EMILY 3000 kuro elementų sistemos nominali išėjimo galia yra 125 W, o dienos įkrovimo galia - 6 kWh. Jis gali įkrauti kelias baterijas arba veikti kaip lauko generatorius. Sistema buvo sukurta specialiai karinėms reikmėms, įskaitant bandymų scenarijus, kurių metu reikia rinkti ir įvertinti duomenis apie naujas gynybos sistemas.
Galų gale, hibridinės jėgainės siūlo panašią ar net geresnę naudą kaip šarvuočiai. Nors degalų naudojimo efektyvumas, bent jau istoriškai, nebuvo privalomų šarvuotų transporto priemonių charakteristikų sąrašo viršuje, vis dėlto jis padidina ridą ir (arba) trukmę tam tikram degalų kiekiui, padidina naudingąją apkrovą, apsaugą ar ugnies galią. svorį ir apskritai sumažinti bendrą laivyno logistikos naštą
Hibridinė elektrinė pavara gali atlikti svarbų vaidmenį karinių transporto priemonių ateityje, tačiau atitinkamas daugelio gynybos programų atšaukimas ir apimties sumažinimas (nepamirštant garsiųjų FCS ir FRES) ir kova dėl skubių reikalavimų saugomoms transporto priemonėms įvykdymo buvo atidėta jos įgyvendinimas karinėse transporto priemonėse neribotą laiką.
Tačiau kai 2011 m. Sausio mėn. Buvo paskelbti pareiškėjai dėl amerikietiškos antžeminės kovos transporto priemonės GCV (Ground Combat Vehicle), tarp jų buvo ir „BAE Systems“/ „Northrop Grumman“komandos projektas su hibridiniu elektros varikliu su „Qinetiq“sistema „E-X-DRIVE“. Tai galima vertinti kaip savotišką azartą, nes nė vienas iš pretendentų į lengvosios taktinės transporto priemonės JLTV (Joint Light Tactical Vehicle) programą, į kurią buvo įtraukta ir hibridinė elektrinė pavara, nepateko į finalą dėl to, kad pagal turimų duomenų, manoma, kad šios mašinos technologija šiuo metu dar nėra pakankamai subrendusi. Nepaisant to, hibridinių elektrinių pavarų antžeminių kovos transporto priemonių istorijoje yra pakankamai programų šiai technologijai kurti ir demonstruoti. Visame pasaulyje ieškoma technologijų, kurios žada sutaupyti degalų, pagerinti našumą ir ilgaamžiškumą, tuo pat metu patenkant į augančią elektros energijos paklausą. Tai neabejotinai grindžiami lygiagrečiais automobilių pramonės pokyčiais, kuriuos skatina aplinkosaugos teisės aktai.
Karinių transporto priemonių gamintojai ir sistemų tiekėjai daug investavo į šią technologiją, kurią dažnai paskatino kai kurios iš aukščiau paminėtų ambicingų vyriausybės programų, prieš susidurdami su ypatingu netikrumu, kuris būdingas ilgalaikiams vyriausybės planams. „AM General“, „BAE Systems“, „General Dynamics“, „Hagglunds“, „MillenWorks“ir „Qinetiq“sukūrė hibridines elektrines pavaras JK, JAV ir Švedijos programoms, o „Nexter“rengia ARCHYBALD technologijų plėtros programą, skirtą sunkiosioms transporto priemonėms, civilinėms ir karinėms.
Elektrinė pavaros transmisija E-X-DRIVE vikšrinėms transporto priemonėms iš „QinetiQ“, lengva, kompaktiška ir efektyvi sistema
Hibridiniai pirmtakai
Hibridinės varomosios sistemos tvirtai įsitvirtino karo laivuose, ypač povandeniniuose laivuose, traukiniuose ir sunkvežimiuose, naudojamuose karjeruose ir atvirose kasyklose. Šiose programose pagrindinis variklis, pvz., Dyzelinis variklis, dujų turbina ar net abu, varo generatorių, kuris tiekia srovę varikliams ir akumuliatoriams įkrauti. Kai kuriose sistemose yra pavarų dėžė, skirta mechaninei galiai perduoti galutinėms pavaroms, o kitos - ne.
