авианосца, срабатывают посадочные электромагниты. За счет работы электромагнитов тормозные колодки притягиваются к стальной палубе авианосца, и удерживаются в притянутом положении. В результате, обеспечивается непрерывное трение скольжения тормозных колодок по палубе авианосца, и торможение самолета.
Сила реакции опоры определяется силой притяжения электромагнитов и весом самолета. Допустим, сила притяжения электромагнитов составит 60000 кгс (килограмм-сил). Нормальная посадочная масса палубного истребителя Су-33 составляет 22400 кг, посадочная скорость 250 км/с. Таким образом, при посадке палубного истребителя Су-33 (в случае применения электромагнитной системы торможения), сила реакции опоры составит 82400 кгс, сила торможения 52736 кгс (при коэффициенте трения скольжения 0,64). Перегрузка 2,4 g. Время торможения 3 c. Длина участка торможения 106 м.
В результате трения тормозных колодок об палубу выделяется большое количество теплоты, которую можно нейтрализовать путем испарения воды (запас воды может находиться внутри тормозных колодок). При посадочной массе 22400 кг и скорости 250 км/час, кинетическая энергия самолета составит 54 МДж. Выделяемая в процессе торможения теплота, распределяется примерно поровну между палубой авианосца и тормозными колодками. С учетом этого, для охлаждения тормозных колодок понадобится не более 12 кг воды (удельная теплота парообразования воды составляет 2,26 МДж/кг).
Необходимо обратить внимание на то обстоятельство, что наличие воды (снега, льда) на палубе, приводит к уменьшению коэффициента трения скольжения. Эта проблема решается увеличением мощности электромагнитов, нанесением рельефа на поверхность тормозных колодок (для оптимизации пятна контакта), очисткой палубы, увеличением допустимой длины участка торможения и т. д. Кроме того, нагревание тормозных колодок до высокой температуры может привести к мгновенному испарению воды (снега, льда) в месте контакта тормозных колодок с палубой авианосца. Таким образом, электромагнитная система торможения в состоянии обеспечить безопасную посадку самолетов палубной авиации практически в любых погодно-климатических условиях.
Одним из возможных вариантов является применение убираемого лыжного шасси (или комбинированного колесно-лыжного шасси). В этом случае, лыжи будут одновременно выполнять функции тормозных колодок. После запуска самолета лыжное шасси убирается для уменьшения сопротивления воздуха, а перед посадкой выпускается. Эффективное сцепление лыж с палубой при посадке, также обеспечивается за счет установки внутри лыж посадочных электромагнитов. При запуске самолета на поверхность лыж могут надеваться специальные антифрикционные накладки (сбрасываемые после запуска). Преимуществом такой схемы является уменьшение количества движущихся частей, что обеспечит большую прочность и надежность работы шасси самолета палубной авиации.

Для приближенной оценки массы, размеров и уровня энергопотребления посадочных электромагнитов, рассмотрим технические характеристики электромагнита УМ-7040 (предназначенного для удержания в притянутом состоянии плоских металлических изделий http://www.magnitek.ru/catalog/data/closer/um.pdf). Этот электромагнит имеет массу 0,8 кг, объем 88 см³, потребляет мощность 19 Вт, обеспечивает удержание груза массой 150 кг. Силу притяжения тормозных колодок к палубе авианосца мы приняли равной 60000 кгс. Для получения указанной силы притяжения понадобятся электромагниты общей массой 320 кг, объемом 0,035 м³, суммарной потребляемой мощностью электрического тока 7,6 кВт (в течение небольшого промежутка времени).


Из вышесказанного можно сделать вывод, что масса, размеры и уровень энергопотребления электромагнитов, вполне позволяют использовать их в качестве силовых элементов компактной автономной системы торможения (в шасси самолетов палубной авиации). По сути (с учетом короткого времени торможения самолета), посадочные электромагниты будут работать в импульсном режиме. Это обстоятельство позволяет значительно уменьшить необходимые массу и размеры посадочных электромагнитов (при сохранении мощности). В качестве импульсного источника электрического тока при необходимости может быть использована батарея конденсаторов.

Таким образом, предлагаемая электромагнитная система торможения самолетов палубной авиации, позволяет отказаться от использования тяжелых, громоздких и дорогостоящих аэрофинишеров. За счет этого можно попытаться решить следующие задачи: упростить строительство авианосцев, уменьшить их стоимость, повысить эффективность использования палубы, увеличить объем свободного пространства под палубой, повысить боевую эффективность малых и средних авианосцев, облегчить и ускорить посадку самолетов палубной авиации, упростить отбор и подготовку пилотов и т. д.



Валентин Подвысоцкий, valik@rambler.ru


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница