Stavební inženýrství
První elektromobily se objevily před automobily se spalovacími motory (ICE), v roce 1828. Na začátku 20. století tvořily elektromobily více než třetinu celého amerického vozového parku. Poté se však postupně začali vzdávat svých pozic, podlehli autům, pokud jde o dojezd, pohodlí tankování a další parametry.
Lze implementovat několik konstrukčních možností pro elektrická vozidla. Klasické elektrické vozidlo je napájeno bateriemi nabitými v nabíjecí stanici. Elektrické vozidlo s vnější dodávkou elektrické energie přijímá elektřinu z vnějších vodičů kontaktní metodou nebo pomocí elektromagnetických polí. K dobití baterií elektromobilu lze nainstalovat spalovací motor s generátorem, nebo lze elektřinu vyrábět z kapalných nebo plynných paliv přímo pomocí katalytických palivových článků. Všechna výše uvedená schémata lze různě kombinovat.
Zájem o elektrická vozidla se pravidelně obnovoval, obvykle během růstu cen ropných produktů, ale rychle odezněl: auta se spalovacími motory zůstala mimo konkurenci. Výsledkem je, že se zařízení s elektrickým pohonem rozšířilo v segmentu dopravy s vnější dodávkou elektrické energie: elektrické vlaky, tramvaje a trolejbusy, ve výklenku skladového vybavení.
Samostatný segment lze odlišit speciálním vybavením, například těžařskými sklápěči s nosností přes 100 tun, na kterých je použit elektromechanický převod.
Na počátku 21. století se zájem o elektrická vozidla obnovil na nové úrovni. Rozhodujícím faktorem nebyl růst cen ropných produktů, ale požadavek ekologických aktivistů na snížení škodlivých emisí. Americká společnost Tesla, zbožňovaná (nenáviděná) mnoha Elony Muskem, se stala výrobcem, který co nejvíce svezl „vlnu životního prostředí“.
Ale ať už se k Elonu Muskovi vztahují kdokoli a bez ohledu na to, jaký mají vztah, nelze popřít, že Tesla odvedla skvělou práci: ve skutečnosti byl vytvořen samostatný segment automobilového trhu, elektromobily se staly oblastí, ve které začali automobiloví giganti aktivně investovat. Pokud je vývoj aktivně prováděn v určitém směru, výsledku bude dříve nebo později dosaženo. K dispozici budou nové baterie se zvýšenou kapacitou, vysokými rychlostmi nabíjení a rozšířeným teplotním rozsahem použití, účinnějšími a kompaktnějšími elektromotory s integrovanými převodovkami, které lze umístit do motorových kol s nízkou neodpruženou hmotností a další vývoj.
Není pochyb o tom, že v dohledné budoucnosti elektromobily prakticky nahradí automobily se spalovacími motory, a ne z ekologických důvodů, ale z důvodu obecné technické převahy elektrických vozidel.
Vojenské vybavení
V roce 1917 vyrobila francouzská společnost FAMH 400 tanků Saint Chamond s elektrickou převodovkou Crochat Collendeau, ve kterých byl benzínový motor Panhard připojen přímo k elektrickému generátoru, který poháněl dva elektromotory, z nichž každý byl spojen s hnacím kolem a housenkou řídit. Také v roce 1917 byl ve Velké Británii testován tank s elektrickými převodovkami od společností Daimler a British Westinghouse.
Mezi pozdější příklady patří německá těžká samohybná dělostřelecká jednotka (SAU) „Ferdinand“(„Elephant“) o hmotnosti 65 tun. Elektrárna „Ferdinand“zahrnovala dva 12válcové vodou chlazené karburátorové motory „Maybach“HL 120 TRM ve tvaru písmene V s objemem 265 litrů. s., dva elektrické generátory Siemens-Schuckert Typ aGV s napětím 365 voltů a dva trakční elektromotory Siemens-Schuckert D149aAC o výkonu 230 kW, umístěné v zadní části trupu, které poháněly každé z jejich kol redukcí zařízení vyrobené podle planetárního schématu.
