Стартовая катапульта на авианосце. Стартовая катапульта на авианосце Конструкция авиационных катапульт пусковых установок

Части была затронута тема сокращения потребной для достижения высокой скорости хода мощности главной энергетической установки (ГЭУ) перспективного отечественного "супер-авианосца", как следствие, затрат на эту энергетическую установку. Так же упомянута работа проектировщиков многоцелевого авианосца проекта 23000Э "Шторм" (Э - "экспортный") в этом направлении.

Были так же отмечены некоторые особенности организации полётной палубы предложенного разработчиками "Крыловского государственного научного центра" проекта - в частности упомянуты 34 технические позиции на полётной палубе допускающие заправку, подвеску авиационных средств поражения и предполётную проверку (гонку) двигателей самолётов, и ещё 10 палубных позиций на которых уже заправленные и прошедшие предполётную проверку двигателей самолёты могли бы находится в ожидании своей очереди на взлёт не создавая помех взлётно-посадочным операциям.

Было отмечено наличие на рисунках и модели корабля признаков присутствия четырех катапульт, обозначенных в сопроводительных материалах как (образец сопроводительной листовки) "электромагнитные разгонные устройства" (2 единицы).

Пора поговорить именно о них

Начальник отделения перспективного проектирования кораблей ФГУП "Крыловский государственный научный центр" Владимир Пепеляев, в опубликованном 21 марта 2017 года информационным агентством "Интефакс" интервью отметил:

"На корабле предусмотрено четыре стартовые позиции и, соответственно четыре стартовые дорожки – две короткие и две длинные. Тип старта – трамплинный и смешанный трамплинно-катапультный. Короткие и длинные дорожки обеспечивают взлет самолетов с различной боевой нагрузкой. При принятии решения о создании и установке на борту корабля электромагнитного (или обычного) разгонного устройства возможно доведение взлетных весов самолетов до соответствия полной боевой нагрузке, в т.ч. в расчетных тропических условиях"

Про тропические условия я вспомню несколько позже.

На детализированном рисунке полётной палубы стартовых дорожек пять, а стартовых позиций всё таки шесть (по числу позиций оборудованных удерживающими устройствами):

С первой, второй, третьей и четвёртой стартовой позиции самолёты могут стартовать к трамплину в носовой части полётной палубы (третья и четвертая стартовые позиции - только трамплинный взлёт). Стартовая дорожка от четвертой позиции переходит в дорожку от второй стартовой позиции (сливается с ней). С пятой и шестой стартовых позиций самолёты стартуют к трамплину на посадочной палубе.

Если корреспондент агенства "Интерфакс" правильно понял Владимира Пепеляева, разработчики предусматривают возможность установки как электромагнитных, так и обычных паровых катапульт, если решение об их создании и установке на корабль будет принято . Стоит при этом отметить что длина треков катапульт всего около 35 метров. Это устройства для дополнительного доразгона самолётов, стартующих на тяге собственных двигателей к трамплинам, гораздо менее громоздкие чем американские катапульты с 94.5 метровым разгонным треком, разгоняющие самолёты до скоростей более 140 узлов (более 259.3 км/ч).

Меня конечно же интересует возможность отказа от установки на авианосец катапульт любого типа, и экономия на этом. Ведь экономия при отсутствии катапульт бесспорна. Во первых на НИОКР и производстве. Во вторых на эксплуатационных расходах.

Американская паровая катапульта С-13 mod 2 весит 500 тонн, занимает 1100 м3 объёма под полётной палубой, имеет "паровозный" КПД 6%, и требует постоянного контроля своего состояния обслуживающим персоналом, в том числе изнутри. А так же Периодического технического обслуживания и ремонта:

Каждая из четырех паровых катапульт американского авианосца готова к использованию в среднем 74% общего времени. Хотя бы одна из катапульт конечно же находится в готовности к работе практически 100% общего времени службы авианосца.

Большая трудоёмкость обслуживания (огромное количество человеко-часов ручного труда и многочисленность задействованного персонала) паровых катапульт, стала одной из причин, которые побудили ВМС США инициировать разработку для авианосцев типа "Джеральд Форд" электромагнитной катапульты EMALS (Electromagnetic Aircraft Launch System). Потенциальные преимущества электромагнитной катапульты EMALS над паровой С-13 mod 2:

Меньшие трудозатраты при обслуживании, что оценочно позволит сократить численность обслуживающего персонала на 35 человек;

БОльшая мощность, что в перспективе позволит запускать самолеты с максимальной взлётной массой до 100 тысяч фунтов (45359 кг);

Оптимизировано соотношение пикового ускорения и среднему, что позволит снизить нагрузку на планер катапультируемого ЛА и позволит запускать БЛА с взлётной массой от 1150 кг (вследствие относительно большего диапазона изменения приложенной к катапультируемому самолету силы на протяжении одного цикла запуска планер самолета испытывает значительные нежелательные нагрузки. Такие нагрузки снижают усталостную долговечность пилотируемых самолетов. К запуску БЛА с взлётной массой всего несколько тонн используемые сегодня ВМС США паровые катапульты не приспособлены);

Общая масса оборудования катапульты сокращается 500 до 225 тонн, занимаемого внутри корабля объёма с 1100 м3 до 425 м3 (не забываем умножать всё на четыре), КПД увеличивается с 6 до 70%.

Я пишу о потенциальных преимуществах потому что EMALS пока не демонстрирует заданного уровня надёжности.

Преимущества в цене нет. Контракт на изготовление первой электромагнитной катапульты установленной летом 2010 года на стенде в городе Лейкхорст, обошёлся американскому военному ведомству в 537 млн долларов. EMALS - это дорого, но чрезвычайно высокотехнологично .

Промежуточный вывод:

"Стартовые катапульты - это громоздкие, дорогостоящие и сложные устройства, требующие постоянной работоспособности. Даже единичный случай отказа на этапе взлета ведет к аварии самолета" - мнение авиаконструкторов ТАНТК имени Бериева обнародованное в этом .

Так почему же отечественные авиаконструкторы "катапультным стартом не занимались, с пеной у рта доказывая, что катапульты ухудшат летные качества самолетов, повысят аварийность, сами будут взрываться, на Севере замерзнут и вообще, при взлете не нужны будут даже для турбовинтового двухмоторного Як-44" (А.С. Павлов "Рождение и гибель седьмого авианосца" глава "Катапульта") и продолжают в наши дни отрицать необходимость катапульт?

Объяснение во взлётных характеристиках отечественных палубных истребителей:

Источник: Ефим Гордон "Mikoyan MiG-29", Midland Publishing, 2008 г. стр. 115

МиГ-29К (9-31) трамплин и форсажная тяга 2х8800 кгс (стр. 115):

Дистанция разбега 105 метров, допустимая взлетная масса 17700 кг (нормальная для 9-31)
Дистанция разбега 195 метров, допустимая взлётная масса 22400 кг (максимальная для 9-31)

По Су-33 есть более подробная информация.

