Civiele techniek
De eerste elektrische auto's verschenen in 1828 vóór auto's met verbrandingsmotoren (ICE). Aan het begin van de 20e eeuw waren elektrische voertuigen goed voor meer dan een derde van het gehele Amerikaanse wagenpark. Toen begonnen ze echter geleidelijk hun posities op te geven en gaven ze toe aan auto's in termen van bereik, gemak van tanken en andere parameters.
Er kunnen verschillende ontwerpopties voor elektrische voertuigen worden geïmplementeerd. Een klassiek elektrisch voertuig wordt aangedreven door batterijen die worden opgeladen aan een laadstation. Een elektrisch voertuig met een externe toevoer van elektrische energie ontvangt elektriciteit van externe geleiders door middel van een contactmethode of door middel van elektromagnetische velden. Een verbrandingsmotor met generator kan worden geïnstalleerd om de batterijen van een elektrisch voertuig op te laden, of elektriciteit kan rechtstreeks worden opgewekt uit vloeibare of gasvormige brandstoffen met behulp van katalytische brandstofcellen. Alle bovenstaande regelingen kunnen op verschillende manieren worden gecombineerd.
Af en toe kwam de belangstelling voor elektrische voertuigen weer op, meestal tijdens de stijging van de prijzen voor aardolieproducten, maar deze ebde snel weg: auto's met verbrandingsmotoren bleven buiten concurrentie. Als gevolg hiervan is apparatuur met elektrische voortstuwing wijdverbreid in het segment van transport met een externe levering van elektrische energie: elektrische treinen, trams en trolleybussen, in de niche van magazijnapparatuur.
Een apart segment kan worden onderscheiden door speciale apparatuur, bijvoorbeeld mijnbouwdumptrucks met een laadvermogen van meer dan 100 ton, waarop een elektromechanische overbrenging wordt gebruikt.
Aan het begin van de 21e eeuw hervatte de belangstelling voor elektrische voertuigen op een nieuw niveau. De bepalende factor was niet de stijging van de prijzen voor olieproducten, maar de eis van milieuactivisten om de schadelijke uitstoot te verminderen. Het Amerikaanse bedrijf Tesla, aanbeden (gehaat) door veel Elon Musk, werd de fabrikant die zoveel mogelijk op de "milieugolf" heeft gereden.
Maar wie en hoe ze zich ook tot Elon Musk verhouden, het kan niet worden ontkend dat Tesla geweldig werk heeft geleverd: in feite is er een apart segment van de automarkt gecreëerd, elektrische auto's zijn een gebied geworden waarin autoreuzen zijn begonnen actief te investeren. Als er actief in een bepaalde richting wordt ontwikkeld, wordt het resultaat vroeg of laat bereikt. Er komen nieuwe accu's met verhoogde capaciteit, hoge laadsnelheden en een groter temperatuurbereik, efficiëntere en compactere elektromotoren, met geïntegreerde tandwielkasten die in motorwielen met een laag onafgeveerd gewicht kunnen worden geplaatst en andere ontwikkelingen.
Het lijdt geen twijfel dat elektrische auto's in de nabije toekomst praktisch auto's met verbrandingsmotoren zullen vervangen, en niet om milieuredenen, maar vanwege de algemene technische superioriteit van elektrische voertuigen.
Militaire uitrusting
In 1917 produceerde het Franse bedrijf FAMH 400 Saint Chamond-tanks met elektrische transmissie van Crochat Collendeau, waarin een Panhard-benzinemotor rechtstreeks was aangesloten op een elektrische generator, die twee elektromotoren aandreef, die elk waren verbonden met een aandrijfwiel en een rups rit. Eveneens in 1917 werd in Groot-Brittannië een tank met elektrische transmissies van Daimler en British Westinghouse getest.