Přestože je Ferdinand relativně nový, na její práci není mnoho stížností. Lze si tedy povšimnout větší složitosti a nákladů ve srovnání s elektrárnami klasického designu a také potřeby použít značné množství mědi, které je v Německu nedostatek.
Kromě samojízdných děl Ferdinand se uvažovalo o použití elektrického pohonu také v německém super těžkém tanku, 188tunovém tanku Maus.
Přibližně ve stejném období byl v SSSR vyvinut experimentální těžký tank EKV s elektromechanickou elektrárnou na základě tanku KV-1. Technický návrh tanku EKV byl vyvinut v září 1941 a v roce 1944 šel prototyp tanku EKV na zkoušky. Předpokládalo se, že použití elektromechanické převodovky v nádrži sníží spotřebu paliva, zlepší ovladatelnost a dynamické vlastnosti nádrže.
Elektromechanický přenos nádrže EKV zahrnoval startovací generátor DK-502B připojený k dieselovému motoru V-2K a dva trakční motory DK-301V se dvěma palubními převodovkami a řídicím zařízením.
Podle výsledků zkoušek byl návrh nádrže EKV uznán jako nevyhovující, práce na projektu byly omezeny.
Projekty „elektrických“tanků byly prováděny v Británii, USA, SSSR, Německu a Francii, jakož i v dalších zemích po celé XX. V současné době však tanky a obrněná vozidla tradičního uspořádání získaly maximální vývoj.
Přínosy a perspektivy
Proč se i přes velký počet uzavřených experimentálních projektů neustále vrací k otázce zajištění elektrického pohonu pozemních bojových vozidel?
Na jedné straně dochází k rozvoji technologií, jejichž použití v elektrických pohonných systémech umožňuje počítat se získáním pozitivních výsledků, které byly dříve nedosažitelné. Vyvíjejí se permanentní magnety a asynchronní elektromotory, vysoce účinné generátory elektrického proudu, systémy distribuce energie, baterie pro rychlé nabíjení a mnoho dalšího.
V poslední době mluvíme nejen o pozemní technice s elektrickým pohonem, ale také o vytvoření plně elektrických letadel až po poměrně velké osobní modely.
Na druhé straně jsou stále více žádány výhody, které může elektrický pohon poskytnout pozemnímu bojovému vybavení:
- možnost flexibilního uspořádání bojového vozidla z důvodu nepřítomnosti jednotek s pevným mechanickým spojením, které zajišťují hřídele, v elektrickém přenosu;
- zvýšená odolnost vojenského vybavení díky možnosti redundance součástí elektrického přenosu;
- možnost upuštění od požárně nebezpečných hydraulických pohonů ve prospěch elektrických;
- možnost pohybu vojenského vybavení na omezených úsecích cesty v režimu maximální kamufláže, s minimálním demaskováním zvukovými a tepelnými charakteristikami;
- schopnost rekuperace elektřiny při brzdění;
- nejlepší dynamické vlastnosti a terénní parametry obrněných vozidel vybavených elektrickou převodovkou;
- velká snadnost ovládání obrněných vozidel s elektrickým pohonem;
- schopnost zajistit dostatečné množství elektřiny pro stále se zvyšující počet zařízení, senzorů, pokročilých zbraní.
Pojďme se na tyto výhody podívat blíže. Hlavním zdrojem energie je nafta nebo plynová turbína, v automobilech s elektrickým převodem budou mít větší zdroje a účinnost díky tomu, že lze zpočátku zvolit optimální otáčky motoru, při kterých bude mít minimální opotřebení a maximální palivo účinnost. Zvýšené zatížení při akceleraci a dynamickém manévrování bude kompenzováno vyrovnávacími bateriemi.
Například v kombinaci s generátorem lze nainstalovat vysokorychlostní plynovou turbínu, která bude pracovat v režimu „zapnuto / vypnuto“k dobití vyrovnávacích baterií, beze změny rychlosti.