Источник: Андрей Фомин "Су-33. Корабельная эпопея" Москва, 2003 г. стр. 77, 78, 99

Испытания Су-27К на ТАКР "Тбилиси" (1989 г.), трамплин и форсажная тяга 2х12800 кгс:

Дистанция разбега 105 метров, ветра над палубой нет (корабль неподвижен), допустимая взлётная масса 28000 кг
Дистанция разбега 105 метров, скорость ветра над палубой (скорость хода корабля) 7 узлов, допустимая взлётная масса 29900 кг
Дистанция разбега 195 метров, скорость ветра над палубой (скорость хода корабля) 15 узлов, допустимая взлётная масса 32200 кг

28000 кг - основой вариант заправки, 5350 кг топлива, максимальный боекомплект ракет "воздух-воздух" (10 ракет)
29900 кг - полный запас топлива 9500 кг, 2 ракеты Р-27Э и 2 ракеты Р-73
32200 кг - полный запас топлива 9500 кг, максимальный боекомплект ракет "воздух-воздух" (10 ракет)

К слову не стоит считать что палубные истребители НЕ нуждаются в ветре над палубой (WOD - wind over deck) при катапультном старте с американских авианосцев с массами близкими к максимальным. Как отмечено в F/A-18E/F Catapult Minimum End Airspeed Testing (pdf) на стр. 74:

The WOD for C13-1 catapult launch at maximum gross weight was 19 knots.

В переводе на русский, при старте F/A-18E/F с катапульты С-13 Mod 1 (сегодня установлены на четырех "Нимицах". Начиная с "Абрахама Линкольна" ставились С-13 Mod 2) с максимальной взлётной массой 29937 кг (66000 фунтов) минимальная скорость ветра над палубой 19 узлов .

К слову стартует F/A-18E при взлётной массе более 58 тысяч фунтов (26308 кг) с двигателями работающими на форсаже, а просадка по высоте после схода с палубы при максимальной взлётной массе достигает 10 футов (3.05 м) (стр. iv).

Не меньшая скорость ветра над палубой желательна и при выполнении посадок американских палубных истребителей на аэрофинишёр. Желающие могут ознакомиться с датированным 1 сентября 1991 года документом EFFECT OF WIND OVER DECK CONDITIONS ON AIRCRAFT APPROACH SPEEDS FOR CARRIER LANDINGS (pdf) и отметить что все упомянутые в таблицах значение wind over deck оказались в диапазоне 22-34 узла, подавляющее большинство в диапазоне 25-31 узел.

Кстати интересен вопрос зачем понадобились две паровые катапульты на ТАКР проекта 1143.7 (разобран на стапеле в 1992-м), ведь разработчики Як-44 заявили что тот создавался как палубный самолёт РЛДН трамплинного взлёта. Катапульты на посадочной палубе ТАКР проекта 1143.7 понадобились: "Для улучшения временных характеристик группового взлёта самолётов-истребителей авиагруппы" (А. Фомин, стр. 116) Ведь при использовании на ТАКР проекта 1143.7 носового трамплина могла быть обеспечена возможность взлёта только с трех стартовых позиций. При этом истребитель занимающий вторую стартовую позицию мешал бы взлёту истребителя с третьей стартовой позиции. При использовании двух катапульт - взлёт с четырех позиции. На проекте 23000Э эту проблему решили введя дополнительные стартовые позиции и второй трамплин.

И наконец хотелось бы обратиться к ещё одному источнику с оценкой возможностей трамплинного взлёта палубного истребителя Су-33. На этот раз это скан статьи из китайской специализированной прессы с оценкой взлётных возможностей Су-33, и её англоязычный перевод (ссылка). Приведу лишь одну страницу китайской статьи (остальные можно посмотреть по ссылке):

Если кратко (как написано на аглоязычном форуме, "для ленивых"), то при форсажной тяге 2х12800 кгс и скорости ветра над палубой 25 узлов (which is more or less the standard speed a CVBG operates at) Су-33 и J-15 способны взлетать с трамплина со взлётной массой 32800 кг со всех стартовых позиций. Увеличение дистанции разбега со 110 до 195 метров эквивалентно увеличению ветра над палубой на 25 узлов, т.е. со взлётной массой 32800 кг Су-33/J-15 способен взлетать со стартовой позиции № 3 при нулевом значении скорости ветра над палубой. Такие возможности взлета очень близки к тому, что обеспечиваются с помощью обычной паровой катапульты. Если тяга двигателей будет увеличена до 2х14000 кгс, то "взлётная производительность" будет выше чем при использовании паровой катапульты.

Так же дан ряд расчётных конфигураций Су-33/J-15:

1.
Взлётная масса: 26000 кг
Топливо: 5700 кг
Боевая нагрузка: 4 Р-73 + 4 Р-77
Дальность полёта: около 1900 км
Время полета: 2 ч 31 мин
Боевой радиус: 660 км
Время патрулирования на рубеже в 250 км от авианосца 1 час 10 мин.

2.
Взлётная масса: 27000 кг
Топливо: 6300 кг
Боевая нагрузка: 4 Р-73 + 2 Р-77 + 1 Х-65Э
Дальность полёта: 2100 км
Время полета: 2 ч 50 мин
Боевой радиус: 710 км.

3.
Взлётная масса: 30500 кг
Топливо: 9300 кг
Боевая нагрузка: 4 Р-73 + 8 Р-77
Дальность полёта: 3000 км
Время полёта: 4 ч 23 мин
Боевой радиус: 1280 км
Время патрулирования на рубеже 400 км от авианосца 2 ч 30 мин.

4.
Взлётная масса: 30500 кг
Топливо: 5700 кг
Боевая нагрузка: 22 х 250 кг бомб
Дальность полёта: 1700 км
Время полёта: 2 ч 3 мин
Боевой радиус: 700 км

5.
Взлётная масса: 31900 кг
Топливо: 9300 кг
Боевая нагрузка: 4 Р-73 + 2 Р-77 + 4 Х-31П
Дальность полёта: 3000 км
Время полёта: 4 ч 40 мин
Боевой радиус: 1220 км

6.
Взлётная масса: 31400 кг
Топливо: 9300 кг
Боевая нагрузка: 4 Р-73 + 2 КАБ-500Л + 1 КАБ-1500Л + 1 контейнерная станция лазерного целеуказания
Дальность полёта: 2900 км
Время полёта: 4 ч 2 мин
Боевой радиус: 1250 км

Основные характеристики Су-33/J-15:

Длина: 21.94 м
Размах крыла: 14.7 м
Высота: 5.93 м
Площадь крыла: 62 м2
Вес пустого: 18400 кг
Стандартный запас топлива: 5700 кг
Максимальный внутренний объем топливных баков: 9300 кг
Максимальная взлётная масса: 32800 кг
Скорость взлета: 240-302 км/ч (наземная ВПП)
Максимальная посадочная масса: 26600 кг
Нормальная посадочная масса: 23300 кг
Посадочная скорость: 220-260 км/ч (наземная ВПП)
Максимальная высота полета: 17000 м
Максимальная скорость: Мах = 2.13
Максимальная скорость набора высоты: 325 м/сек
Максимальная эксплуатационная перегрузка: 8g/-3G
Узлы подвески: 12
Максимальная нагрузка на узлах подвески: 8000/6500 кг
Ширина в сложенном состоянии: 7.8 м
Двигатели: 2 х АЛ-31Ф-3
Максимальная тяга: максимальная бесфорсажная 2 х 7600 кгс, максимальная форсажная 2 х 12800 кгс

При нулевом ветре взлёт с позиций № 1 и 2 (разбег 110 м) выполняется с постоянным набором высоты при взлётной массе до 27000 кг. При взлётной массе 28200 кг и нулевом ветре над палубой наблюдается перегиб траектории и просадка по высоте до значения 22.4 метра (самая низкая точка траектории) над уровнем моря. При 145 метровой дистанции разбега Су-33/J-15 способен взлетать при нулевой скорости ветра над палубой с взлётной массой 32800 кг и просадкой до высота 20 метров над уровнем моря (смотреть рисунок выше).

