Inginerie civilă
Primele mașini electrice au apărut înaintea mașinilor cu motoare cu ardere internă (ICE), în 1828. La începutul secolului al XX-lea, vehiculele electrice reprezentau peste o treime din întreaga flotă de vehicule din SUA. Cu toate acestea, apoi au început treptat să renunțe la pozițiile lor, cedând mașinilor în ceea ce privește autonomia, confortul realimentării și alți parametri.
Pot fi implementate mai multe opțiuni de proiectare pentru vehicule electrice. Un vehicul electric clasic este alimentat de baterii încărcate la o stație de încărcare. Un vehicul electric cu o sursă externă de energie electrică primește electricitate de la conductori externi printr-o metodă de contact sau prin intermediul câmpurilor electromagnetice. Un motor cu ardere internă cu un generator poate fi instalat pentru a reîncărca bateriile unui vehicul electric sau electricitatea poate fi generată din combustibili lichizi sau gazoși direct utilizând celule de combustibil catalitice. Toate schemele de mai sus pot fi combinate în diferite moduri.
Periodic, interesul pentru vehiculele electrice a reluat, de obicei în timpul creșterii prețurilor la produsele petroliere, dar a dispărut rapid: mașinile cu motoare cu ardere internă au rămas în afara concurenței. Drept urmare, echipamentele cu propulsie electrică s-au răspândit pe segmentul de transport cu o sursă externă de energie electrică: trenuri electrice, tramvaie și troleibuze, în nișa echipamentelor de depozit.
Un segment separat se poate distinge prin echipamente speciale, de exemplu, basculante miniere cu o capacitate de încărcare de peste 100 de tone, pe care se utilizează o transmisie electromecanică.
La începutul secolului 21, interesul pentru vehiculele electrice a reluat la un nou nivel. Factorul determinant nu a fost creșterea prețurilor la produsele petroliere, ci cererea activiștilor de mediu de a reduce emisiile dăunătoare. Compania americană Tesla, adorată (urâtă) de mulți Elon Musk, a devenit producătorul care a călărit pe cât posibil „valul de mediu”.
Dar oricine și indiferent de relația cu Elon Musk, nu se poate nega faptul că Tesla a făcut o treabă grozavă: de fapt, a fost creat un segment separat al pieței auto, mașinile electrice au devenit o zonă în care au început giganții auto a investi activ. Dacă dezvoltarea se realizează activ într-o anumită direcție, rezultatul va fi atins mai devreme sau mai târziu. Vor fi baterii noi cu capacitate crescută, rate de încărcare ridicate și o gamă extinsă de temperatură de aplicare, motoare electrice mai eficiente și compacte, cu cutii de viteze integrate care pot fi plasate pe roțile motorului cu o greutate redusă și alte dezvoltări.
Nu există nicio îndoială că, în viitorul previzibil, mașinile electrice vor înlocui practic mașinile cu motoare cu ardere internă, și nu din motive de mediu, ci din cauza superiorității tehnice generale a vehiculelor electrice.
Echipament militar
În 1917, compania franceză FAMH a produs 400 de tancuri Saint Chamond cu transmisie electrică Crochat Collendeau, în care un motor pe benzină Panhard era conectat direct la un generator electric, care alimenta două motoare electrice, fiecare dintre ele fiind conectat la o roată motrice și o omidă conduce. Tot în 1917, un rezervor cu transmisii electrice de la Daimler și British Westinghouse a fost testat în Marea Britanie.
Exemple ulterioare includ unitatea germană de artilerie cu autopropulsie grea (SAU) „Ferdinand” („Elefant”) care cântărește 65 de tone. Centrala electrică „Ferdinand” a inclus două motoare în formă de V, cu 12 cilindri, răcite cu apă „Maybach” HL 120 TRM, cu o capacitate de 265 litri. pp., două generatoare electrice Siemens-Schuckert Typ aGV cu o tensiune de 365 volți și două motoare electrice de tracțiune Siemens-Schuckert D149aAC cu o putere de 230 kW, situate în partea din spate a corpului, care a condus fiecare dintre roțile lor printr-o reducere unelte realizate conform unei scheme planetare.
