Kütuseelementide süsteemi EMILY 3000 nimivõimsus on 125 W ja päevane laadimisvõimsus 6 kWh. See võib laadida mitut akut või toimida väljageneraatorina. Süsteem loodi spetsiaalselt sõjaliste rakenduste jaoks, sealhulgas testistsenaariumid, mille käigus tuleb uute kaitsesüsteemide kohta andmeid koguda ja kohapeal hinnata.
Lõppkokkuvõttes pakuvad hübriidjaamad soomukitele võrreldavaid või isegi paremaid eeliseid. Kuigi kütusesäästlikkus ei ole vähemalt ajalooliselt olnud soomusmasinate kohustuslike omaduste loetelu tipus, suurendab see siiski läbisõitu ja / või kestust antud kütusemahu puhul, suurendab kasulikku koormust, kaitset või tulejõudu. kaalu ja üldiselt vähendada laevastiku üldist logistikakoormust
Hübriidajamiga ajamil võib sõjaväesõidukite tulevikus olla oluline roll, kuid paljude kaitseprogrammide vastav tühistamine ja mahu vähendamine (unustamata kuulsad FCS ja FRES) ning võitlus kaitstud sõidukite kiireloomuliste nõuete täitmiseks on edasi lükatud. selle rakendamine sõjalistel sõidukitel lõputult.
Kui aga 2011. aasta jaanuaris kuulutati välja Ameerika maapealse lahingumasina GCV (Ground Combat Vehicle) taotlejad, oli nende hulgas BAE Systems / Northrop Grummani meeskonna projekt koos Qinetiqi E-X-DRIVE süsteemiga hübriid-elektrimootoriga. Seda võib pidada omamoodi hasartmänguks, sest ükski JLTV (Joint Light Tactical Vehicle) kerge taktikalise sõidukiprogrammi pretendentidest, mis hõlmas ka hübriid -elektriajamit, ei kvalifitseerunud finaali seetõttu, et vastavalt saadaolevate andmete põhjal arvatakse, et selle masina tehnoloogia pole praegu veel piisavalt küps. Sellegipoolest on maapealsete lahingumasinate hübriidajamiga ajamite ajaloos selle tehnoloogia arendamiseks ja demonstreerimiseks piisavalt programme. Ülemaailmses tehnoloogiaotsingus on midagi andestamatut ja vältimatut, mis lubab säästa kütust, parandada jõudlust ja vastupidavust, rahuldades samal ajal kasvavat nõudlust pardal oleva elektri järele. Seda toetavad kahtlemata paralleelsed arengud autotööstuses, mida juhivad keskkonnaalased õigusaktid.
Sõjaväesõidukite tootjad ja süsteemide pakkujad on sellesse tehnoloogiasse palju investeerinud, mis on sageli tõrjutud mõnest eespool nimetatud ambitsioonikast valitsusprogrammist, enne kui seisavad silmitsi valitsuse pikaajaliste plaanide erilise ebakindlusega. AM General, BAE Systems, General Dynamics, Hagglunds, MillenWorks ja Qinetiq on välja töötanud Ühendkuningriigi, USA ja Rootsi programmide jaoks hübriid -elektriajamid, Nexter aga ARCHYBALD tehnoloogia arendusprogrammi kallal raskete sõidukite, tsiviil- ja sõjaväe jaoks.
Elektriline ajamülekanne E-X-DRIVE QinetiQ roomiksõidukitele, kerge, kompaktne ja tõhus süsteem
Hübriidsed eelkäijad
Hübriidajamid on sõjalaevadel kindlalt juurdunud, eriti allveelaevadel, rongidel ja raskeveokitel, mida kasutatakse karjäärides ja avamaakaevandustes. Nendes rakendustes juhib peamine mootor, näiteks diiselmootor, gaasiturbiin või isegi mõlemad, generaatorit, mis annab voolu mootorite ja akude laadimiseks. Mõned süsteemid sisaldavad käigukasti mehaanilise jõu ülekandmiseks lõppseadmetele, teised aga mitte.