С позиции № 3 (дистанция разбега 195 м) и нулевой скорости ветра Су-33/J-15 способен взлетать со взлётным весом до 35000 кг без просадки по высоте после схода с трамплина (скорость схода 179 км/ч), и со взлётным весом 38000 кг с просадкой по высоте до значения 20.2 метра (самая низкая точка траектории) над уровнем моря.

95 метровая дистанция разбега всё ещё удовлетворяет требованиям безопасности, и может быть использовано в качестве минимального взлетной дистанции (этот показатель нам интересен прежде всего потому что в проекте 23000Э дистанции разбега с позиций № 1 и № 2 "Шторма" по моим прикидкам около 95 метров).

Китайские авторы не поленились описать "особые случаи". По их расчётам при встречном ветре 25 узлов Су-33/J-15 может взлететь со стартовой позиции № 3 (дистанция разбега 195 м) на одном работающем двигателе без просадки по высоте при взлётной массе до 22300 кг, и с просадкой по высоте не ниже 20 метров над уровнем моря при взлётной массе до 23500 кг. К слову А. Фоминым в "Су-33. Корабельная эпопея" упомянут случай успешного взлёта Су-33 без включения форсажа (суммарная тяга двух двигателей не более 2 × 7670 кгс), при котором скорость самолёта при сходе с трамплина составляла всего 105 км/ч.

Пилоту требуется около 50 взлётов и посадок на авианосце, чтобы завершить курс подготовки.

Начальная подготовка начинается в условиях, указанных для случая взлёта на одном двигателе. Первые 10 полетов: взлётная масса самолёта 22300 кг, стартовая позиция № 3, ветер над палубой не менее 25 узлов, без внешних подвесок. 3500 кг топлива, из которых 2500 кг может быть использовано для имитации 55 минутного полета на дальность 800 км, или один взлёт, 4 захода на посадку с касанием и пробежкой по палубе, и одну посадку на аэрофинишёр.

Учебно-тренировочные полёты:

Взлёт не допускается при отсутствии ветра с первых двух стартовых позиций. При скорости ветра над палубой 25 узлов и взлёте с позиций № 1 и 2 ограничение по взлётной массе 28100 кг (В ВМФ России 28000 кг). С позиции № 3 и отсутствии ветра над палубой взлётная масса также ограничена 28000 кг. С ветром над палубой 25 узлов взлётная масса при старте с позиции № 3 не ограничивается.

Всё вышеозначенное, убеждает лично меня что катапульты перспективному отечественному авианосцу не очень то и нужны, особенно учитывая что самолёт Т-50 с "двигателями второго этапа" должен иметь взлётную тяговооруженность выше единицы даже при максимальной взлётной массе.

Однако с учётом наличия в составе морской авиации ВМФ России таких палубных самолётов как МиГ-29К/КУБ и возможного появления отечественных палубных БЛА, взлётная тяговооруженность которых при максимальной взлётной массе будет скорее ближе к взлётной тяговооруженности МиГ-29К/КУБ, чем к взлётной тяговооруженности Т-50 с "двигателями второго этапа", я не считаю правильным что разработчики авианосца проекта 23000Э сократили дистанции разбега при старте с позиций № 1 и № 2 со 110 до ~95 метров и № 5 и № 6 до 105 м (при меньшем угле схода с трамплина).

На мой скромный взгляд на предложенном ФГУП "Крыловский государственный научный центр" проекте авианосца нужно применить ту же минимальную дистанцию разбега, что в своё время была выбрана для тропических условий в которых предполагалась служба индийского авианосца "Викрант", спроектированного с нашей и итальянской помощью - а именно 145 метров.

Это предполагает увеличение максимальной длинны авианосца с 330 до 380 метров (а чего стеснятся то? Разработчики и так спроектировали самый широкий авианосец в мире, с максимальной шириной корпуса в районе ватерлинии 42 метра, полётной палубы 85 метров - пусть будет и самый длинный) и при чуть более острых обводах, увеличение водоизмещения всего на несколько тысяч тонн.

Максимальной длине 380 метров, соответствует длине корабле по ватерлинии ~355 метров.

λ = L/B = 355/42 = 8.45

Это даже несколько меньше чем у эсминца типа "Современный" (λ = 8.53), смотреть упомянутый ранее патент РФ "Надводное однокорпусное водоизмещающее быстроходное судно" в котором некоторые параметры корпуса "Современного" упомянуты.

Я не знаю каковы характерные значения коэффициента общей полноты (δ) для обводов типа "Моноклин", по этому воспользуюсь диапазоном характерным для быстроходных линкоров времён Второй мировой (0,57–0,63).

Что ж, 355х42х11х0.57 = 93486 тонн, 355х42х11х0.63 = 103326 тонн

Даже со значениями коэффициента общей полноты характерными для быстроходных линкоров значение водоизмещения для 380 метрового авианосца окажется в диапазоне 93.5-103.4 тыс. тонн.

При этом дистанция разбега со стартовых позиций № 1 и № 2 возрастёт до 145 метров, позиций № 3 и № 4 до до 200 метров, а с позиций № 5 и № 6 (при переносе на 50 метров к корме вдоль оси посадочной палубы) до 155 метров.

Позиции № 1 и № 2 конечно же следует несколько сместить к правому борту корабля для того чтобы появилась возможность использовать стартовую позицию № 2 без помех для посадочных операций.

Можно так же ввести стартовую дорожку для турбовинтовых самолётов как продолжение к корме стартовой дорожки с позиции № 3. Турбовинтовые самолёты не нуждаются в удерживающих устройствах так как тяга их двигателей при неизменной скорости вращения воздушных винтов может меняться в широких пределах (вплоть до обратной) за счёт управления шагом винтов. Длина такой стартовой дорожки может составить до 270 метров.

Впрочем коридоры и отсеки для катапульт с 35 метровыми треками под полётной палубой нужно на авианосце на всякий случай оставить, так же как и резервные помещения для призванного обслуживать эти катапульты личного состава.

Считаю что увеличение максимальной длинны авианосца проекта 23000Э с 330 до 380 метров обойдётся значительно дешевле, чем разработка, установка и эксплуатация на авианосцах этого проекта в ходе всего их примерно полувекового жизненного цикла электромагнитных катапульт с 35 метровым треком.

А МиГ-29К/КУБ, как и МиГ-35С, конечно же нуждаются в ТРДДФ ВК-10М с тягой от 10000 кгс.

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.