V elektrické převodovce není třeba instalovat objemné hřídele a převodovky. Mechanické spojení v elektrické převodovce je k dispozici pouze v párech motor-elektrický generátor a elektrický motor-kolo, ale tyto jednotky mohou být vyrobeny jako jeden celek. Zbytek jednotek je propojen flexibilními kabely.
Na rozdíl od mechanických připojení může být elektrické připojení mnohonásobně nadbytečné. Například ve fázi montáže pouzdra mohou být položeny chráněné kabelové kanály, které budou obsahovat univerzální napájecí a datovou sběrnici, včetně napájecích a datových kabelů.
Prostorové oddělení zdrojů energie, zásobovacích a komunikačních kanálů, jakož i motorů a vrtulí se zvýšenou pravděpodobností umožní bojovému vozidlu zachovat si mobilitu a situační povědomí v případě poškození, což zajistí možnost stažení bojového vozidla ze palebné zóny a evakuaci z bojiště.
Odmítnutí hydraulických pohonů ve prospěch elektrických také pomůže zvýšit odolnost pozemních bojových vozidel, a to jak z důvodu nižšího nebezpečí požáru, tak z důvodu jejich větší spolehlivosti. Ruské letectvo plánuje do roku 2022 opustit hydraulické pohony stíhačky páté generace Su-57.
Přítomnost vyrovnávacích baterií vám umožní zůstat mobilní, aniž byste museli zapnout hlavní motor, i když v poměrně omezeném úseku. To umožní slibným bojovým vozidlům implementovat nové taktické scénáře pro vedení bojových operací z přepadení, kdy je v pohotovostním režimu obrněné vozidlo plně připraveno k boji, zatímco jeho tepelný podpis bude srovnatelný s okolní teplotou.
Baterie také poskytnou možnost pohybu v případě poruchy hlavní elektrárny, což umožní obrněným vozidlům opustit bojiště samostatně. V některých případech bude k evakuaci bojového vozidla s elektrickým přenosem stačit pouze jeho připojení k externímu zdroji energie. Například obrněné vyprošťovací vozidlo tímto způsobem může současně evakuovat další dvě obrněná vozidla s částečně poškozenou elektrickou převodovkou, a to pouhým přehozením napájecích kabelů.
Stejně jako v civilních elektrických vozidlech, i v obrněných vozidlech s elektrickou převodovkou lze rekuperaci energie provádět při brzdění.
Pozemní bojová vozidla s elektrickým přenosem budou mít nejlepší vlastnosti mobility a ovladatelnosti díky nekonečně variabilnímu přenosu výkonu na vrtule a také flexibilnímu rozložení výkonu mezi elektromotory na levoboku a na pravoboku. Například během zatáčky bude pokles výkonu motoru vlečeného korálku kompenzován zvýšením výkonu motoru vlečeného korálku.
Jednou z nejdůležitějších výhod elektrického přenosu bude schopnost poskytovat energii zařízením a senzorům, například radarovým stanicím (radarům) pro průzkum, navádění a všestrannou obranu komplexu aktivní ochrany.
V blízké budoucnosti se laserové zbraně stanou nedílnou součástí pozemních bojových vozidel, která budou schopna do značné míry neutralizovat hrozbu malých bezpilotních letadel (UAV), protitankových řízených střel a klastrových submunic s tepelnými a optickými naváděcími hlavami.
Elektřina může být také vyžadována pro aktivní kamuflážní systémy pro obrněná vozidla v rozmezí teplotních a optických vlnových délek.
závěry
Vytváření pozemních bojových vozidel s elektrickým pohonem se pravděpodobně stane nevyhnutelným, protože technologie se zdokonaluje a požadavky na napájení palubního zařízení a zbraní se zvyšují. Civilní trh s elektrickými vozidly může mít významný dopad na rychlost zavádění pozemních bojových vozidel s elektrickým pohonem.
Slibná pozemní bojová vozidla s elektrickou převodovkou překonají „klasické“modely z hlediska dynamiky, manévrovatelnosti, snadného ovládání, schopnosti přežití a zabezpečení, a pokud možno také umístění slibných zbraní a senzorů s vysokou spotřebou energie.
