Гражданско инженерство
Първите електрически автомобили се появяват преди автомобили с двигатели с вътрешно горене (ICE), през 1828 г. В началото на 20 -ти век електрическите превозни средства съставляват над една трета от целия американски автомобилен парк. След това обаче те постепенно започнаха да се отказват от позициите си, отстъпвайки на колите по отношение на обхвата, удобството на зареждане с гориво и други параметри.
Могат да бъдат реализирани няколко варианта за проектиране на електрически превозни средства. Класическо електрическо превозно средство се задвижва от батерии, заредени на зарядна станция. Електрическо превозно средство с външно захранване с електрическа енергия получава електричество от външни проводници по контактен метод или посредством електромагнитни полета. Двигател с вътрешно горене с генератор може да бъде инсталиран за зареждане на батериите на електрическо превозно средство или електричество може да се генерира от течни или газообразни горива директно с помощта на каталитични горивни клетки. Всички горепосочени схеми могат да се комбинират по различни начини.
Периодично интересът към електрическите превозни средства се възобновяваше, обикновено по време на покачването на цените на петролните продукти, но бързо изчезваше: автомобилите с двигатели с вътрешно горене останаха извън конкуренцията. В резултат на това оборудването с електрическо задвижване стана широко разпространено в сегмента на транспорта с външно захранване с електрическа енергия: електрически влакове, трамваи и тролейбуси, в нишата на складовото оборудване.
Отделен сегмент може да се обособи със специално оборудване, например минни самосвали с товароносимост над 100 тона, на които се използва електромеханична трансмисия.
В началото на 21 -ви век интересът към електрическите превозни средства се възобновява на ново ниво. Определящият фактор не беше повишаването на цените на петролните продукти, а искането на екологичните активисти за намаляване на вредните емисии. Американската компания Tesla, обожавана (мразена) от мнозина Илон Мъск, стана производителят, който преодоля „вълната на околната среда“колкото е възможно повече.
Но който и без значение как се отнасят към Илон Мъск, не може да се отрече, че Tesla е свършила чудесна работа: всъщност е създаден отделен сегмент от автомобилния пазар, електрическите автомобили са се превърнали в област, в която са започнали автомобилните гиганти да инвестира активно. Ако развитието се извършва активно в някаква посока, резултатът ще бъде постигнат рано или късно. Ще има нови батерии с увеличен капацитет, високи нива на зареждане и разширен температурен диапазон на приложение, по -ефективни и компактни електродвигатели, с интегрирани скоростни кутии, които могат да се поставят в моторни колела с ниско неподпружинено тегло и други разработки.
Няма съмнение, че в обозримо бъдеще електрическите автомобили на практика ще заменят автомобилите с двигатели с вътрешно горене и не поради екологични причини, а поради общото техническо превъзходство на електрическите превозни средства.
Военна техника
През 1917 г. френската компания FAMH произвежда 400 резервоара Saint Chamond с електрическа трансмисия Crochat Collendeau, в която бензинов двигател Panhard е свързан директно към електрически генератор, който задвижва два електродвигателя, всеки от които е свързан със задвижващо колело и гъсеница карам. Също през 1917 г. резервоар с електрически трансмисии от Daimler и British Westinghouse е тестван във Великобритания.
По-късните примери включват германската тежка самоходна артилерийска единица (САУ) "Фердинанд" ("Слон") с тегло 65 тона. Електроцентралата "Фердинанд" включваше два V-образни 12-цилиндрови карбураторни двигателя с водно охлаждане "Maybach" HL 120 TRM с капацитет 265 литра. стр., два електрически генератора Siemens-Schuckert Typ aGV с напрежение 365 волта и два тягови електродвигателя Siemens-Schuckert D149aAC с мощност 230 kW, разположени в задната част на корпуса, които задвижват всяко от колелата им чрез редукция предавка, направена по планетарна схема.
Въпреки че Фердинанд е сравнително нов, няма много оплаквания относно нейната работа. Като такъв може да се отбележи по -голямата сложност и цена в сравнение с електроцентралите с класически дизайн, както и необходимостта от използване на значително количество мед, което е в недостиг в Германия.
В допълнение към самоходните оръдия на Ferdinand, използването на електрическо задвижване се обмисля и в германския свръх тежък танк, 188-тонния танк Maus.
Приблизително в същия период в СССР е разработен експериментален тежък танк EKV с електромеханична електроцентрала на базата на резервоара KV-1. Техническият проект на резервоара EKV е разработен през септември 1941 г., а през 1944 г. прототипът на резервоара EKV отива за тестване. Предполага се, че използването на електромеханична трансмисия на резервоара ще намали разхода на гориво, ще подобри маневреността и динамичните характеристики на резервоара.
Електромеханичната трансмисия на резервоара EKV включва стартер-генератор DK-502B, свързан към дизелов двигател V-2K, и два тягови двигателя DK-301V, с две бордови скоростни кутии и оборудване за управление.
Според резултатите от тестовете дизайнът на резервоара EKV е признат за незадоволителен, работата по проекта е съкратена.
Проекти на "електрически" резервоари се извършват във Великобритания, САЩ, СССР, Германия и Франция, както и в други страни през целия XX век. Независимо от това, в момента танкове и бронирани превозни средства с традиционно оформление са получили максимално развитие.
Ползи и перспективи
Защо има постоянно връщане към въпроса за осигуряване на електрическо задвижване на наземни бойни машини, въпреки големия брой затворени експериментални проекти?
От една страна, има развитие на технологии, чието използване в електрическите задвижващи системи дава възможност да се разчита на получаване на положителни резултати, които преди това са били недостижими. Разработват се постоянни магнити и асинхронни електродвигатели, високоефективни генератори на електрически ток, системи за разпределение на енергия, батерии за бързо зареждане и много други.