Авианосцы, возникшие в годы Первой мировой войны как вспомогательные корабли, призванные
осуществлять авиационную поддержку флотов, уже к началу Второй мировой превратились в
основную ударную силу в битвах на море. И в наши дни корабли этого класса являются основой
надводной составляющей флотов ведущих морских держав. С момента зарождения авианосцев
шел непрерывный поиск в создании и совершенствовании взлетно-посадочных систем этих кораблей, без которых, применение авиации с палуб авианосцев было бы невозможным или крайне затруднительным.
Военно-политическая обстановка в мире остается весьма сложной и напряженной, Россия
обладающая огромной территорией и запасами природных ресурсов, в том числе и в шельфовой
зоне морей и океанов, ведет широкомасштабные работы по разведке этих ресурсов и их освоению.
Сегодня во всей остроте стал вопрос возвращения российских Вооруженных Сил и Флота в районы крайнего севера и Арктики, для защиты от потенциальных угроз и поддержания стабильности в этих регионах. Не менее актуальной является задача присутствия российского ВМФ и в других районах мира. О возобновлении и развертывании программы строительства авианосцев в России было объявлено в 2003 году, на первом международном военно-морском салоне в Санкт-Петербурге. За прошедшие годы было разработано обоснование необходимости наличия таких кораблей в составе сбалансированного отечественного ВМФ, их оптимального количества, системы базирования и обеспечения.
Программа строительства авианосцев была доложена Президенту РФ и утверждена. Что
касается начала реализации программы, то заявлено, что она может стартовать не ранее 2018
года. В настоящее время ведется детальная проработка облика будущих авианосцев и состава
их авиакрыла. Само по себе возрождение российского флота и особенно проектирование и строительство таких высокотехнологичных кораблей как авианосцы, является огромной школой для российской военной и инженерной мысли. Чтобы быть эффективным инструментом сдерживания и военно-политической экспансии, авианосец должен обладать реальными боевыми возможностями и качествами.
В предлагаемой читателям журнала «Авиапанорама» серии статей, по истории и развитию взлетно-посадочных систем авианосцев, будет наглядно показан трудный и тернистый путь научно-технического прогресса в этой области. Будет рассказано об успешной титанической работе советских инженеров и конструкторов, вынужденных с нуля создавать в 1980-х годах взлетно-посадочные системы - паровые катапульты и аэрофинишеры, для первых советских полноценных авианосцев.

ПАРОВАЯ КАТАПУЛЬТА НА ПОЛИГОНЕ «НИТКА».

ХРОНИКА СОВЕТСКОЙ КАТАПУЛЬТЫ

Можно с сожалением констатировать, что к началу войны ВМФ СССР насчитывал лишь пять смонтированных К, три из которых были немецкого производства. С запозданием поступили на ЧФ и новые морские разведчики КОР-2 - только летом 1942 г. Критическая обстановка на фронтах, в том числе и на Черном море, вынудила отказаться от катапультирования морских разведчиков - пришлось демонтировать и -стартовое оборудование. Однако к середине 1943 г. было принято решение о модернизации катапульт и стартовых тележек на крейсерах «Молотов» и «Ворошилов» под ГС КОР-2 и истребители. Модернизация неоправданно затянулась и была выполнена лишь к началу 1945 г. Ставка была сделана, в том числе, на один из лучших истребителей Второй мировой - английский «Спитфайр» - на ЧФ их удалось собрать до 10 экземпляров, хотя в реальных стартах с борта крейсера «Молотов» участвовал лишь один.

Дальнейшая судьба разведчиков КОР-2 и катапультного оборудования на кораблях была обречена результатами их применения на различных театрах военных действий в 1941-1945 гг. Эти результаты не оправдывали затрат и жертв, понесённых при отработке этой техники. Вот перечень этих «достижений». 30 июня 1942 г. во время патрулирования акватории базы ВМФ Поти (Кавказское побережье) экипажи КОР-2 сбросили 4 бомбы ПЛАБ-100 в район замеченного перископного следа - результат неизвестен. В 1943 г. два экипажа КОР-2 были отправлены в Арктику для патрулирования в районе острова Диксон, где отмечалась активность немецких подводных лодок. Барражирование в окрестностях этого архипелага в 12 полётах результатов не дало. Известен эпизодический случай использования на Балтийском флоте КОР-2, прибывшего накануне с авиазавода в Красноярске, для успешного спасения экипажа штурмовика Ил-2, сбитого над Финским заливом в июле 1944 г.

Командование морской авиации страны пришло к выводу, что разведчики корабельного базирования КОР-2 с их ограниченным радиусом действия не выполнили своей задачи - их функции вполне заменили самолёты берегового базирования с их новыми возможностями. Окончательную точку в этом вопросе поставило появление корабельных радиолокационных станций - самолёты корабельного дозора оказались ненужными. Вскоре на всех действующих и строящихся артиллерийских кораблях катапульты были демонтированы - грустный итог довоенного прогресса в этой области.

Дальнейший путь прогресса палубной авиации в нашей стране необходимо рассматривать на фоне зарубежного послевоенного опыта в разработке систем катапультирования ЛА палубного базирования. Уместно напомнить, что в этот период ВМФ США переживал серьёзный системный технологический кризис в авианосном парке: построенные в период 1940-1945 гг. 24 авианосца класса «Эссекс» требовали срочной замены морально устаревших пневмо-гидравлических катапульт (ПГК), достигших предела ресурса модернизации. Попытка заменить их пороховыми газогенераторами была обречена - план модернизации SCB-27С оказался под угрозой срыва. В очередной раз спасение пришло с берегов Старого Света - К. Митчелл в 1950 г. нашёл революционное техническое решение этой проблемы - изобрёл паровую катапульту.

Десятилетняя программа кораблестроения СССР, принятая усилиями главкома ВМФ адмирала флота Н. Кузнецова ещё в 1946 году, несмотря на разочаровывающие результаты действий корабельной авиации в Великой Отечественной, включала проектирование и строительство лёгких авианосцев. Программа предусматривала создание в 1956-1957 гг. наземного опытно-экспериментального и учебно-тренировочного комплекса для обучения лётного состава, отработки систем взлётно-посадочного комплекса и новой авиационной техники. Лишь 20 лет спустя, в 1975 году, реализация этих планов началась с поездки главкома ВМФ адмирала флота С. Горшкова и командующего авиацией ВМФ генерала А. Мироненко за океан, во время которой они познакомились с центром испытаний взлётно-посадочных систем в Lakehurst и побывали на борту -учебного -авианосца Lexington (США). Именно во время этой командировки высшие чины ВМФ страны впервые увидели катапультные старты ЛА с помощью паровой катапульты, которая 25 лет тому назад спасла авианосный флот США от системной катастрофы. Это положило начало созданию в нашей стране учебно-тренировочного комплекса с испытательной базой. Постановлением Правительства СССР от 30 апреля 1976 г. было принято решение о создании наземного испытательного учебно-тренировочного комплекса авиации (УТК НИТКА). Будущему комплексу отводилась роль испытательного центра новой авиационной техники и взлётно-посадочных систем, а также тренажёра пилотов палубной авиации. Выбор местом строительства аэродрома «Саки» определялся близостью акватории Чёрного моря и «розой ветров». Инициатором этого проекта стал зам. командующего авиацией ВМФ генерал-полковник А. Томашевский, включивший работы по НИТКЕ в проект Постановления 1975 г. по созданию ТАКР пр. 1153. Главному проектанту ТАКР - Невскому ПКБ и НПО «Пролетарский завод» было поручено приступить к проектированию аэрофинишеров и паровой катапульты для кораблей нового класса. Несмотря на то, что заговорили о постройке авианосцев, синдром страха перед катапультой, как перед чем-то недоступным для нашей науки и промышленности, оставался.

