Вы когда-нибудь обращали внимание, что на кадрах взлёта истребителей с палубы авианосца образуется шлейф из пара? При этом персонал, работающий в это время на палубе, буквально окутан паром. Так вот, это ни что иное как последствия работы паровой катапульты для разгона самолётов. Но почему же на супер современных американских авианосцах век пара до сих пор не закончился? Почему нельзя взять и установить электромагнитную катапульту?
И действительно, вряд ли вы бы стали ездить на автомобиле с паровым двигателем. Времена паровозов давно прошли, а их в свою очередь вытеснили скоростные поезда на электротяге. Как же так вышло, что старомодный водяной пар под давлением именно в качестве разгонного устройства оказался на столько хорош на авианосце, что его не может вытеснить даже всесильный электромагнетизм?
И чтобы разобраться в этом вопросе, нужно отметить, что век пара ушёл не до конца и в гражданской жизни. Так например пар из утюга вряд ли удастся чем-то заменить. Вы не будете гладить рубашку электромагнитными волнами. То же самое касается и сауны или бани. Там без пара никуда, и никакой электромагнетизм его не заменит. Плюс ко всему в АЭС и ТЭЦ пар в турбинах совершает работу и крутит генераторы. Так что не надо списывать пар со счетов.
Вы наверное уже догадались, куда клонит автор?..
На авианосцах пара под высоким давлением в избытке, и девать его особо некуда. Потому что подавляющее большинство авианосцев имеют атомную силовую установку. Чтобы атомный реактор вырабатывал электричество, нужно для начала разогреть реакцией деления водяной пар, и затем через теплообменник передать это тепло на другой контур с водяным паром. И после этого его можно подавать на лопатки турбин, чтобы те вращали генераторы.
Однако если вы видели АЭС или ТЭЦ, то обращали внимание и на градирни. Это здоровые толстые башни для охлаждения пара. Так вот у атомных авианосцев градирен нет. И для охлаждения пара с последующей его конденсацией в жидкую воду нужно строить теплообменники, которые в свою очередь охлаждаются забортной водой. Примерно такой принцип действует на атомных подводных лодках.
Но зачем вообще городить лишние теплообменники, если этот всё ещё горячий пар под всё ещё большим давлением можно пустить в дело. А именно на совершение полезной работы. И вот теперь уже совсем не удивительно, что катапульты на современных авианосцах всё ещё "запускают" палубную авиацию на энергии пара.
Если же мы изучим конструкцию паровой палубной катапульты, то на первый взгляд нет ничего проще: в цилиндр поступает пар под давлением и толкает поршень. Этот поршень соединён с так называемым шаттлом. Шаттлом здесь называется сам скользун, который и разгоняет носовое шасси самолёта.
Однако за кажущейся простотой скрывается очень сложный механизм, который содержит в себе большое количество трущихся деталей с большой площадью сопряжения и примыкания. Именно из-за неплотности примыкания палуба после работы катапульты окутана паром. А раз так, то катапульта нуждается в постоянном сервисном обслуживании.
Более того, паровые механизмы нельзя назвать надёжными. Потому что это прежде всего система сосудов, работающих под давлением. А значит в любой момент давление пара в системе может резко снизиться из-за разгерметизации на каком-нибудь участке в паровой линии. Это в свою очередь чревато падением разгоняемого самолёта за борт с последующим повреждением и самолёта и борта авианосца.
Самолёт стоит десятки миллионов долларов, а борт авианосца стоит миллиарды. Так что если вы строите паровую катапульту, то она должна быть сверхнадёжной. И чтобы этого добиться, американские инженеры просто продублировали паровую систему катапульты. Т.е. катапульта одна, и шаттл у неё один, но этот бегунок приводится в движение двумя независимыми друг от друга паровыми контурами.
И таким образом, если давление в одном упадёт из-за не исправности, то второй паровой контур вытянет поршень, разгонит самолёт до нужной скорости в 270 км/ч, и самолёт удачно взлетит с палубы. Такой принцип повышения надёжности называется параллельным дублированием. Это всё равно, что поставить на самолёт два и более двигателей: если один вдруг перестанет работать, то можно протянуть на оставшихся.
Однако надёжность паровых катапульт вовсе не означает, что нужно перестать рассматривать электромагнитные катапульты. Ведь линейный асинхронный двигатель куда проще устроен. Его не нужно обслуживать, и там нет трущихся деталей с прецизионным сопряжением. Можно также взять ряд из катушек и создать в них бегущее магнитное поле. Оно будет увлекать постоянный магнит или электромагнит с огромной силой. Гораздо большей, чем давление пара.
Однако, как показала серия испытаний с электромагнитной катапультой, для питания такой электромагнитной системы нужна будет большая батарея суперконденсаторов, которая смогла бы выдавать высокую мощность, мгновенно разряжаться, после чего быстро заряжаться. И с этим нет никаких проблем. Так что же здесь может пойти не так?
Как удалось выяснить, в ходе пробных пусков с помощью электромагнитной катапульты сила магнитного поля от катушек настолько велика, что она притягивает в том числе и сам самолёт. А всё потому, что в истребителях есть и стальные детали, а не только титан и алюминий. В частости стали много в двигателях, шасси и в навесном боекомплекте. Так вот обычный палубный истребитель просто не смог бы оторваться от палубы, если бы его разгоняла электромагнитная катапульта.
Чтобы убрать этот эффект притяжения стальных деталей к статору, который формирует бегущее магнитное поле, нужно этот статор как следует заглубить в палубу авианосца. И вот тогда электромагнитный эффект притяжения самолёта сильно ослабнет, и можно будет взлететь без проблем. Это показал рад экспериментальных пусков с колёсной тележкой той же массы и электромагнитной восприимчивостью, что и истребитель.
Но куда там заглублять катапульту и все её электромагнитные механизмы в палубу, если там нет места? Там внутри стоят самолёты и вертолёты. Лишнего места там нет. И поэтому пришлось бы перепроектировать и переделывать всю конструкцию авианосца. А это уже перебор. Такое никто не одобрит. И поэтому электромагнетизму в ближайшем будущем вряд ли получится вытеснить с палубы авианосцев старый добрый пар.