Karo laivuose hibridinės jėgainės leidžia naudoti sudėtingus ir labai skirtingus greičio profilius, o pagrindiniai varikliai yra valdomi efektyvaus greičio diapazone: elektriniai varikliai tyliai, dyzeliniai varikliai normaliai, dujų turbinos pagreičiui ir kt. Povandeninis laivas, varomas tradiciniu metodu, nardymo metu negali paleisti savo pagrindinio varomojo įtaiso (jei neturi snorkelio), ir šiuo atžvilgiu tenka daugiausia pasikliauti baterijomis ar kita nuo oro nepriklausoma varomąja sistema. Milžiniškos žemės kasimo mašinos važiuoja nepaprastai dideliu sukimo momentu, kurį sukuria elektros varikliai, nes mechaninės pavarų dėžės, galinčios atlikti tokį darbą, būtų didžiulės, sudėtingos ir brangios. Traukiniai susiduria su ta pačia problema dar labiau, nes jie iš vietos turi vežti kelis šimtus tonų, daugeliu atvejų - iki 150 mylių per valandą greičio.
Hibridinė varomoji sistema gali sutaupyti degalų, leisdama naudoti mažesnį, efektyvesnį degalus naudojantį variklį be pablogėjimo, nes sistema, kai vairuotojas visiškai nuspaudžia akceleratoriaus pedalą, papildo pagrindinį variklį akumuliatoriniais elektros varikliais. Elektrinės pavaros taip pat leidžia slopinti pagrindinį variklį važiuojant mažu greičiu, kai tai gali būti gana neveiksminga. Šiuolaikiniai hibridiniai automobiliai taip pat gali kaupti kinetinę energiją (pavyzdžiui, iš regeneracinės stabdžių sistemos) ir naudoti ją akumuliatoriams įkrauti. Papildomai sutaupoma daugiausiai laiko naudojant variklį efektyviausiu greičio diapazonu, taip pat naudojant papildomą energiją baterijoms įkrauti ir (arba) elektros energijos vartotojams įjungti.
Šiuolaikinėms karinėms transporto priemonėms reikia vis daugiau elektros energijos, kad būtų galima valdyti ryšių sistemas, valdymo ir valdymo įrangą, stebėjimo ir žvalgybos jutiklius, tokius kaip optoelektronika ir radarai, nuotoliniu būdu valdomos ginklų stotys ir improvizuoti sprogstamųjų įtaisų (IED) trukdikliai. Pažangios sistemos, tokios kaip elektriniai šarvai, dar labiau padidins vartojimą. Teoriškai naudoti visas sumontuotas galias elektros sistemoms valdyti yra bent jau efektyviau nei turėti vieną varomąją, o kitą - specializuotą įrangą.
Vis daugiau dėmesio skiriama stebėjimo ir žvalgybos duomenų rinkimo pajėgoms vykdant kovas su sukilėliais, todėl vis daugiau šarvuotų transporto priemonių programų pateikiami tylaus stebėjimo reikalavimai. Tai dar labiau padidina elektros energijos suvartojimo svarbą ir daro kuro elementus patrauklesnius.
Hibridinės elektrinės pavaros sistemos skirstomos į dvi plačias kategorijas: lygiagrečias ir serijines. Lygiagrečiose sistemose vidaus degimo variklis ir elektros variklis (arba elektros varikliai) sukioja ratus arba vikšrus per pavarų dėžę atskirai arba kartu. Serijinėse hibridinėse sistemose pagrindinis variklis varo tik generatorių. Nuosekli sistema yra paprastesnė, visa jos varomoji galia turi tekėti per elektros variklius, todėl jie turi būti didesni už lygiagrečios sistemos elektros variklius, kuriems taikomi tie patys mašinos veikimo reikalavimai. Buvo sukurtos abiejų tipų sistemos.
Iš komercinių technologijų galima pasisemti naujovių hibridinių elektrinių pavarų ir kuro elementų technologijų srityje. Pavyzdžiui, „BAE Systems“gamina hibridinius elektrinius autobusus, kurių technologija gali būti naudojama siekiant parodyti šiuolaikinių hibridinių elektrinių transporto priemonių, skirtų sunkioms sąlygoms, energijos vartojimo efektyvumą ir patobulintas išmetimo charakteristikas.