В исходном проекте «наземный авианосец» состоял из трех основных блоков. Научно-испытательным целям служил блок БС-1 в составе технологической паровой катапульты (впоследствии фигурировавшей как «разгонное устройство») и помещения для трех аэрофинишеров. В литературе этот блок по внешнему сходству в плане иногда упоминают как «Молоток», а размещенные на нем системы объединялись общим функциональным термином - комплекс «Светлана-Маяк». Назначение позиций для трёх финишеров распределялось следующим образом: на первой позиции монтировался испытуемый финишер С-2 (С-2Н), на второй - размещался финишер аварийного барьера С-23 и на третьей позиции отводилось место для размещения страховочного финишера. Комплекс БС-1 позволял испытывать также различные конструкции улавливающих сетей - аварийного барьера для аварийных посадок. На блоке БС-3 планировалось разместить отработанный вариант паровой катапульты С1-М для выполнения стартов перспективных самолетов в сторону моря. Первым командиром полигона НИТКА посчастливилось стать подводнику Северного флота, капитану 1-го ранга Дебердееву Эдуарду Нуровичу.

В дальнейшей судьбе этого важного объекта самым негативным образом сказались интриги и противоречия между Генштабом Вооруженных Сил РФ и командованием ВМФ: зам. начальника Генштаба по морским вопросам, адмиралом Н. Амелько (бывшим заместителем С. Горшкова) - непримиримым противником строительства полноразмерных авианосцев, с одной стороны, и главкомом ВМФ адмиралом С. Горшковым - с другой. А запрет на работы по самолёту катапультного старта ставил под сомнение и само наличие катапульты на комплексе, и только нехитрое жонглирование терминами (носовую катапульту С-1 переименовали в «разгонное устройство») спасло саму идею создания отечественной катапульты и сохранило надежду у сотрудников ЦНИИ судового машиностроения (ЦНИИСМ, Ленинград) под руководством главного конструктора Булгакова Анатолия Андреевича, в итоге создавших первую отечественную паровую катапульту для полигона НИТКА.

КАКИМ ПУТЕМ ПОЙТИ: КАТАПУЛЬТА ИЛИ ТРАМПЛИН?

Невзирая на обилие в СМИ полемических материалов на тему «Катапульта или трамплин? За и против», участники этих дискуссий не приходят к однозначному выводу. Несомненно, авторы подобных публикаций нередко излагают субъективные мнения, находясь в плену собственных предпочтений. Когда накал страстей среди отечественных экспертов достигает уровня «трамплин против катапульты», хочется напомнить, что такая постановка вопроса неизбежно требовала ответа в двух аспектах: историческом и техническом. Постараемся не навязывать нашим читателям односторонних, неубедительных выводов - предоставим вам делать их самим, опираясь на документы и материалы печати.

Напомним драматическое развитие событий вокруг разработки в нашей стране палубного истребителя катапультного старта. В начале 1980 г. главный конструктор ОКБ им. Яковлева заверил министра обороны Д.Ф. Устинова, что «близко к завершению создание нового СКВП (самолёт короткого взлёта и вертикальной посадки), превосходившего все существующие и перспективные зарубежные истребители». За этим последовали судьбоносные решения, одно из которых ударило и по концепции ТАВКР проекта 1143.5. Зам. начальника Генерального штаба адмирал Н. Амелько блокировал инициативы главкома ВМФ адмирала С. Горшкова по увеличению водоизмещения будущего корабля и доведения состава авиагруппы до 52 машин. О неблаговидной деятельности адмирала Н. Амелько в противостоянии адмиралу С. Горшкову написано достаточно, например, в мемуарах старшего строителя 705 заказа (НИТКА), впоследствии старшего строителя 106 заказа (ТАВКР «Варяг») Середина Алексея Ивановича.

В директиве Генштаба, подписанной Д. Устиновым, говорилось о переориентации авиагруппы проектируемой «пятерки» под СКВП и отказа от катапультного старта. В это время коллектив отделения взлетно-посадочных систем (ВПС) ЦНИИ судового машиностроения под руководством главного конструктора А. Булгакова успешно решал проблемы проектирования и испытания отдельных узлов первой отечественной паровой катапульты и полиспастно-гидравлического аэрофинишера. Автор этих строк - старший научный сотрудник отделения ВПС - мог бы многое рассказать о тех драматических моментах в разработке столь важных систем, об атмосфере в коллективе А. Булгакова в этой обстановке и полном наборе «добрых слов» в адрес «злого гения» отечественного авианосного строительства - адмирала Н. Амелько.

Отечественная палубная авиация пришла к трамплинному взлету своим, тернистым путем. Отвергая спекуляции некоторых «экспертов» о каком-то тупике или провале, который якобы потерпели отечественные конструкторы и КБ в создании паровой катапульты, вспомним, что попытка использовать зарубежный опыт трамплинного взлета изначально была ориентирована для реализации режима КВП самолетов СВВП палубного базирования. На этом этапе трамплинный взлет даже не рассматривался как альтернатива катапульте, и сама постановка проблемы в такой редакции была бы некорректной: не возникал даже вопрос «катапульта или трамплин» - слишком разные проблемы решали эти виды взлета.

К 1983 г. руководителям ОКБ им. Сухого и ОКБ им. Микояна стало понятно, что самолеты катапультного старта в кратчайшие сроки ими созданы не будут, а путевку на палубу пр.1143.5 самолеты Су-27К и МиГ-29К могут завоевать только стартуя с трамплина, для чего это право еще предстояло доказать на УТК НИТКА. Об этом прямо заявил генеральный конструктор ОКБ им. Сухого М. Симонов главкому ВМФ С. Горшкову во время его визита на полигон НИТКА в 1983 г. после эффектной демонстрации В. Пугачевым возможностей Су-27К: «Моему самолету катапульта не нужна». Конъюнктурность этого заявления вполне очевидна.

Перспектива использования катапультного старта ещё сохранялась на борту первого атомного авианосца «Ульяновск» (пр.1143.7), который ещё предстояло заложить в конце 1988 г. Годы спустя, когда дамоклов меч альтернативы «катапульта или трамплин» был занесен над «Ульяновском», адмирал С. Горшков с горечью произнёс: «Если мы и на «семерке» не поставим катапульту, история нам этого не простит» . В беседе с автором этих строк старший строитель авианосца (заказ 107) П.С. Герасимов с тревогой отмечал пагубность этого подхода: «Если катапульты будут ликвидированы на этом заказе, взамен мне придётся загрузить на борт корабля 2000 т балласта». Такова краткая предыстория вопроса «Катапульта или трамплин?».

Однако концептуальная неразбериха с формированием облика перспективного авианосца ВМФ РФ до сего дня не поставила точку в этих диспутах. В новом, утвердительном звучании эта дилемма, как оказалось, имеет компромиссное решение - «катапульта и трамплин» - именно такой вариант был предложен на Международном военно-морском салоне 2013 г. (СПб). В экспозиции ГНЦ «ЦНИИ им. Крылова» был представлен проект перспективного авианосца, в состав взлётно-посадочного комплекса которого включены два трамплина и четыре катапульты, причём две из них расположены перед низким трамплином. Последний аспект представленного проекта заслуживает отдельного рассмотрения: такое необычное сочетания систем взлёта, очевидно, позволит полнее использовать преимущества трамплина с сокращением дистанции разбега за счёт дополнительного импульса тяги катапульты, сопряжённой с трамплином. Следует ожидать, что стартующий ЛА сможет взлетать с максимально допустимой по перегрузкам передней стойки шасси заправкой топлива и вооружения. Предложенный вариант кардинально отличается от схемы организации полётов на ТАВКР «Кузнецов». Вместо трех позиций старта с трамплина предложенный вариант располагает четырьмя газоотражающими щитами (ГОЩ), что позволяет иметь четыре стартовых позиции для носового трамплина (две длинных и две коротких), либо четыре - для старта с катапульты, две из которых - укороченные - стартуют в сторону носового трамплина. Всё это свидетельствует, что отечественные кораблестроители не отказываются от концепции катапультного старта, в пользу которого говорит и возможное «оморячивание» истребителя пятого поколения Т-50. Не вызывает сомнений, что катапульта на перспективном авианосце будет работать на новых физических принципах - она станет электромагнитной, для чего предстоит выполнить немалый объем испытаний не только на масштабных лабораторных моделях, но и на полноразмерных опытных моделях в полигонных условиях. О характере и степени сложности этих работ можно судить по истории создания и полигонных испытаний на полигоне НИТКА первой советской катапульты, которую мы приводим в следующем разделе этой статьи. В основу этого описания положены также воспоминания главного конструктора отечественной катапульты и аэрофинишеров А.А. Булгакова (ОАО «Пролетарский завод», СПб).

