Mélyépítés
Az első elektromos autók 1828-ban jelentek meg a belső égésű motoros (ICE) autók előtt. A XNUMX. század elején az elektromos járművek a teljes amerikai autópark több mint egyharmadát tették ki. Ezután azonban fokozatosan kezdték elveszíteni a teret, engedve az autóknak a hatótávolság, a könnyű tankolás és egyéb paraméterek tekintetében.
Két 50 kilowattos motorral és száz két voltos akkumulátorcellával felszerelt elektromos autón a belga versenyautó, Camille Genatsi 29. április 1899-én először történetek elérte a 100 km/h sebességet
Az elektromos járművek tervezésére több lehetőség is megvalósítható. Egy klasszikus elektromos autó a töltőállomáson feltöltött akkumulátorokból kapja az áramot. A külső villamosenergia-ellátással rendelkező elektromos jármű külső vezetőktől érintkezés útján vagy elektromágneses terek segítségével kap elektromos áramot. Az elektromos jármű akkumulátorainak feltöltéséhez generátoros belső égésű motort lehet beépíteni, vagy folyékony vagy gáz halmazállapotú tüzelőanyagból közvetlenül, katalitikus tüzelőanyag-cellák segítségével lehet áramot előállítani. A fenti sémák mindegyike többféleképpen kombinálható.
Időről időre újra megindult az érdeklődés az elektromos járművek iránt, általában a kőolajtermékek drágulása idején, de gyorsan elenyészett: a belső égésű motorral szerelt autók kimaradtak a versenyből. Ennek eredményeként az elektromos meghajtású berendezések széles körben elterjedtek a külső villamosenergia-ellátású közlekedés szegmensében: elektromos vonatok, villamosok, trolibuszok, valamint a raktári berendezések résében.
Külön szegmensként kiemelhetők a speciális berendezések, például a 100 tonnát meghaladó teherbírású bányászati dömperek, amelyek elektromechanikus erőátvitelt használnak.
BELAZ-75710 bányászati dömper, 450 tonna teherbírással. Az erőműben két elektromos generátor található, amelyek mindegyike egy V-alakú, tizenhat hengeres MTU Detroit Diesel 16V4000 dízelmotorhoz csatlakozik, amelynek teljesítménye 1715 kW (2330 LE), az előállított áramot négy motorkerékre vezetik. egyenként 1200 kW teljesítményű
A XNUMX. század elején az elektromos járművek iránti érdeklődés új szintre emelkedett. Nem az olajtermékek drágulása volt a meghatározó, hanem a környezetvédők követelése a káros kibocsátás csökkentésére. A sokak által imádott (gyűlölt) amerikai Tesla cég, Elon Musk lett az a gyártó, amely a lehető legnagyobb mértékben átnyergelte a „környezeti hullámot”.
De akárhogyan is bánik Elon Muskkal, nem tagadható, hogy a Tesla nagyszerű munkát végzett: az autópiac külön szegmense jött létre, az elektromos autók olyan irányvonalakká váltak, amelybe az autóóriások aktívan kezdtek befektetni. Ha valamilyen irányú fejlesztések aktívak, akkor előbb-utóbb meglesz az eredmény. Lesznek új, megnövelt kapacitású, nagy töltési sebességű és kiterjesztett hőmérsékleti alkalmazási tartományú akkumulátorok, hatékonyabb és kompaktabb villanymotorok, kis rugózatlan tömegű motorkerekekbe helyezhető integrált sebességváltókkal és egyéb fejlesztésekkel.
Kétségtelen, hogy belátható időn belül az elektromos járművek szinte felváltják az ICE autókat, és nem környezetvédelmi okokból, hanem az elektromos járművek általános műszaki fölénye miatt.
Tesla-X elektromos autó
Katonai felszerelés
1917-ben a francia FAMH cég 400 darabot gyártott tankok "Saint Chamond" "Crochat Collendeau" elektromos sebességváltóval, amelyben a Panhard benzinmotor közvetlenül egy elektromos generátorhoz volt csatlakoztatva, amely két villanymotort adott árammal, amelyek mindegyike egy hajtókerékhez és egy hernyómozgatóhoz volt csatlakoztatva. Szintén 1917-ben tesztelték az Egyesült Királyságban a Daimler és a brit Westinghouse cégek elektromos hajtóműves tankját.
A későbbi példák közé tartozik a 65 tonnás német „Ferdinand” („Elefánt”) nehéz önjáró tüzérségi tartó (ACS). A Ferdinand erőműben két V-alakú, 12 hengeres vízhűtéses Maybach HL 120 TRM karburátoros motor kapott helyet, egyenként 265 LE teljesítménnyel. s., két Siemens-Schuckert Type aGV elektromos generátor 365 V feszültséggel és két Siemens-Schuckert D149aAC 230 kW teljesítményű vontatómotor, amelyek a hajótest hátsó részében helyezkednek el, amelyek mindegyik kerekét csökkentett erővel hajtotta bolygórendszer szerint készült fogaskerék.
