Sistema electromagnético de lanzamiento de aeronaves

El EMALS utiliza un motor de inducción lineal (LIM), que emplea corriente alterna (CA) para generar campos magnéticos que impulsan un carro a lo largo de una vía para lanzar la aeronave. ^{[ 5 ] [ 6 ]} El EMALS consta de cuatro elementos principales: ^{[ 7 ]} El motor de inducción lineal consta de una fila de bobinas estatoras con la misma función que las bobinas estatoras circulares de un motor de inducción convencional. Al energizarse, el motor acelera el carro a lo largo de la vía. Solo la sección de las bobinas que rodea el carro está energizada en un momento dado, minimizando así las pérdidas reactivas . El LIM de 300 pies (91 m) del EMALS puede acelerar una aeronave de 100 000 libras (45 000 kg) a 130 nudos (240 km/h; 150 mph) . ^{[ 6 ]}     

Durante un lanzamiento, el motor de inducción requiere un gran pico de energía eléctrica que excede lo que la propia fuente de energía continua del barco puede proporcionar. El diseño del sistema de almacenamiento de energía EMALS compensa esto extrayendo energía del barco durante su período de recarga de 45 segundos y almacenando la energía cinéticamente mediante los rotores de cuatro alternadores de disco ; el sistema luego libera esa energía (hasta 484  MJ) en 2-3 segundos. ^{[ 8 ]} Cada rotor entrega hasta 121 MJ (34 kWh) (aproximadamente el equivalente a un galón de gasolina ) y puede recargarse en 45 segundos después de un lanzamiento; esto es más rápido que las catapultas de vapor. ^{[ 6 ]} Un lanzamiento de máximo rendimiento utilizando 121 MJ de energía de cada alternador de disco reduce la velocidad de los rotores de 6400 rpm a 5205 rpm. ^{[ 8 ] [ 9 ]}      

Durante el lanzamiento, el subsistema de conversión de energía libera la energía almacenada de los alternadores de disco mediante un cicloconvertidor . ^{[ 6 ]} El cicloconvertidor proporciona una frecuencia y un voltaje ascendentes controlados al motor lineal de inducción (LIM), energizando solo la pequeña porción de las bobinas del estator que afectan al carro de lanzamiento en un momento dado. ^{[ 8 ]}

Los operadores controlan la potencia mediante un sistema de bucle cerrado . Sensores de efecto Hall en la pista supervisan su funcionamiento, lo que permite al sistema asegurar que proporciona la aceleración deseada. El sistema de bucle cerrado permite que el EMALS mantenga una fuerza de remolque constante, lo que ayuda a reducir las tensiones de lanzamiento en la estructura del avión. ^{[ 6 ]}

La Fase 1 de las Pruebas de Compatibilidad de Aeronaves (ACT) concluyó a finales de 2011 tras 134 lanzamientos (de aeronaves como el F/A-18E Super Hornet, el T-45C Goshawk, el C-2A Greyhound, el E-2D Advanced Hawkeye y el F-35C Lightning  II) utilizando el demostrador EMALS instalado en la Estación de Ingeniería Aeronaval de Lakehurst . Al finalizar la ACT  1, el sistema se reconfiguró para que fuera más representativo de la configuración real del buque a bordo del USS Gerald R. Ford  , que utilizará cuatro catapultas que comparten varios subsistemas de almacenamiento y conversión de energía. ^{[ 10 ]}

• 1-2 de junio de 2010: Lanzamiento exitoso de un McDonnell Douglas T-45 Goshawk . ^{[ 11 ]}
• 9-10 de junio de 2010: Lanzamiento exitoso de un Grumman C-2 Greyhound . ^{[ 12 ]}
• 18 de diciembre de 2010: Lanzamiento exitoso de un Boeing F/A-18E Super Hornet . ^{[ 13 ] [ 14 ]}
• 27 de septiembre de 2011: Lanzamiento exitoso de un Northrop Grumman E-2D Advanced Hawkeye . ^{[ 15 ] [ 16 ]}
• 18 de noviembre de 2011: Lanzamiento exitoso de un Lockheed Martin F-35 Lightning II . ^{[ 17 ]}