Продолжение следует

Слово« катапульта» ассоциируется у большинства либо с древним метательным орудием, либо с системой экстренного спасения военных летчиков. При этом в тени остается другое гениальное изобретение — взлетная катапульта, устройство, которое разгоняет самолет, когда он сам взлететь не в силах.

Валерий Евсеев

Один из пионеров авиации — конкурент братьев Райт — профессор Сэмуэль Лэнгли. Именно он пытался построить первую катапульту для запуска самолетов

И хотя его попытки не завершились успехом, его наработки стали основой для современных катапульт

Плавучий аэропорт. Авианосец «Констеллэйшн» (Constellation), принятый на вооружение в 1961 году и принимавший участие во Вьетнамской войне, представлял грозную силу. До 2003 года

Пост управления катапультами находится фактически на уровне палуб, обеспечивает круговой обзор и защищен бронестеклами

В конце ХХ века самолеты потеснили корабельную артиллерию и стали универсальным инструментом ВМС. Современная паровая катапульта разгоняет 35-тонный самолет до 250 км/ч за 2,5 с на участке в 100 м. С помощью четырех катапульт, радиоэлектронного оборудования и хорошо обученных специалистов авианосец в светлое время суток может запускать два и принимать один самолет каждые 37 секунд. Но если катапульты перестанут работать, этот стотысячетонный корабль становится полным военным импотентом.

Первые шаги

С необходимостью разогнать самолет, чтобы он мог взлететь, столкнулись уже создатели первых аппаратов тяжелее воздуха. В 1894 году, за 10 лет до полета братьев Райт, Александр Белл (изобретатель телефона) и Сэмюэль Лэнгли (в то время ученый секретарь Смитсоновского института в Вашингтоне) наблюдали на берегу реки Потомак запуск модели самолета с паровым двигателем. Лэнгли дал команду, самолет «Аэродром номер 4» разогнался и… плюхнулся в реку.

После этого Лэнгли так сформулировал задачу, которая и по сей день стоит перед авиационными инженерами: «Самолету, как и птице, нужна определенная скорость для того, чтобы он начал использовать свой летательный механизм. Трудности с набором начальной скорости оказались значительными, а в обычных полевых условиях вообще превзошли все ожидания». Устройство, которое придумал Лэнгли, можно назвать прадедушкой всех авиационных катапульт: самолет был зафиксирован на тележке, которая катилась по двум деревянным рельсам длиной около 25 м. Разгонялась тележка с помощью троса, прикрепленного к спиральной пружине, снятой с трамвая, и пропущенного через систему полиспастов. Когда тележка доезжала до края взлетной полосы, замок открывался, и тележка двигалась дальше по инерции.

В 1903 году «Великий Аэродром», 300-килограммовая «птица со стальным хребтом и бензиновым двигателем», ждала своего запуска с катапульты, установленной на небольшой барже, принадлежавшей Сэмюэлю Лэнгли. Канат перерубили, пружины потянули самолет. Пилот-доброволец Мэтью Манли, помощник Лэнгли, позднее вспоминал: «Машина быстро, как молния, набрала скорость 35 км/ч. Когда самолет достиг конца разгонного участка, я почувствовал неожиданный удар, за которым наступило неописуемое ощущение свободного полета. Но я не успел насладиться этой радостью, поняв, что машина летит вниз под острым углом… Удар крыльями о воду был таким мощным, что я не сразу пришел в себя. К счастью, я не утонул». Замок катапульты, который удерживал самолет и должен был освободить его в момент окончания разгона, не сработал. «Аэродром» не смог набрать высоту и, подобно грузу на веревке, полетел в реку.

Первый успех

Уже через два месяца Лэнгли предпринял очередную попытку. Увы, на этот раз «Великий Аэродром» даже не добрался до конца разгонной площадки. Виноваты в этом были конструктивные недостатки самого самолета. Время не дало Лэнгли третьего шанса — у него кончились деньги (на катапульту он потратил $50 000!), и всего через девять дней после этой аварии самолет братьев Райт совершил первый успешный полет, разогнавшись по немудреному деревянному брусу (стоимостью в $4), используя двигатель и… сильный ветер. Братья Райт быстро поняли, что без ветра их самолет взлететь не может. Поэтому им пришлось создать первую работающую авиационную катапульту. Источником энергии был 500-кг груз, поднятый на высоту 5 м. Трос толщиной с палец шел от груза к полиспасту у основания опорной треноги, а потом вдоль направляющего бруса к самолету. При падении груза полиспаст увеличивал длину пробега в три раза до необходимых 15 метров. Это изобретение было очередным доказательством, что все гениальное просто.

Катапульта действовала настолько успешно, что братья Райт были убеждены: все будущие летательные аппараты тяжелее воздуха будут взлетать с помощью катапульты. Но со временем авиационные двигатели становились все совершеннее и мощнее, и европейские пилоты освоили бескатапультный взлет на пневматических шинах. Вскоре и братья Райт перешли на надувные колеса. Однако катапульты не только не исчезли, а расцвели буйным цветом там, где самолетам не хватало места для разгона. Основной сферой их деятельности стала палубная авиация.

Флотские эксперименты

В 1912 году Орвилл Райт написал письмо командованию только что созданной американской морской авиации. Новоиспеченные морские летчики плохо представляли, что нужно делать с полученными самолетами. В качестве временной меры Райт предлагал построить на боевых кораблях настил, который будет выполнять роль взлетно-посадочной полосы. Однако все понимали, что этот «потолок» в боевых условиях станет помехой пушкам. Идеальным решением был бы специальный большой корабль с полноразмерной взлетной полосой (который тогда называли «плавучий аэродром»), но было очевидно, что количество таких кораблей будет ограничено. Для небольших кораблей Райт предложил «систему запуска с использованием катапульты».

Моряки создали катапульту, основанную на пневматическом устройстве запуска торпед. Чего-чего, а уж сжатого воздуха на больших военных кораблях было предостаточно. В том же 1912 году была предпринята первая попытка катапультного взлета с военного корабля «Санти». К сожалению, военные плохо изучили опыт Лэнгли. Летающая лодка Curtiss A-1 располагалась на тележке так, что носовая часть оставалась свободной. При разгоне нос поднялся, самолет резко встал на дыбы и… рухнул в воду. После этого случая нос самолета стали фиксировать, а подачу воздуха регулировать специальным клапаном. Всего через четыре месяца военные осуществили первый катапультный старт со стационарной баржи, а в ноябре 1915 года самолет взлетел с помощью катапульты уже с двигающегося корабля.