Sõjalaevadel võimaldavad hübriidjaamad kasutada keerukaid ja väga erinevaid kiiruseprofiile, samas kui jõuülekandeid käitatakse tõhusal kiirusevahemikul: elektrimootorid vaikseks tõukejõuks, diiselmootorid tavaliseks tõukejõuks, gaasiturbiinid kiirenduseks jne. Traditsioonilisel meetodil töötav allveelaev ei saa sukeldumise ajal käivitada oma esmast tõukejõudu (kui sellel pole snorki) ja selles osas tuleb loota peamiselt akudele või muule õhust sõltumatule tõukejõusüsteemile. Hiiglaslikud mullatöömasinad kasutavad elektrimootorite tekitatud tohutut pöördemomenti nullpöörde minutis, sest manuaalkäigukastid, mis suudaksid sellist tööd teha, oleksid tohutud, keerulised ja kallid. Sama probleemiga seisavad rongid silmitsi veelgi enam, sest nad peavad paigal vedama mitusada tonni, paljudel juhtudel kiirusega üle 150 miili tunnis.
Hübriidajam jõuülekandesüsteem võib säästa kütust, lubades kasutada väiksemat, kütusesäästlikumat jõuülekannet ilma riknemiseta, sest süsteem, kui juht gaasipedaali täielikult vajutab, täiendab põhimootorit akutoitega elektrimootoritega. Elektriajamid võimaldavad ka mootori summutamist madala kiirusega sõites, kui see võib olla suhteliselt ebaefektiivne. Kaasaegsed hübriidautod suudavad salvestada ka kineetilist energiat (näiteks regeneratiivpidurisüsteemist) ja kasutada seda oma akude laadimiseks. Täiendavat kokkuhoidu saavutatakse, kui käitate mootorit suurema osa ajast kõige tõhusamal kiirusevahemikul, samuti kasutate täiendavat energiat akude laadimiseks ja / või elektritarbijate varustamiseks.
Kaasaegsed sõjaväesõidukid vajavad üha enam elektrienergiat sidesüsteemide, juhtimis- ja juhtimisseadmete, seire- ja luureandurite, näiteks optoelektroonika ja radarite, kaugjuhitavate relvajaamade ning isetehtud lõhkeseadeldiste (IED) segajate käitamiseks. Täiustatud süsteemid, nagu elektriline soomus, suurendavad veelgi tarbimist. Kogu paigaldatud võimsuse kasutamine elektrisüsteemide käitamiseks on teoreetiliselt vähemalt tõhusam kui üks tõukejõusüsteem ja teine spetsiaalseadmete jaoks.
Üha enam rõhutatakse mässutõrje missioonidel seire- ja luureandmete kogumise võimalusi ning seetõttu esitatakse üha enam soomukiprogrammides vaikiva jälgimise nõudeid. See suurendab veelgi elektrienergia tarbimise tähtsust ja muudab kütuseelemendid atraktiivsemaks.
Hübriidsed elektriajamid jagunevad kahte laia kategooriasse: paralleelsed ja seeriad. Paralleelsetes süsteemides pöörlevad sisepõlemismootor ja elektrimootor (või elektrimootorid) rattaid või rööpaid kas eraldi või koos. Seeria hübriidsüsteemides juhib jõuallikas ainult generaatorit. Järjestikune süsteem on lihtsam, kogu selles olev jõuallikas peab läbima elektrimootorid ja seetõttu peavad need olema suuremad kui elektrimootorid paralleelses süsteemis, millel on samad masina jõudlusnõuded. Mõlemat tüüpi süsteemid on välja töötatud.
Uuendusi hübriid-elektriajamites ja kütuseelementide tehnoloogias saab ammutada kaubanduslikust tehnoloogiast. Näiteks toodab BAE Systems hübriid-elektrilisi busse, mille tehnoloogia abil saab demonstreerida tänapäevaste rasketes tingimustes loodud hübriidelektrisõidukite energiatõhusust ja parendatud heitgaasiomadusi.