Напоследък говорим не само за наземни технологии с електрическо задвижване, но и за създаването на напълно електрически самолети до доста големи модели пътници.
От друга страна, предимствата, които електрическото задвижване може да осигури на наземното бойно оборудване, са все по -търсени:
- възможността за гъвкаво разположение на бойната машина поради липсата в електрическото предаване на агрегати с твърда механична връзка, осигурена от валовете;
- повишена жизнеспособност на военната техника поради възможността за резервиране на компонентите на електрическата трансмисия;
- възможността за изоставяне на пожароопасни хидравлични задвижвания в полза на електрически;
- възможността за движение на военна техника по ограничени участъци от пътеката в режим на максимален камуфлаж, с минимално демаскиране от звукови и топлинни характеристики;
- възможност за възстановяване на електричеството по време на спиране;
- най-добрите динамични характеристики и параметри на проходимостта на бронираните превозни средства, оборудвани с електрическа трансмисия;
- голяма лекота на управление на бронирани превозни средства с електрическо задвижване;
- способността да се осигури достатъчно количество електроенергия за все по-голям брой оборудване, сензори, усъвършенствани оръжия.
Нека разгледаме по -отблизо тези предимства. Основният източник на енергия е дизел или газова турбина, при автомобили с електрическо предаване те ще имат по -голям ресурс и ефективност поради факта, че първоначално може да се избере оптималната скорост на двигателя, при която той ще има минимално износване и максимално гориво ефективност. Увеличените натоварвания по време на ускорение и енергично маневриране ще бъдат компенсирани от буферните батерии.
Например, в комбинация с генератор, може да бъде инсталирана високоскоростна газова турбина, която ще работи в режим "включване / изключване", за да презареди буферните батерии, без да променя скоростта.
В електрическата трансмисия няма нужда от инсталиране на обемисти валове и скоростни кутии. Механичната връзка в електрическата трансмисия е налична само в двойката двигател-електрически генератор и електрически мотор-колела, но тези агрегати могат да бъдат направени като едно цяло. Останалите устройства са свързани с гъвкави кабели.
За разлика от механичните връзки, електрическите връзки могат да бъдат излишни многократно. Например, на етапа на сглобяване на кутията могат да бъдат положени защитени кабелни канали, в които ще се помещава универсална шина за захранване и данни, включително захранващи и кабели за данни.
Пространственото разделяне на източници на енергия, канали за доставка и комуникация, както и двигатели и витла с повишена вероятност ще позволи на бойната машина да запази мобилността и ситуационната осведоменост при повреда, което ще гарантира възможността за изтегляне на бойната машина от зоната на стрелба и евакуиране от бойното поле.
Отхвърлянето на хидравлични задвижвания в полза на електрически също ще спомогне за увеличаване на оцеляването на наземните бойни превозни средства, както поради по -ниската пожарна опасност на последните, така и поради тяхната по -голяма надеждност. Руските ВВС планират да се откажат от хидравличните задвижвания на изтребителя Су-57 от пето поколение до 2022 г.
Наличието на буферни батерии ще ви позволи да останете мобилни, без да включвате основния двигател, макар и в доста ограничен участък. Това ще позволи на обещаващи бойни превозни средства да реализират нови тактически сценарии за провеждане на бойни действия от засада, когато в режим на готовност бронираната машина е в пълна бойна готовност, докато нейният термичен подпис ще бъде сравним с температурата на околната среда.
Батериите също ще осигурят възможност за движение в случай на повреда на основната електроцентрала, което ще позволи на бронираните превозни средства да напуснат бойното поле сами. В някои случаи, за да евакуирате бойна машина с електрическа трансмисия, ще бъде достатъчно просто да я свържете към външен източник на захранване. Например, бронирано превозно средство по този начин може едновременно да евакуира две други бронирани превозни средства с частично повредена електрическа трансмисия, просто като хвърли захранващи кабели върху тях.
Както при гражданските електрически превозни средства, при бронираните превозни средства с електрическа трансмисия, възстановяването на енергия може да се извърши по време на спиране.
Наземните бойни превозни средства с електрическо предаване ще имат най -добрите характеристики на мобилност и управляемост поради безкрайно променливото предаване на мощност към витлата, както и гъвкавото разпределение на мощността между електрическите двигатели от пристанището и отдясно. Например, по време на завой, намаляването на мощността на двигателя на задната перка ще бъде компенсирано с увеличаване на мощността на двигателя на задната перла.
Едно от най-важните предимства на електрическото предаване ще бъде възможността за захранване на оборудване и сензори, например, радарни станции (радари) за разузнаване, насочване и всестранна защита на комплекса за активна защита.
В близко бъдеще лазерните оръжия ще станат неразделна част от наземните бойни превозни средства, които ще могат до голяма степен да неутрализират заплахата от малки безпилотни летателни апарати (БЛА), противотанкови управляеми ракети и касетъчни суббоеприпаси с термични и оптични насочващи глави.
Електричество може също да се изисква за активни камуфлажни системи за бронирани превозни средства в диапазоните на топлинна и оптична дължина на вълната.
изводи
Създаването на наземни бойни превозни средства с електрическо задвижване вероятно ще стане неизбежно с подобряването на технологиите и увеличаването на изискванията за захранване на бордовото оборудване и оръжията. Гражданският пазар на електрически превозни средства може да окаже значително влияние върху скоростта на въвеждане на наземни бойни превозни средства с електрическо задвижване.
Обещаващи наземни бойни превозни средства с електрическа трансмисия ще надминат „класическите“модели по динамика, маневреност, лекота на управление, оцеляване и сигурност, както и, ако е възможно, поставяне на обещаващи оръжия и сензори с висок разход на енергия върху тях.