В 1916 году 30-метровые катапульты были установлены на трех американских крейсерах («Северная Каролина», «Хантингтон» и «Сиэтл»). Катапульты занимали 20% площади верхней палубы и перекрывали половину пушек. В 1917 году, когда Америка вступила в Первую мировую войну, их убрали. Тогда преимущество катапульт и палубной авиации все еще не было очевидно.

От пневматики к гидравлике

В начале 1920-х стало очевидно, что без защиты с воздуха военные корабли становятся очень уязвимыми. Корабельные катапульты попали в большую политику. ВМС США получили усовершенствованную катапульту, которую обещали быстро поставить на все боевые корабли. Экспериментальная катапульта длиной 24 м, установленная на корабле «Мэриленд», могла разгонять самолет массой 1,6 т до 75 км/ч. Уже через несколько лет самолет массой 3,4 т стали разгонять до 100 км/ч на расстоянии в 17 м. К середине 1920-х ВМС США регулярно использовали катапульты на кораблях разного типа. Пусковую установку располагали на поворотном столе, который не мешал пушкам и позволял запускать самолеты против ветра. Сначала пневматические, а позднее пороховые газогенераторные стартовые установки обслуживали самолеты массой до 3,5 т. Этого было достаточно для ограниченной дальности и незначительного вооружения самолетов-разведчиков. Концепция катапультных стартов истребителей ушла в тень, основным приоритетом стало создание больших авианосцев, обеспечивающих взлет самолетов без катапульты.

На первом (экспериментальном) авианосце «Лэнгли», вступившем в строй в 1922 году, были установлены пневмокатапульты, но в 1928-м, после трех лет бездействия, их демонтировали. В 1925 году на воду спустили два уже серийных авианосца — «Лексингтон» и «Саратога». Благодаря тому, что скорость их достигала 30 узлов, самолетам для взлета было достаточно всего 120 м. Оставшаяся часть 270-метровой палубы использовалась для парковки и предполетной подготовки самолетов. Оба авианосца были оборудованы катапультами с маховиками. Электродвигатели раскручивали шеститонный маховик, который с помощью конического фрикционного механизма передавал запасенную энергию на разгонную тележку. Установка могла разогнать 4,5-тонный самолет до 90 км/ч, но ее основной проблемой оставалось заклинивание быстро вращающегося колеса. Катапульты на «Лексингтоне» и «Саратоге» редко использовались, и вскоре их тоже демонтировали. Запуск с большого плавучего аэродрома для самолетов того времени не представлял особых проблем, а вопрос, что будет, когда самолеты станут тяжелее и быстрее, мало кого волновал.

В сентябре 1931 года ВМС США стали разрабатывать пусковое устройство нового поколения, полностью расположенное под палубой, чтобы не мешать взлету и посадке. Сначала устройство работало на сжатом воздухе, потом были опробованы пороховые патроны-газогенераторы, а в 1934 году решили использовать гидравлику. Через пять лет после этого первые старты самолетов с новеньких кораблей «Йорктаун» и «Энтерпрайз» доказали успех этой концепции. Впервые в истории палубной авиации самолеты могли выруливать на стартовую позицию и стартовать на своих собственных колесах.

К сожалению, эти достижения мало кого интересовали, потому что моряки продолжали мусолить старую мысль о создании еще более скоростных и еще более крупных авианосцев, которые обойдутся без катапульт.

Назад к пару

Во время Второй мировой войны почти на всех истребителях наземного базирования, действующих на Тихом океане, были установлены узлы для катапультного старта. Развитие катапульт было одним из самых важных событий военного времени в проведении военно-морских операций. Сразу же после окончания войны, когда появились первые реактивные самолеты, не отличавшиеся хорошими взлетно-посадочными характеристиками, гидрокатапульты стали обязательными элементами даже на самых больших авианосцах. Тележки, тросы и полиспасты Лэнгли присутствовали и в этой конструкции. Масса самолетов увеличивалась, возрастали и требования к катапультам, увеличивалась их мощность, размеры и сложность. Они уже могли разгонять 6-тонные самолеты до 200 км/ч, а 28-тонные — до 115 км/ч. Оборудование работало на предельных нагрузках, что рано или поздно неизбежно должно было привести к неприятностям. В 1954 году на борту корабля «Бенингтон» произошел взрыв гидрокатапульты, в результате которого погибли 103 человека и были ранены еще 201. Гидрокатапульты достигли своего предела, но самолеты уже переросли его: 37-тонный Douglas A-3 Skywarrior, впервые запущенный катапультой «Бенингтона» за год до трагедии, превосходил возможности любой гидрокатапульты, существующей в природе.

В 1950 году англичанин Колин Митчелл разработал новую конструкцию пускового устройства, которое использовало старый добрый пар. Первые американские корабли, на которых были установлены паровые катапульты, — это авианосцы класса «Авраам Линкольн» (по четыре на каждом, общей массой 2000 т, столько весил эсминец времен Второй мировой). Паровые катапульты применяются и сейчас — именно такие стоят на самых современных авианосцах.

Электрическое будущее

Писатель Шерман Болдуин в книге о военно-морских летчиках, участвовавших в операции «Буря в пустыне», так описывал ночной старт: «Голову мою прижало к подголовнику кресла. Приборы стали нерезкими, глаза ушли в глазные впадины, самолет жестоко трясло, пока он наконец не вырвался в смоляную черноту ночи».

В самом начале старта пилот испытывает перегрузку в 6 g, а затем она быстро снижается до 3−4 g. Поскольку палубный самолет должен выдерживать большие нагрузки на старте, он обязан иметь дополнительный запас прочности, что увеличивает массу конструкции и ухудшает летные характеристики. Человеческий организм чувствителен к ускорениям, поэтому пилотов приходится отбирать и готовить по специальной программе. Плавное, без скачков, ускорение положительно сказывается не только на здоровье летчика, но и на продолжительности жизни самолета.

Чтобы решить этот вопрос, ВМС США разрабатывают электромагнитную авиационную пусковую установку, в которой самолет вместо паровых поршней будет разгоняться линейным индукционным двигателем (ЛИД). Этот принцип применяют на монорельсовых дорогах, а также в некоторых скоростных магнитно-левитирующих поездах, развивающих скорость до 400 км/ч. Основная трудность заключается в том, как получить достаточное количество энергии. Новому американскому авианосцу, который должен сойти со стапеля в 2014—2015 годах, потребуется 100 млн. джоулей только для одного пуска. Этой энергии достаточно, например, для того, чтобы метнуть легковой автомобиль на расстояние в 15 км. Новый «чисто электрический» авианосец CVN-21, мощность которого втрое больше, чем у любого авианосца класса «Нимиц», просто не может вырабатывать такое количество энергии. Однако ее можно накопить: электрогенераторы будут поставлять энергию в специальные накопители для каждой из катапульт. По команде электроэнергия поступит к ЛИД, в процессе разгона сегменты обмотки позади самолета будут отключаться, а впереди самолета — подключаться. Это поможет сэкономить энергию, а главное — точнее управлять разгоном. В конце разгона тележку будет останавливать не гидротормоз, как в паровой системе, а электрические силы.