Padidėjęs išgyvenamumas
Hibridinės sistemos taip pat padidina išgyvenamumą dėl lankstesnio išdėstymo ir pašalina perdavimo komponentus, kurie gali tapti šoniniu sviediniu, kai juos susprogdina minos ar IED. Ypač tai naudinga ratinėms šarvuočiams. Integruodami pavaros variklius į ratų stebulę, visi su tradicinėmis mechaninėmis transmisijomis susiję sraigtų velenai, diferencialai, pavaros velenai ir pavarų dėžės pašalinami ir pakeičiami maitinimo kabeliais, todėl negali tapti papildomais sviediniais. Panaikinus visus šiuos mechanizmus, įgulos kabina taip pat gali būti pakelta virš žemės tam tikrame transporto priemonės aukštyje, todėl keleiviai bus mažiau pažeidžiami sprogimų po korpusu. Šio tipo dizainas buvo naudojamas „General Dynamics UK AHED 8x8“demonstracijoje ir „BAE Systems / Hagglunds“SEP mašinos su ratukais versijoje, kurios vikšrinė versija taip pat buvo pagaminta (o vėliau saugiai pamiršta).
Į atskirus ratus integruoti elektros varikliai labai tiksliai valdo kiekvieno rato perduodamą galią ir tai, anot „GD UK“, beveik panaikina vikšrų pranašumą prieš ratus visureigio atžvilgiu.
Daug žadanti antžeminė kovos mašina judės trasomis, o „BAE Systems“/ „Northrop Grumman“pasiūlymas rodo, kad „Qinetiq“elektrinė transmisija „E-X-DRIVE“bus lengvesnė, kompaktiškesnė ir efektyvesnė nei tradicinės transmisijos. Tai taip pat leidžia pagerinti pagreitį kartu su gedimų tolerancija ir yra sukonfigūruojama įvairioms mašinų ir technologijų pritaikymo programoms, teigia bendrovė.
Nors sistemoje yra keturi nuolatinio magneto varikliai, „E-X-DRIVE“jėgos pavara nėra visiškai elektrinė; energijos atgavimas posūkiuose ir mechaninis pavarų perjungimas, pastarasis naudojant kumštelinę sankabą. Ši konstrukcija yra mažos rizikos sprendimas, kuris sumažina variklių, krumpliaračių, velenų ir guolių įtempius. Skersinio veleno išdėstymo naudojimas mechaninei galiai atkurti sūpynės mechanizme yra alternatyva nepriklausomų varančiųjų ratų naudojimui visiškai elektrinėje transmisijoje.
Viena iš naujovių, esančių „E-X-DRIVE“centre, yra centrinė pavarų dėžė (žinoma kaip reguliavimo diferencialas), jungianti vairo variklio sukimo momentą, pagrindinį variklio sukimo momentą ir anksčiau minėtą mechaninio valdymo rekuperacijos mechanizmą. Be to, kad būtų sumažinta sukimo apkrova, ji pašalina išorinio skersinio veleno masę ir svorį, naudojamą tradiciniuose sprendimuose ir kitose hibridinėse elektrinėse pavaros sistemose.
Elektros inžinerijos pažanga
Nuolatinio magneto varikliai yra technologijų sritis, kuri pastaraisiais metais labai pagerino visų pavarų sistemų efektyvumą ir galios tankį. Nuolatinių magnetų varikliai remiasi natūraliai atsirandančiais galingais retųjų žemių magnetais, kad generuotų magnetinius laukus statoriaus komponentuose, o ne srovę nešiojančias apvijas (elektromagnetus). Tai daro variklius efektyvesnius, ypač dėl to, kad elektros srovę reikia tiekti tik rotoriui.
Šiuolaikinė galios elektronika taip pat yra pagrindinė visų tipų hibridinių elektrinių transporto priemonių technologija. Pavyzdžiui, IGBT pagrįsti variklių valdikliai valdo energijos srautą iš akumuliatoriaus, generatoriaus ar kuro elementų, kad nustatytų elektros variklių sukimosi greitį ir išėjimo momentą. Jie yra daug efektyvesni už elektromechanines valdymo sistemas ir žymiai pagerina kintamo greičio pavarų našumą - technologija, kuri yra kur kas mažiau subrendusi nei pramonėje plačiai naudojamos fiksuoto greičio pavaros.
Naujajame Džersyje įsikūrusi „TDI Power“yra pavyzdys, kaip investuotojas investuoja į skysčiu aušinamą elektros elektroniką, skirtą elektrinėms ir hibridinėms transporto priemonėms, skirtoms civilinėms ir karinėms reikmėms. Įmonė gamina standartinius modulinius DC / DC keitiklius ir keitiklius, kurie viršija dabartinius SAE ir MIL standartus.