În timp ce Ferdinand este relativ nou, nu există prea multe plângeri cu privire la munca ei. Ca atare, se poate observa complexitatea și costul mai mari în comparație cu centralele electrice cu un design clasic, precum și necesitatea de a utiliza o cantitate semnificativă de cupru, care este în cantitate redusă în Germania.
Pe lângă tunurile autopropulsate Ferdinand, utilizarea propulsiei electrice a fost luată în considerare și în tancul super-greu german, tancul Maus de 188 de tone.
În aceeași perioadă, în URSS a fost dezvoltat un rezervor experimental EKV greu cu o centrală electromecanică pe baza rezervorului KV-1. Proiectarea tehnică a tancului EKV a fost dezvoltată în septembrie 1941, iar în 1944 prototipul tancului EKV a fost testat. S-a presupus că utilizarea unei transmisii electromecanice pe rezervor ar reduce consumul de combustibil, ar îmbunătăți manevrabilitatea și caracteristicile dinamice ale rezervorului.
Transmisia electromecanică a rezervorului EKV a inclus un generator de pornire DK-502B conectat la un motor diesel V-2K și două motoare de tracțiune DK-301V, cu două cutii de viteze la bord și echipamente de control.
Conform rezultatelor testelor, proiectarea rezervorului EKV a fost recunoscută ca fiind nesatisfăcătoare, lucrările la proiect au fost restrânse.
Proiecte de tancuri „electrice” au fost realizate în Marea Britanie, SUA, URSS, Germania și Franța, precum și în alte țări de-a lungul secolului XX. Cu toate acestea, în acest moment, tancurile și vehiculele blindate cu un aspect tradițional au avut o dezvoltare maximă.
Beneficii și perspective
De ce există o revenire constantă la problema asigurării propulsiei electrice a vehiculelor de luptă terestre, în ciuda numărului mare de proiecte experimentale închise?
Pe de o parte, există o dezvoltare a tehnologiilor, a căror utilizare în sistemele de propulsie electrică face posibilă contarea pe obținerea unor rezultate pozitive care anterior nu erau de atins. Se dezvoltă motoare electrice cu magnet permanent și asincrone, generatoare de curent electric de înaltă eficiență, sisteme de distribuție a energiei, baterii cu încărcare rapidă și multe altele.
Recent, vorbim nu numai despre tehnologia solului cu propulsie electrică, ci și despre crearea de aeronave complet electrice până la modele de pasageri destul de mari.
Pe de altă parte, avantajele pe care le poate oferi propulsia electrică echipamentelor de luptă la sol sunt din ce în ce mai solicitate:
- posibilitatea unei amenajări flexibile a vehiculului de luptă datorită absenței în transmisia electrică a unităților cu o conexiune mecanică rigidă asigurată de arbori;
- supraviețuire sporită a echipamentului militar datorită posibilității de redundanță a componentelor transmisiei electrice;
- posibilitatea abandonării acționărilor hidraulice periculoase de incendiu în favoarea celor electrice;
- posibilitatea deplasării echipamentului militar pe secțiuni limitate ale căii în modul de camuflaj maxim, cu demascare minimă prin caracteristici sonore și termice;
- capacitatea de a recupera energia electrică în timpul frânării;
- cele mai bune caracteristici dinamice și parametri de fond pentru vehiculele blindate echipate cu transmisie electrică;
- mare ușurință de control al vehiculelor blindate cu propulsie electrică;
- capacitatea de a furniza o cantitate suficientă de energie electrică pentru un număr tot mai mare de echipamente, senzori, arme avansate.
Să aruncăm o privire mai atentă asupra acestor beneficii. Principala sursă de energie este un motorină sau o turbină cu gaz, la mașinile cu transmisie electrică vor avea o resursă și o eficiență mai mari datorită faptului că turația optimă a motorului poate fi selectată inițial, la care va avea uzură minimă și combustibil maxim eficienţă. Sarcinile crescute în timpul accelerației și manevrelor viguroase vor fi compensate de bateriile tampon.
De exemplu, în combinație cu un generator, poate fi instalată o turbină cu gaz de mare viteză, care va funcționa în modul „pornit / oprit” pentru a reîncărca bateriile tampon, fără a modifica viteza.
În transmisia electrică, nu este nevoie să instalați arbori și cutii de viteze voluminoase. Conexiunea mecanică în transmisia electrică este disponibilă doar în perechea motor-electric și motor-roți electrice, dar aceste unități pot fi realizate ca o singură unitate. Restul unităților sunt conectate cu cabluri flexibile.