Электромагнитная установка имеет производительность на 29% больше, чем паровая, и она в состоянии разогнать 45-тонный самолет до скорости 250 км/ч. Предполагается, что более мягкий режим запуска позволит увеличить ресурс самолета на 30%. Новинка позволит сделать больше вылетов при меньшем количестве технического персонала. Все это звучит привлекательно, однако еще неизвестно, как эта система будет работать в реальных условиях в море. Смогут ли экраны надежно защитить людей, работающих рядом с катапультой? Как электронное оборудование корабля и самолетов будет реагировать на такие мощные электрические установки? ЛИД изучены гораздо меньше, чем паровые машины, поэтому на военно-морской базе в городе Лейкхерс, штат Нью-Джерси (мировой столице катапультного дела) сейчас строится полноразмерная наземная электромагнитная катапульта.

Но несмотря на большой опыт в строительстве авианосцев, США не являются «монополистом» в области катапульт. О европейском, японском и советском опыте строительства катапульт читайте в следующих номерах журнала.

В последние годы регулярно поднимается тема строительства нового российского авианосца, но пока дальше разговоров дело не идет. Время от времени появляются различные , хотя в планах военных пока не предусмотрено финансирование строительства корабля с авиационной группой. На днях информационное агентство ИТАР-ТАСС опубликовало интервью с генеральным директором Невского проектно-конструкторского бюро Сергеем Власовым, из которого стало известно о новых работах в направлении создания перспективного авианосца.

Корреспондент ИТАР-ТАСС и руководитель Невского ПКБ говорили о будущем отечественных и зарубежных авианосцев, а также затронули ряд важных тем. Пожалуй, самыми интересным моментом интервью является заявление С. Власова о том, что некая отечественная организация уже занимается исследованиями по тематике электромагнитной катапульты для перспективных авианосцев. Гендиректор Невского ПКБ не уточнил, кто именно занимается перспективным проектом, равно как и не раскрыл никаких подробностей этих работ.

С. Власов отметил, что перспективные отечественные авианосцы, вероятно, будут нуждаться в катапульте для запуска самолетов. Кроме того, понадобятся соответствующие самолеты. Точный облик авианосца и самолетов для него пока не определен, но уже ведутся работы в области электромагнитных катапульт. Сколько времени займет реализация этого проекта – пока не вполне ясно. Как показывает зарубежный опыт, создание электромагнитной катапульты является достаточно сложной задачей. К примеру, американские инженеры создавали и доводили такую систему больше десяти лет.

Гендиректор Невского ПКБ также отметил пока невысокую надежность перспективных систем. При всех своих преимуществах, как следует из открытых источников, электромагнитные катапульты пока проигрывают паровым в надежности чуть ли не на два порядка. Электромагнитные системы пока не слишком надежны, из-за чего число критических отказов на определенное количество циклов работы пока слишком велико.

Из слов С. Власова также следует, что в настоящее время в нашей стране разрабатывается только электромагнитная катапульта для авианосцев. Паровые системы аналогичного назначения сейчас не интересуют отечественных ученых и конструкторов. Глава Невского ПКБ пояснил это некоторыми особенностями работы паровых катапульт. Подобные системы нуждаются в ядерной энергетической установке корабля, которая производит для них пар. Что касается электромагнитной системы, то она легче, компактнее и плавней разгоняет самолет, а ее характеристики можно регулировать в зависимости от веса самолета.

По мнению С. Власова, использование катапульт может не оказать серьезного влияния на облик перспективного авианосца. В качестве примера он привел американские корабли, каждый из которых несет по четыре катапульты: две на носу и две на угловой палубе. Перспективный отечественный авианосец может сохранить трамплин в носовой части полетной палубы, а также получить две катапульты на угловой.

Руководитель Невского ПКБ полагает, что пока рано говорить о стоимости готовой электромагнитной катапульты российской разработки. Такая система состоит из нескольких компонентов (собственно катапульта, высоковольтное оборудование, генераторы и т.д.), из-за чего трудно оценивать ее итоговую стоимость. Кроме того, на цене системы может сказаться количество кораблей. Чем большие объемы будет иметь серия, тем меньше окажется стоимость каждой катапульты.

Если тема электромагнитной катапульты получит дальнейшее развитие, то площадкой для испытаний такой техники, по мнению С. Власова, может стать один из российских наземных тренажеров. Соответствующее оборудование может быть установлено и испытано на комплексе НИТКА в Крыму или в Ейске.

Несмотря на то, что строительство нового отечественного авианосца пока является делом достаточно далекого будущего, сообщения о работах над электромагнитной катапультой для подобных кораблей выглядит очень любопытно. Это означает, что оборонные предприятия уже занимаются различными исследованиями, которые в будущем помогут создать проект корабля с авиационной группой на борту.

Следует отметить, что работы по созданию катапульты являются в некотором смысле продолжением проектов, которые создавались еще в восьмидесятых годах. Авианосец «Ульяновск», который так и не был достроен, предполагалось оснастить паровыми катапультами. Благодаря этим системам корабль мог бы обеспечивать работу самолетов нескольких типов. Дело в том, что применявшийся ранее взлетный трамплин может использоваться только самолетами с высокой тяговооруженностью, а это накладывает ограничение на состав авиационной группы корабля. Авианосцы с катапультами менее требовательны с такой точки зрения.

Зарубежный опыт, прежде всего американский, наглядно показывает преимущества, которые дает использование катапульт. Паровые системы этого класса в течение последних десятилетий активно используются на кораблях ВМС США и обеспечивают им большую гибкость применения.

Новейшим американским проектом в области катапульт для авианосцев является электромагнитная система EMALS, созданная для корабля USS Gerald R. Ford (CVN-78). Утверждается, что катапульты этой системы позволят самолетам корабля осуществлять не менее 160 вылетов в день вместо 120 вылетов для авианосцев с паровой катапультой. Это должно соответствующим образом сказаться на эффективности боевой работы как самого авианосца, так и авианосной ударной группы, в которую он входит.

В начале этого года появились сообщения о похожей разработке за авторством китайских специалистов. В зарубежных СМИ сообщалось, что Китай построил наземный испытательный комплекс, оснащенный прототипом перспективной электромагнитной катапульты. Подробности китайского проекта неизвестны. Длина опытной катапульты оценивается в 120-150 метров при длине электромагнитных направляющих около 100 метров.

Таким образом, ведущие страны мира, намеревающиеся развивать свой авианосный флот, собираются отказываться от устаревающих паровых катапульт, переходя на использование электромагнитных. Преимущества новых систем перед старыми очевидны и уже не вызывают сомнений. Тем не менее, создание электромагнитной катапульты является достаточно сложной задачей, поскольку этот агрегат потребляет огромное количество электроэнергии и поэтому требует особого подхода к созданию энергосистем корабля.

Теоретически авианосец с паровой или электромагнитной катапультой может быть оснащен паротурбинной силовой установкой, однако она не позволит вывести характеристики систем на требуемый уровень. Ожидаемый эффект может быть достигнут только при использовании ядерной энергетической установки, что наглядно показывает американский опыт. Пока рано рассуждать на тему облика перспективного российского авианосца, но уже сейчас можно предположить, что разрабатываемая электромагнитная катапульта – если она дойдет до практического применения – будет использоваться на корабле с ядерной энергоустановкой.

Тем не менее, все это лишь предположения. Разработка нового российского авианосца еще не началась, и пока нет точной информации, какие системы будут применяться на нем. При этом следует признать, что сведения о создании электромагнитной катапульты могут быть свидетельством того, что сейчас ведутся некоторые предварительные работы по авианосной тематике. Подобные предварительные исследования и разработки помогут сформировать технические требования и облик перспективного авианесущего корабля, строительство которого начнется в будущем.

По материалам сайтов:
http://itar-tass.com/
http://lenta.ru/
http://ria.ru/