La Fase 2 del ACT comenzó el 25 de junio de 2013 y concluyó el 6 de abril de 2014 tras otros 310 lanzamientos (incluidos los del Boeing EA-18G Growler y el McDonnell Douglas F/A-18C Hornet , así como otra ronda de pruebas con tipos de aeronaves previamente lanzadas durante la Fase  1). En la Fase  2, se simularon diversas situaciones en portaaviones, incluidos lanzamientos descentrados y fallos planificados del sistema, para demostrar que las aeronaves podían alcanzar la velocidad final y validar la fiabilidad crítica del lanzamiento. ^{[ 10 ]}

• Junio ​​de 2014: La Armada completó las pruebas del prototipo EMALS de 450 lanzamientos de aeronaves tripuladas, que involucraron a todos los tipos de aeronaves embarcadas de ala fija del inventario de la USN, en la Base Conjunta McGuire-Dix-Lakehurst durante dos campañas de Pruebas de Compatibilidad de Aeronaves (ACT).
• Mayo de 2015: Se realizaron las primeras pruebas a bordo del buque a máxima velocidad. ^{[ 18 ]}

En 2013, en el sitio de pruebas de Lakehurst, Nueva Jersey, fallaron 201 de 1967 lanzamientos de prueba, lo que representa una tasa de falla del 10 % para la serie de pruebas. Teniendo en cuenta el estado del sistema en ese momento, las cifras más optimistas disponibles en 2013 mostraron que EMALS tiene una tasa de falla promedio de 1 en 240 ciclos. ^{[ 29 ] : 188}

Según un informe de marzo de 2015, "Basándose en el crecimiento de confiabilidad esperado, la tasa de fallas para el último promedio de ciclos entre fallas críticas reportado fue cinco veces mayor de lo esperado. A agosto de 2014, la Armada informó que se habían realizado más de 3017 lanzamientos en el sitio de pruebas de Lakehurst, pero no proporcionó al DOT&E [Director de Pruebas y Evaluación Operativas] una actualización de las fallas". ^{[ 30 ]}

En la configuración de prueba, el EMALS no podía lanzar aviones de combate con tanques de combustible externos instalados. "La Armada ha desarrollado soluciones para corregir estos problemas, pero las pruebas con aeronaves tripuladas para verificar las soluciones se han pospuesto hasta 2017". ^{[ 31 ]}

En julio de 2017, el sistema fue probado con éxito en el mar a bordo del USS Gerald R.  Ford . ^{[ 32 ]}

Un informe del DOT&E de enero de 2021 declaró: "Durante los 3975 lanzamientos con catapulta [...] el EMALS demostró una fiabilidad alcanzada de 181 ciclos promedio entre fallos de misión operacionales (MCBOMF) [...] Esta fiabilidad está muy por debajo del requisito de 4166 MCBOMF". ^{[ 33 ]} El EMALS se avería con frecuencia y no es fiable, informó el director de pruebas del Pentágono, Robert Behler, después de evaluar 3975 ciclos en el USS Gerald R.  Ford desde noviembre de 2019 hasta septiembre de 2020. ^{[ 34 ]}

En abril de 2022, el contralmirante Shane G. Gahagan del Comando de Sistemas Aéreos Navales dijo que, a pesar de los informes en contrario, el sistema está funcionando bien y ha logrado 8500 "cats and traps" en el USS Gerald R.  Ford en los últimos dos años. ^{[ 35 ]}

El 25 de junio de 2022 se alcanzó el hito importante de 10 000 lanzamientos de catapulta y aterrizajes con detención exitosos a bordo del USS Gerald R.  Ford . ^{[ 36 ] [ 37 ]}

Un informe de la GAO de junio de 2022 afirmaba: «La Armada también sigue teniendo problemas con la fiabilidad del sistema electromagnético de lanzamiento de aeronaves y el avanzado sistema de frenado necesario para cumplir con los requisitos de despliegue rápido de aeronaves». El informe también indicaba que la Armada no esperaba que el EMALS y el AAG alcanzaran los objetivos de fiabilidad hasta la década de 2030. ^{[ 38 ]}

Una actualización del año fiscal 2023 indicó que "la fiabilidad del EMALS observada por DOT&E se mantuvo constante con respecto a las pruebas de desarrollo recientes (460 MCBOMF en el año fiscal 2021 y 614 MCBOMF en el año fiscal 2022). A pesar de las mejoras de ingeniería en el hardware y el software, la fiabilidad no ha cambiado apreciablemente con respecto a años anteriores y la dependencia del soporte técnico externo sigue siendo un desafío". ^{[ 33 ]}