Spre deosebire de conexiunile mecanice, conexiunile electrice pot fi redundante de multe ori. De exemplu, în etapa de asamblare a carcasei, pot fi așezate canale de cablu protejate, care vor găzdui o magistrală universală de alimentare și date, inclusiv cabluri de alimentare și date.
Separarea spațială a surselor de energie, a canalelor de alimentare și de comunicare, precum și a motoarelor și elicelor cu o probabilitate crescută va permite vehiculului de luptă să mențină mobilitatea și conștientizarea situației atunci când este avariat, ceea ce va asigura posibilitatea retragerii vehiculului de luptă din zona de tragere și evacuarea de pe câmpul de luptă.
Respingerea acționărilor hidraulice în favoarea celor electrice va contribui, de asemenea, la creșterea supraviețuirii vehiculelor de luptă la sol, atât din cauza riscului mai mic de incendiu al acestora din urmă, cât și din cauza fiabilității lor mai mari. Forțele aeriene ruse intenționează să abandoneze acționările hidraulice ale avioanei de luptă Su-57 de generația a cincea până în 2022.
Prezența bateriilor tampon vă va permite să rămâneți mobil fără a porni motorul principal, deși într-o secțiune destul de limitată. Acest lucru va permite vehiculelor de luptă promițătoare să implementeze noi scenarii tactice pentru efectuarea operațiunilor de luptă dintr-o ambuscadă, atunci când în modul de așteptare vehiculul blindat este în deplină pregătire pentru luptă, în timp ce semnătura sa termică va fi comparabilă cu temperatura mediului ambiant.
Bateriile vor oferi, de asemenea, capacitatea de a se deplasa în cazul unei defecțiuni a centralei principale, ceea ce va permite vehiculelor blindate să părăsească singuri câmpul de luptă. În unele cazuri, pentru a evacua un vehicul de luptă cu o transmisie electrică, va fi suficient să îl conectați pur și simplu la o sursă de alimentare externă. De exemplu, un vehicul blindat de recuperare în acest mod poate evacua simultan alte două vehicule blindate cu o transmisie electrică parțial deteriorată, pur și simplu aruncând cabluri de alimentare peste ele.
La fel ca la vehiculele electrice civile, la vehiculele blindate cu transmisie electrică, recuperarea energiei poate fi efectuată în timpul frânării.
Vehiculele de luptă la sol cu transmisie electrică vor avea cele mai bune caracteristici de mobilitate și controlabilitate datorită transmisiei de putere infinit variabile către elice, precum și distribuției flexibile a puterii între motoarele electrice din partea portului și tribord. De exemplu, în timpul unei ture, o scădere a puterii pe motorul cu șireturi va fi compensată de o creștere a puterii motorului cu șiret.
Unul dintre cele mai importante avantaje ale transmisiei electrice va fi capacitatea de a furniza energie echipamentelor și senzorilor, de exemplu, stații radar (radare) pentru recunoaștere, ghidare și apărare completă a complexului de protecție activă.
În viitorul apropiat, armele cu laser vor deveni o parte integrantă a vehiculelor de luptă terestre, care vor putea neutraliza în mare măsură amenințarea vehiculelor aeriene mici fără pilot (UAV), a rachetelor ghidate antitanc și a submunițiilor în grup cu capete de reglare termice și optice.
Electricitatea poate fi necesară și pentru sistemele de camuflaj active pentru vehiculele blindate în intervalele de lungimi de undă termice și optice.
concluzii
Crearea vehiculelor de luptă la sol cu propulsie electrică va deveni probabil inevitabilă pe măsură ce tehnologia se îmbunătățește și cerințele pentru alimentarea cu energie a echipamentelor și armelor de la bord. Piața civilă a vehiculelor electrice poate avea un impact semnificativ asupra ratei de introducere a vehiculelor de luptă la sol cu propulsie electrică.
Vehiculele promițătoare de luptă la sol cu transmisie electrică vor depăși modelele „clasice” în ceea ce privește dinamismul, manevrabilitatea, ușurința controlului, supraviețuirea și securitatea, precum și, dacă este posibil, plasarea de arme promițătoare și senzori cu consum ridicat de energie pe ele.
