【深度分析】先进武器升降机问题拖累“福特”

 

2021-04-13 23:28

  作为美海军“福特”号航母关键新技术之一的先进武器升降机仍存在软件设计导致的可靠性问题,目前舰上仅有两部先进武器升降机交付海军。尽管美海军正通过建设陆上试验场和数字孪生技术等查找问题和促进技术成熟,但彻底解决问题仍需较长时间,将影响“福特”号航母训练及首次投入部署的进度。

  1975年首次服役的“尼米兹”级航母,在服役过程中不断升级改造,到20世纪末,其排水量及电力储备的使用已临近极限,新技术植入日益困难;另外美国认为该级航母的作战能力,特别是舰载机出动架次率仍不能满足要求。因此,美国从1993年开始启动“福特”级航母项目。

  美国海军认为“尼米兹”级航母舰上物流(尤其是弹药保障)系统的设计和技术是限制该型航母能力的一个重要因素。为此,在新一代航母的研制中,美国对物流系统进行了重新布局设计,并引入新的技术提升物流速度。先进武器升降机作为“福特”级航母的关键新技术之一,可大幅提升弹药在舰内垂直方向上的出入库速度,同时减少弹药保障系统的运行维护需求。

  “尼米兹”级航母上的武器升降机通过电动钢丝绳或电动液压装置产生的动力移动,这类型的升降机起降速度慢、维修复杂、运力有限。先进武器升降机不需要绳索,而利用电磁力移动,具有显著的技术优势。

  先进武器升降机的关键部件为永磁同步直线电机。该直线电机的初级沿着升降机井道内壁布置,每个初级的两侧都有钢轨,用途是引导升降机平台的导向轮和支持机械制动装置的工作;次级永磁阵列固定在升降机平台上,永磁体依靠来自初级的吸引力使悬置的导向轮紧贴在钢轨上。当由微处理器控制的变换器向初级供电时,初级线圈产生一个可以沿初级移动的电磁场,且磁场产生的位置与永磁体的运动位置保持一致。先进武器升降机的控制系统可实时获取永磁体的精确位置,产生可控的推力和速度。当电力失效时,升降机可以利用紧急机械制动装置进行制动。下图为先进武器升降机的模型和全尺寸样机。

  与“尼米兹”级航母的武器升降机相比,“福特”级航母的先进武器升降机具有如下优点:

  1、平台面积大,载重能力强。先进武器升降机的平台长约5.9米,宽约2.4米,载重能力约10.9吨,单部载重和速度均为“尼米兹”级的2倍以上;

  3、不需要缆索或电缆连接到升降机平台上,可以在垂直升降通道上安装横向隔离门,更有利于保证弹药库和各层甲板的安全。

  2005年10月,美国诺斯罗普·格鲁曼公司选择联邦设备公司和电磁移动公司为“福特”级航母设计和制造先进武器升降机。同年,诺斯罗普·格鲁曼公司完成了先进武器升降机样机的功能验证,该样机是一个全尺寸、四分之一载重能力的武器升降机。2011年,联邦设备公司和电磁移动公司完成“福特”号航母11部先进武器升降机的生产。

  2017年7月航母交付海军后,舰上所有11台武器升级机虽然已经安装,但船厂并未向海军交付这些升降机,在为期的一年试验期间,它们都未投入使用。2018年7月,“福特”号进入试航后维修阶段。由于武器升降机和推进系统的严重问题,原计划为期一年的试航后维修被延长到15个月。据美国海军研究院新闻网(USNI)报道,先进武器升降机主要面临的是软件设计带来的可靠性问题。

  美国海军部长在2019年1月曾向美国总统特朗普承诺“先进武器升降机可在今年夏季末之前解决,否则可以开除我”。但截至目前,海军仅接收了两部先进武器升降机。据2019年5月29日美国海军研究院新闻网的最新报道,“福特”号在今年10月中旬离开纽波特纽斯船厂时仍将仅有部分武器升降机可用。美海军后续仍需开展持续的工作来完全解决先进武器升降机的问题。

  不同于电磁弹射装置和先进阻拦装置等新技术,先进武器升降机在研制阶段并未搭建陆上试验平台。美国海军亡羊补牢,目前正在费城海军水面战中心建设先进武器升降机的陆上试验场,已签订合同于2020年完成建造、测试和交付。同时,在纽波特纽斯船厂搭建了数字化孪生系统。两者都可用于辅助查找先进武器升降机的问题并促进技术成熟。

  “福特”号航母原计划在2019年夏季完成试航后维修,2019年剩下的时间及2020年开展试验训练,使舰员达到可部署状态。先进武器升降机对于舰上的弹药保障至关重要,如果其问题未得到彻底解决,航母将无法进入实弹部署状态。先进武器升降机的问题显然将影响“福特”号航母训练部署的进度。

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