Suurenenud ellujäämisvõime
Hübriidsüsteemid suurendavad ka vastupidavust paindlikuma paigutuse ja ülekandekomponentide kõrvaldamise tõttu, mis võivad miinide või IED -i lõhkamisel muutuda kõrvalmürsuks. Eriti saavad sellest kasu ratastega soomukid. Integreerides ajamimootorid ratta rummudesse, kõrvaldatakse kõik traditsiooniliste manuaalkäigukastidega seotud propellervõllid, diferentsiaalid, veovõllid ja käigukastid ning need asendatakse toitekaablitega ja seetõttu ei saa neist saada lisamürske. Kõigi nende mehhanismide kõrvaldamine võimaldab ka meeskonnaruumi maapinnast teatud sõidukõrgusele tõsta, muutes reisijad kerealuste plahvatuste suhtes vähem haavatavaks. Seda tüüpi disaini kasutati General Dynamics UK AHED 8x8 demonstraatoris ja SEA masina ratastega versioonis firmalt BAE Systems / Hagglunds, mille roomikversioon on samuti toodetud (ja seejärel turvaliselt unustatud).
Üksikutesse ratastesse integreeritud elektrimootorid juhivad igale rattale antavat võimsust väga täpselt ja see välistab GD UK andmetel peaaegu rööbaste eelise rataste ees maastikul.
Paljutõotav maapealne lahingumasin liigub radadel ja BAE Systems / Northrop Grummani ettepanek viitab sellele, et Qinetiqi E-X-DRIVE elektriline jõuülekanne on kergem, kompaktsem ja tõhusam kui traditsioonilised käigukastid. Samuti võimaldab see parandada kiirendust koos tõrketaluvusega ja on konfigureeritav paljude masinate ja tehnoloogiate kasutuselevõtu programmide jaoks, ütleb ettevõte.
Kuigi süsteem sisaldab nelja püsimagnetmootorit, ei ole E-X-DRIVE jõuülekanne täielikult elektriline; võimsuse taastamine kurvides ja mehaaniline käiguvahetus, viimane kasutab nukk -sidurit. See disain on madala riskiga lahendus, mis minimeerib mootorite, hammasrataste, võllide ja laagrite pingeid. Ristvõlli paigutuse kasutamine pöördmehhanismi mehaanilise jõu taastamiseks on alternatiiv sõltumatute veorataste kasutamisele puhtalt elektrilises jõuülekandes.
Üks uuendusi E-X-DRIVE keskmes on keskne käigukast (tuntud kui reguleeriv diferentsiaal), mis ühendab endas roolimootori pöördemomendi, peamise mootori pöördemomendi ja eelnevalt mainitud mehaanilise juhtimismehhanismi. Lisaks väändekoormuste minimeerimisele kõrvaldab see traditsioonilistes lahendustes ja muudes hübriid -elektriajamisüsteemides kasutatava välise ristvõlli mahu ja kaalu.
Edusammud elektrotehnikas
Püsimagnetmootorid on tehnoloogiavaldkond, mis on viimastel aastatel oluliselt parandanud elektriajamite tõhusust ja võimsustihedust kõikides rakendustes. Püsimagnetmootorid toetuvad staatori komponentides magnetväljade tekitamiseks looduses esinevatele võimsatele haruldaste muldmetallide magnetitele, mitte voolu kandvatele mähistele (elektromagnetid). See muudab mootorid tõhusamaks, eelkõige seetõttu, et elektrivooluga tuleb toita ainult rootorit.
Kaasaegne jõuelektroonika on võtmetähtsusega tehnoloogia igat tüüpi hübriidsõidukite jaoks. Näiteks IGBT -põhised mootorikontrollerid juhivad aku, generaatori või kütuseelementide vooluhulka, et määrata elektrimootorite pöörlemiskiirused ja väljundmoment. Need on palju tõhusamad kui elektromehaanilised juhtimissüsteemid ja parandavad oluliselt muutuva kiirusega ajamite jõudlust - tehnoloogia, mis on palju vähem küps kui tööstuses laialdaselt kasutatavad fikseeritud kiirusega ajamid.
New Jerseys asuv TDI Power on näide investorist, kes investeerib tsiviil- ja militaarotstarbeliste elektri- ja hübriidsõidukite vedeljahutusega jõuelektroonikasse. Ettevõte toodab standardseid modulaarseid DC / DC muundureid ja invertereid, mis ületavad kehtivaid SAE ja MIL standardeid.