Elektrinės pavaros karinėse transporto priemonėse bus naudingos plataus masto kintamojo greičio pavarų pramonei moksliniams tyrimams ir plėtrai, kurią skatina galimybė sutaupyti apie 15–30%energijos, o tai gali būti pasiekta, jei daugumos pramonės šakų stacionarios pavaros mašinos bus pakeistos kintamo greičio pavaromis. vartotojų, kaip nurodyta neseniai JK mokslo ir inovacijų tarnybos užsakymu atliktame Niukaslio universiteto tyrime. „Tikimasi, kad pagerinus galimą pavaros apkrovų efektyvumą JK sutaupys 15 kWh milijardų valandų per metus, o kartu su geresniu variklio ir pavaros efektyvumu sutaupysime 24 milijardus kWh“, - teigiama tyrime.
Vienas iš svarbių būdų, kaip pagerinti energijos perdavimo efektyvumą bet kurioje elektros sistemoje, yra įtampos padidinimas, nes Omo dėsnis nurodo, kad esant bet kuriai galiai, kuo didesnė įtampa, tuo mažesnė srovė. Mažos srovės gali praeiti per plonus laidus, todėl kompaktiškos, lengvos elektros sistemos gali suteikti reikiamas apkrovas. Štai kodėl nacionaliniai elektros tinklai, perduodami galią, naudoja labai aukštą įtampą; Pavyzdžiui, britų elektros tinklai savo perdavimo linijas valdo iki 400 000 voltų.
Mažai tikėtina, kad karinių transporto priemonių elektros sistemos naudos tokio dydžio įtampą, tačiau 28 voltų ir panašių elektros sistemų dienos atrodo suskaičiuotos. Pavyzdžiui, 2009 m. „Qinetiq“Britanijos gynybos departamentas pasirinko tirti elektros energijos gamybą ir paskirstymą naudojant 610 voltų technologiją. „Qinetiq“vadovavo komandai, kurią sudarė „BAE Systems“ir elektrinių mašinų specialistas „Provector Ltd“, kuris „WARRIOR 2000 BMP“pavertė demonstratoriumi, galinčiu maitinti 610 voltų didelės paklausos klientus, taip pat esamą 28 voltų įrangą. Mašinoje yra du 610 voltų generatoriai, kurių kiekvienas du kartus viršija originalios mašinos galią, todėl keturis kartus padidina „Warrior“elektros galią.
Energija transporto priemonei naudojant SFC kuro elementus
Šios srities kariams reikia patikimo energijos šaltinio savo mašinoms. Jis turi tiekti srovę į borto įrenginius, tokius kaip radijo imtuvai, ryšių įranga, ginklų sistemos ir optinės elektroninės sistemos. Tačiau prireikus ji taip pat turėtų veikti kaip įkrovimo stotis komandiruotiems kariams.
Dažnai atliekant užduotį neįmanoma užvesti variklio ir įkrauti akumuliatorių, nes tai gali atskleisti įrenginio vietą. Todėl kariams reikia būdo gauti elektros srovę - tyliai, nuolat ir nepriklausomai.
SFC EMILY 2200 sistema yra pagrįsta sėkminga EFOY kuro elementų technologija. Įrengtas įrenginyje, EMILY įrenginys užtikrina, kad baterijos būtų nuolat įkraunamos. Įmontuotas reguliatorius nuolat stebi baterijų įtampą ir prireikus automatiškai įkrauna baterijas. Jis veikia tyliai, o vienintelis jo „išmetimas“yra vandens garai ir anglies dioksidas, kurio kiekis prilygsta vaiko kvėpavimui.
Didelėms mašinoms reikia didelių baterijų. Šis ličio jonų elementų paketas yra „BAE Systems“hibridinių autobusų varomųjų technologijų dalis.
Ar įmanoma kuro elementai?
Kuro elementai, kurie naudoja cheminius procesus, kad degalus tiesiogiai paverstų elektros srove labai efektyviai, jau seniai laikomi technologija, kuri gali būti plačiai naudojama karinėje srityje, įskaitant automobilio varymą ir elektros energijos gamybą laive. Tačiau yra didelių techninių kliūčių, kurias reikia įveikti. Pirma, kuro elementai veikia vandeniliu ir maišo jį su oro deguonimi, kad sukurtų elektros srovę kaip šalutinį produktą. Vandenilis nėra lengvai prieinamas, jį sunku laikyti ir transportuoti.