SAU "Ferdinand"
A Ferdinánd viszonylagos újdonságára nem sok panasz lehet a munkájára. Emiatt megfigyelhető a klasszikus kivitelű erőművekhez képest nagyobb bonyolultság és költség, valamint a jelentős mennyiségű réz használatának szükségessége, ami Németországban kevés.
A „Ferdinand” önjáró fegyverek mellett az elektromos meghajtás alkalmazását is fontolóra vették a 188 tonnás német „Maus” („Egér”) szupernehéz tartályban.
Ugyanebben az időszakban a Szovjetunióban a KV-1 harckocsi alapján egy kísérleti EKV nehéz harckocsit fejlesztettek ki elektromechanikus erőművel. Az EKV harckocsi műszaki tervét 1941 szeptemberében dolgozták ki, majd 1944-ben tesztelték az EKV harckocsi prototípusát. Feltételezték, hogy az elektromechanikus sebességváltó használata a tartályon csökkenti az üzemanyag-fogyasztást, javítja a tartály manőverezhetőségét és dinamikus jellemzőit.
Az EKV tartály elektromechanikus erőátvitelének összetétele egy V-502K dízelmotorhoz csatlakoztatott DK-2B indító-generátort és két DK-301V vontatómotort tartalmazott, két véghajtással és vezérlőberendezéssel.
Egy EKV tank képe
A teszteredmények szerint az EKV tartály kialakítását nem megfelelőnek ismerték el, és a projekten végzett munka lerövidült.
Az "elektromos" tankok projektjeit Nagy-Britanniában, az USA-ban, a Szovjetunióban, Németországban és Franciaországban, valamint más országokban hajtották végre a XNUMX. század során. Mindazonáltal jelenleg a hagyományos elrendezésű tankok és páncélozott járművek maximális fejlesztést értek el.
Előnyök és kilátások
Miért térnek vissza folyamatosan a földi harcjárművek elektromos meghajtásának kérdése a lezárt kísérleti projektek nagy száma ellenére?
Egyrészt olyan technológiák fejlődése zajlik, amelyeknek az elektromos meghajtási rendszerekben való alkalmazása lehetővé teszi, hogy olyan pozitív eredményekre számítsunk, amelyek korábban elérhetetlenek voltak. Állandó mágneses és indukciós motorok, nagy hatásfokú elektromos generátorok, áramelosztó rendszerek, gyorstöltő akkumulátorok és még sok más fejlesztés alatt áll.
Az amerikai HELV Motors (Buddha Energy Inc.) nagy teljesítményű villanymotorja
Mostanában nemcsak elektromos meghajtású földi járművekről beszélünk, hanem teljesen elektromos repülőgépek létrehozásáról is egészen a meglehetősen nagy utasmodellekig.
Valamivel több mint 50 kg súlyú, 260 kW teljesítményű Siemens villanymotor, könnyű használatra tervezve repülés
Másrészt egyre nagyobb igény mutatkozik azokra az előnyökre, amelyeket a földi harci felszerelések elektromos meghajtása nyújthat:
- a harcjármű rugalmas elrendezésének lehetősége a tengelyek által biztosított merev mechanikus csatlakozású egységek elektromos átvitelének hiánya miatt;
- a katonai felszerelések megnövekedett túlélőképessége a redundáns elektromos átviteli alkatrészek lehetősége miatt;
- a tűzveszélyes hidraulikus hajtások elhagyásának lehetősége az elektromos hajtások javára;
- a katonai felszerelések mozgásának lehetősége az út korlátozott szakaszain maximális álcázási módban, minimális leleplezéssel hang- és hőjelzésekkel;
- az energia visszanyerésének lehetősége fékezés közben;
- az elektromos sebességváltóval felszerelt páncélozott járművek legjobb dinamikus jellemzői és átjárhatósági paraméterei;
- az elektromos meghajtású páncélozott járművek könnyebb irányíthatósága;
- az egyre növekvő mennyiségű felszerelés, érzékelők, fejlett fegyverek megfelelő mennyiségű áramellátásának képessége.
Nézzük meg közelebbről ezeket az előnyöket. A fő energiaforrás - dízel vagy gázturbina, az elektromos sebességváltóval szerelt autókban hosszabb erőforrással és hatékonysággal rendelkezik, mivel kezdetben kiválasztható az optimális motorfordulatszám, amelynél minimális kopás és maximális üzemanyag-hatékonyság érhető el. A gyorsítás és az erőteljes manőverezés során megnövekedett terhelést puffer akkumulátorok kompenzálják.
Például egy nagy sebességű gázturbina telepíthető generátorral kombinálva, amely „be / ki” üzemmódban működik a pufferelemek újratöltéséhez, a sebesség megváltoztatása nélkül.
Az elektromos sebességváltóban nincs szükség terjedelmes tengelyek és sebességváltók felszerelésére. Az elektromos sebességváltóban csak motor-villanygenerátor és villanymotor-kerék párban lehetséges a mechanikus csatlakozás, de ezek a blokkok egyetlen egységként is elkészíthetők. A többi egység csatlakoztatása rugalmas kábelekkel történik.