Sõjaväesõidukite elektriajamid saavad kasu tööstuse muutuva kiirusega ajamite ulatuslikust uurimis- ja arendustegevusest, mida toetab väljavaade säästa umbes 15–30%energiat, mis on võimalik saavutada, kui enamiku tööstusharude jaoks asendatakse püsikäiguga masinad muutuva kiirusega ajamitega. kasutajatele, nagu on välja toodud Ühendkuningriigi teadus- ja innovatsiooniameti tellitud Newcastle'i ülikooli hiljutises uuringus. "Ajamikoormuste potentsiaalse tõhususe parandamine aitab Ühendkuningriigil säästa 15 kWh miljardit tundi aastas ning koos parema mootori ja ajami efektiivsusega säästetakse kokku 24 miljardit kWh," ütles uuring.
Üks olulisi viise jõuülekande efektiivsuse parandamiseks mis tahes elektrisüsteemis on pinge suurendamine, kuna Ohmi seadus näeb ette, et mida suurem on pinge, seda väiksem on vool. Väikesed voolud võivad läbida õhukesi juhtmeid, võimaldades kompaktsetel ja kergetel elektrisüsteemidel pakkuda vajalikke koormusi. Seetõttu kasutavad riiklikud elektrivõrgud võimsuse edastamisel väga kõrgeid pingeid; Näiteks Briti elektrivõrgud töötavad oma ülekandeliinidel kuni 400 000 volti.
On vähetõenäoline, et sõjaväesõidukite elektrisüsteemid kasutavad sellise suurusega pingeid, kuid 28 -voldise jms elektrisüsteemi päevad näivad olevat loetud. Näiteks 2009. aastal valis Suurbritannia kaitseministeerium Qinetiqi uurima elektrienergia tootmist ja jaotamist 610 -voldise tehnoloogia abil. Qinetiq juhtis meeskonda, kuhu kuulusid BAE Systems ja elektrimasinate spetsialist Provector Ltd, kes muutis WARRIOR 2000 BMP demonstraatoriks, mis suudab toita 610 -voldiseid suure nõudlusega kliente ja olemasolevaid 28 -voldiseid seadmeid. Masin on varustatud kahe 610 -voldise generaatoriga, millest igaüks annab kaks korda rohkem võimsust kui algne masin, neljakordistades Warriori elektrivõimsuse.
Energia sõidukile, mis kasutab SFC kütuseelemente
Väljasõdurid vajavad oma masinate jaoks usaldusväärset energiaallikat. See peab varustama vooluga rongisiseseid seadmeid, nagu raadiod, sideseadmed, relvasüsteemid ja optilised elektroonilised süsteemid. Kuid vajaduse korral peaks see toimima ka lähetatud sõdurite laadimisjaamana.
Sageli ei saa ülesande täitmisel mootorit akude laadimiseks käivitada, kuna see võib paljastada seadme asukoha. Seetõttu vajavad sõdurid võimalust elektrivoolu saamiseks - vaikselt, pidevalt ja iseseisvalt.
SFC EMILY 2200 süsteem põhineb edukal EFOY kütuseelementide tehnoloogial. Masinale paigaldatud EMILY -seade tagab akude pideva laetuse. Selle sisseehitatud regulaator jälgib pidevalt akude pinget ja vajadusel laeb patareid automaatselt. See töötab vaikselt ja selle ainus "heitgaas" on veeaur ja süsinikdioksiid kogustes, mis on võrreldavad lapse hingamisega.
Suured masinad vajavad suuri patareisid. See liitium-ioonrakkude pakett on osa BAE Systems'i hübriidsiini tõukejõutehnoloogiast.
Kas kütuseelemendid on võimalikud?
Kütuseelemente, mis kasutavad keemilisi protsesse kütuse otseseks muutmiseks suure voolutugevusega elektrivooluks, on pikka aega peetud tehnoloogiaks, mida saab sõjaväes laialdaselt kasutada, sealhulgas auto liikumiseks ja pardal elektri tootmiseks. Siiski tuleb ületada olulisi tehnilisi takistusi. Esiteks töötavad kütuseelemendid vesiniku peal ja segavad selle õhust hapnikuga, et tekitada kõrvalproduktina elektrivool. Vesinik ei ole kergesti kättesaadav ning seda on raske ladustada ja transportida.