Yra daug kuro elementų, naudojančių elektromobilius, pavyzdžių, tačiau jie visi yra eksperimentiniai. Automobilių pasaulyje „Honda“„FCX CLARITY“yra turbūt artimiausias prieinamumas komerciniam produktui, tačiau net ir tada jis galimas tik tose vietose, kur yra tam tikra vandenilio degalų papildymo infrastruktūra, ir tik pagal nuomos sutartis. Net pirmaujantys kuro elementų gamintojai, tokie kaip „Ballard Power“, pripažįsta dabartinius šios technologijos, skirtos naudoti automobiliuose, apribojimus. Bendrovė teigia, kad „masinė kuro elementų transporto priemonių gamyba yra ilgalaikė. Šiandien dauguma automobilių gamintojų mano, kad serijinė kuro elementų transporto priemonių gamyba neįmanoma tik maždaug 2020 m., Nes pramonė susiduria su vandenilio paskirstymo, optimizavimo ilgaamžiškumu, energijos tankiu, karšto paleidimo galimybėmis ir kuro elementų kainomis problemomis “.
Tačiau visi didieji pasaulio automobilių gamintojai daug investuoja į kuro elementų mokslinius tyrimus ir plėtrą, dažnai kartu su kuro elementų gamintojais. Pavyzdžiui, „Ballard“yra bendros „Ford“ir „Daimler AG“įmonės „Automotive Fuel Cell Cooperation“dalis. Kariuomenė kelia dar vieną kliūtį kuro elementų priėmimui, nes reikalauja, kad viskas turėtų būti vykdoma naudojant „logistinį“kurą. Kuro elementai gali veikti dyzelinu ar žibalu, tačiau pirmiausia juos reikia modifikuoti, kad būtų išgautas jiems reikalingas vandenilis. Šiam procesui reikalinga sudėtinga ir didelių gabaritų įranga, turinti įtakos visos sistemos dydžiui, svoriui, kainai, sudėtingumui ir efektyvumui.
Kitas kuro elementų apribojimas, kai jie veikia kaip pagrindinis karinės transporto priemonės variklis, yra tai, kad jie geriausiai veikia esant pastoviai galiai ir negali greitai reaguoti į reikiamus pakeitimus. Tai reiškia, kad jie turi būti papildyti baterijomis ir (arba) superkondensatoriais ir susijusia galios reguliavimo elektronika, kad atitiktų didžiausią galios apkrovą.
„Superkondensatorių“srityje Estijos bendrovė „Skeleton Industries“sukūrė moderniausių „SkelCap“superkondensatorių liniją, kuri yra penkis kartus galingesnė litrui tūrio arba daugiau nei keturis kartus galingesnė už aukščiausios klasės karines baterijas.. Praktiškai tai reiškia 60 procentų daugiau galios ir keturis kartus didesnę srovę, palyginti su geriausiomis karinėmis baterijomis. „SkelCap“„superkondensatoriai“suteikia greitą energijos pliūpsnį ir yra naudojami įvairiems tikslams - nuo priešgaisrinės kontrolės iki bokštelių cisternų. Būdama „United Armaments International“(UAI) grupe, „SkelCap“vykdo įvairius specializuotus užsakymus ir išplėstines programas per Taline įsikūrusią UAI grupę.
Superkondensatoriai iš „Skeleton Industries“
Tačiau tai nereiškia, kad kuro elementai neras vietos hibridinėse ir elektrinėse karinėse transporto priemonėse. Perspektyviausias betarpiškas pritaikymas yra pagalbiniai jėgos agregatai (APU) transporto priemonėse, atliekančiose ISTAR tipo tylias stebėjimo užduotis (informacijos rinkimas, taikinio nustatymas ir žvalgyba).„Tylio stebėjimo režimu transporto priemonių varikliai neturi veikti, o vien baterijos negali suteikti pakankamai energijos ilgalaikiams darbams“,-sako JAV kariuomenės inžinerijos tyrimų centras, vadovaujantis kietojo oksido kuro elementų generatorių ir APU kūrimui. gali naudoti karinį kurą, dyzelinį kurą ir žibalą.
Ši organizacija šiuo metu daugiausia dėmesio skiria sistemoms iki 10 kW, akcentuodama visišką kuro sistemų integravimą į kuro elementų komplekto eksploatavimo poreikius. Projektuojant praktines sistemas reikia spręsti garavimo ir taršos kontrolę, ypač sieros kontrolę nusierinant (desulfurizuojant) ir naudojant sierai atsparias medžiagas, taip pat vengti anglies nuosėdų susidarymo sistemoje..
Hibridinės elektrinės pavaros turi daug ką pasiūlyti karinėms transporto priemonėms, tačiau praeis šiek tiek laiko, kol šios technologijos nauda taps apčiuopiama.