Elektromos sebességváltó elrendezési lehetőségek
A mechanikus csatlakozásokkal ellentétben az elektromos csatlakozások többször is redundánsak lehetnek. Például a hajótest kialakításának szakaszában védett kábelcsatornák fektethetők le, amelyekben egy univerzális táp- és adatbusz kap helyet, beleértve a táp- és adatkábeleket.
A kábelcsatornák a tok belső részének kerülete mentén páncélozott burkolatokba helyezhetők, amelyek többszörös redundanciát biztosítanak az áramellátásban és az adatátvitelben
Az energiaforrások, az ellátási és kommunikációs csatornák, valamint a motorok és légcsavarok nagyobb valószínűséggel történő térbeli elválasztása lehetővé teszi a harcjármű számára, hogy megőrizze a mobilitást és a helyzetfelismerést, ha sérült, ami biztosítja a harcjármű kivonásának lehetőségét a tűz zónából. és evakuálás a csatatérről.
Az elektromos sebességváltóval felszerelt földi páncélozott járművek túlélőképessége egy vagy több szögből történik
A hidraulikus hajtások elvetése az elektromos helyett a szárazföldi harcjárművek túlélőképességét is növeli, mind az utóbbiak kisebb tűzveszélyessége, mind nagyobb megbízhatósága miatt. Az orosz légierő azt tervezi, hogy 57-ig felhagy az ötödik generációs Szu-2022-es vadászgép hidraulikus hajtásaival.
A pufferelemek jelenléte lehetővé teszi a mobilitás fenntartását a fő motor bekapcsolása nélkül, bár meglehetősen korlátozott ideig. Ez lehetővé teszi az ígéretes harcjárművek számára, hogy új taktikai forgatókönyveket valósítsanak meg a lesből történő harci műveletek végrehajtásához, amikor a páncélozott jármű készenléti üzemmódban teljes harci készenlétben van, miközben a hőjelzése a környezeti hőmérséklethez hasonlítható lesz.
Az erőmű fűtése nagymértékben leleplezi a páncélozott járműveket a hőtartományban
Az akkumulátorok a fő erőmű meghibásodása esetén is mozgási lehetőséget biztosítanak, ami lehetővé teszi, hogy a páncélozott járművek maguk hagyják el a csatateret. Egyes esetekben az elektromos sebességváltóval rendelkező harci jármű evakuálásához elegendő csak egy külső áramforráshoz csatlakoztatni. Például egy páncélozott mentőjármű ily módon egyidejűleg két másik páncélozott járművet is evakuálhat, amelynek elektromos átvitele részben megsérült, pusztán a tápkábelek áthelyezésével.
A polgári elektromos járművekhez hasonlóan az elektromos sebességváltóval ellátott páncélozott járművek is képesek fékezés közben energiát nyerni.
Az elektromos hajtóművel szerelt szárazföldi harcjárművek jobb mobilitási és irányíthatósági jellemzőkkel rendelkeznek a hajtóegységekhez való fokozatmentes erőátvitel, valamint a jobb oldali villanymotorok közötti rugalmas energiaelosztás miatt. Például egy kanyar során a lemaradt oldal villanymotorjának teljesítménycsökkenését a bejövő oldal villanymotorjának teljesítményének növekedése kompenzálja.
Az elektromos átvitel egyik legfontosabb előnye az energiaellátás képessége lesz berendezések és érzékelőkpéldául radarállomások (RLS) egy aktív védelmi komplexum felderítésére, irányítására és teljes körű védelmére.
Radar aktív fázisú antennasorral (AFAR) az Armata platform T-14 harckocsijának toronyján
Rövid távon a szárazföldi harcjárművek szerves részévé válik lézer fegyverek, amely nagymértékben képes semlegesíteni a kisméretű pilóta nélküli légijárművek (UAV), a páncéltörő irányított rakéták és a hő- és optikai irányítófejekkel ellátott kazettás lőszerek által okozott fenyegetést.
Stryker MEHEL harci lézerrendszer, amelyet kis UAV-ok megsemmisítésére terveztek
A hő- és optikai hullámhossz-tartományban lévő páncélozott járművek aktív álcázórendszereihez elektromos áramra is szükség lehet.
A fejlett páncélozott járművek felszerelhetők aktív álcával a termikus és optikai hullámhossz tartományban
Álláspontja
Az elektromos meghajtású földi harcjárművek létrehozása valószínűleg elkerülhetetlenné válik, ahogy a technológia fejlődik, és a fedélzeti berendezések és fegyverek energiaellátására vonatkozó követelmények nőnek. Az elektromos járművek polgári piaca jelentős hatással lehet az elektromos meghajtású földi harcjárművek bevezetésének ütemére.
Az ígéretes, elektromos sebességváltóval szerelt földi harcjárművek dinamizmusuk, manőverezhetőségük, könnyű irányíthatóságuk, túlélésük és biztonságuk, valamint a magas energiafogyasztású, fejlett fegyverek és érzékelők elhelyezésének lehetőségét tekintve felülmúlják a „klasszikus” modelleket.