Elektrisõidukeid kasutavate kütuseelementide näiteid on palju, kuid need kõik on eksperimentaalsed. Automaailmas on Honda FCX CLARITY ilmselt lähim kättesaadavus kaubanduslikule tootele, kuid isegi siis on see saadaval ainult piirkondades, kus on olemas vesiniku tankimise infrastruktuur, ja ainult rendilepingute alusel. Isegi juhtivad kütuseelementide tootjad, näiteks Ballard Power, tunnevad ära selle tehnoloogia praegused piirangud autodes kasutamiseks. Ettevõte ütleb, et „kütuseelemendiga sõidukite masstootmine toimub pikas perspektiivis. Praegu usub enamik autotootjaid, et kütuseelemendiga sõidukite seeriatootmine on teostatav alles umbes aastal 2020, kuna tööstus seisab silmitsi vesiniku jaotamise, vastupidavuse, energiatiheduse, kuumkäivitusvõime ja kütuseelementide maksumuse probleemidega.”
Kuid kõik maailma suuremad autotootjad investeerivad palju koos kütuseelementide teadus- ja arendustegevusse, sageli koostöös kütuseelementide tootjatega. Näiteks Ballard on osa Fordi ja Daimler AG ühisettevõttest Automotive Fuel Cell Cooperation. Sõjavägi seab kütuseelementide kasutuselevõtmisele veel ühe takistuse oma nõude näol, et kõik peab toimima "logistilistel" kütustel. Kütuseelemendid võivad töötada diislikütusel või petrooleumil, kuid neid tuleb kõigepealt modifitseerida, et saada vajalikku vesinikku. See protsess nõuab keerukaid ja suuremahulisi seadmeid, mis mõjutavad kogu süsteemi suurust, kaalu, maksumust, keerukust ja tõhusust.
Veel üks kütuseelementide piirang sõjaväesõiduki esmase liikumisena on asjaolu, et need toimivad kõige paremini püsiva võimsuse korral ja ei suuda nõutavatele muudatustele kiiresti reageerida. See tähendab, et tippvõimsuskoormuste rahuldamiseks tuleb neid täiendada patareide ja / või superkondensaatorite ja nendega seotud võimsuse reguleerimise elektroonikaga.
“Superkondensaatorite” valdkonnas on Eesti ettevõte Skeleton Industries välja töötanud tipptehnoloogia SkelCap superkondensaatorite rea, mis on viis korda võimsamad liitri mahu kohta või üle nelja korra võimsamad kilogrammi kohta kui esmaklassilised sõjaväepatareid. Praktikas tähendab see parimate sõjaväepatareidega võrreldes 60 protsenti rohkem energiat ja neli korda rohkem voolu. SkelCapi "superkondensaatorid" pakuvad kohe võimsust ja neid kasutatakse väga erinevates rakendustes, alates tulejuhtimisest kuni tornipaakideni. United Armaments International (UAI) grupi osana täidab SkelCap Tallinnas asuva UAI grupi kaudu erinevaid eritellimusi ja laiendatud programme.
Superkondensaatorid firmalt Skeleton Industries
See aga ei tähenda, et kütuseelemendid ei leiaks kohta hübriid- ja elektrisõjaväesõidukites. Kõige paljutõotavam kohene rakendus on abimootorid (APU) sõidukites, mis täidavad ISTAR -tüüpi vaikseid jälgimisülesandeid (teabe kogumine, sihtmärgi määramine ja tutvumine)."Vaikses jälgimisrežiimis ei pea sõidukite mootorid töötama ja akud üksi ei suuda piisavalt energiat pikaajalisteks operatsioonideks," ütleb USA armee inseneriuuringute keskus, mis juhib tahkete oksiidkütuseelementide generaatorite ja APUde väljatöötamist. saab sõjalistel kütustel, diislikütusel ja petrooleumil töötada.
See organisatsioon keskendub praegu kuni 10 kW süsteemidele, rõhuasetusega kütusesüsteemide täielikule integreerimisele kütuseelementide komplekti töövajadustega. Praktiliste süsteemide väljatöötamisel tuleb lahendada ülesanded, mis hõlmavad aurustumise ja reostuse kontrolli, eriti väävli kontrollimist väävlitustamine (väävlitustamine) ja väävlikindlate materjalide kasutamise kaudu, samuti süsiniku ladestumise vältimist süsteemis..
Hübriidajamitel on sõjaväesõidukitele palju pakkuda, kuid selle tehnoloogia eeliste käegakatsutavaks muutumine võtab aega.