Latere voorbeelden zijn de Duitse zware gemotoriseerde artillerie-eenheid (SAU) "Ferdinand" ("Olifant") met een gewicht van 65 ton. Krachtcentrale "Ferdinand" omvatte twee V-vormige 12-cilinder watergekoelde carburateurmotoren "Maybach" HL 120 TRM met een inhoud van 265 liter. pp., twee elektrische generatoren Siemens-Schuckert Typ aGV met een spanning van 365 volt en twee elektrische tractiemotoren Siemens-Schuckert D149aAC met een vermogen van 230 kW, gelegen in de achterkant van de romp, die elk van hun wielen door een reductie aandreven tandwiel gemaakt volgens een planetair schema.
Hoewel Ferdinand relatief nieuw is, zijn er niet veel klachten over haar werk. Als zodanig kan men de grotere complexiteit en kosten opmerken in vergelijking met elektriciteitscentrales met een klassiek ontwerp, evenals de noodzaak om een aanzienlijke hoeveelheid koper te gebruiken, die in Duitsland schaars is.
Naast de Ferdinand zelfrijdende kanonnen werd ook gedacht aan het gebruik van elektrische voortstuwing in de Duitse superzware tank, de 188-tons Maus tank.
Rond dezelfde periode werd in de USSR een experimentele zware EKV-tank met een elektromechanische krachtcentrale ontwikkeld op basis van de KV-1-tank. Het technische ontwerp van de EKV-tank werd ontwikkeld in september 1941 en in 1944 werd het prototype van de EKV-tank getest. Er werd aangenomen dat het gebruik van een elektromechanische transmissie op de tank het brandstofverbruik zou verminderen, de manoeuvreerbaarheid en de dynamische eigenschappen van de tank zou verbeteren.
De elektromechanische overbrenging van de EKV-tank omvatte een DK-502B-startgenerator aangesloten op een V-2K-dieselmotor en twee DK-301V-tractiemotoren, met twee ingebouwde versnellingsbakken en regelapparatuur.
Volgens de testresultaten werd het ontwerp van de EKV-tank als onbevredigend erkend, het werk aan het project werd beperkt.
Projecten van "elektrische" tanks werden uitgevoerd in Groot-Brittannië, de VS, de USSR, Duitsland en Frankrijk, evenals in andere landen gedurende de twintigste eeuw. Desalniettemin hebben tanks en gepantserde voertuigen met een traditionele lay-out op dit moment maximale ontwikkeling gekregen.
Voordelen en perspectieven
Waarom wordt er, ondanks het grote aantal afgesloten experimentele projecten, steeds teruggegrepen op de kwestie van de elektrische voortstuwing van gevechtsvoertuigen op de grond?
Enerzijds is er een ontwikkeling van technologieën waarvan het gebruik in elektrische voortstuwingssystemen het mogelijk maakt om te rekenen op het behalen van positieve resultaten die voorheen onbereikbaar waren. Permanente magneet- en asynchrone elektromotoren, hoogrenderende stroomgeneratoren, stroomdistributiesystemen, snelladende batterijen en nog veel meer worden ontwikkeld.
De laatste tijd hebben we het niet alleen over grondtechnologie met elektrische voortstuwing, maar ook over het creëren van volledig elektrische vliegtuigen tot vrij grote passagiersmodellen.
Aan de andere kant is er steeds meer vraag naar de voordelen die elektrische voortstuwing kan bieden aan gevechtsapparatuur op de grond:
- de mogelijkheid van een flexibele lay-out van het gevechtsvoertuig vanwege de afwezigheid in de elektrische transmissie van eenheden met een stijve mechanische verbinding die wordt geleverd door de assen;
- verhoogde overlevingskansen van militair materieel vanwege de mogelijkheid van redundantie van de componenten van de elektrische transmissie;
- de mogelijkheid om van brandgevaarlijke hydraulische aandrijvingen af te stappen ten gunste van elektrische;
- de mogelijkheid om militaire uitrusting op beperkte delen van het pad te verplaatsen in de maximale camouflagemodus, met minimale ontmaskering door geluids- en thermische kenmerken;
- het vermogen om tijdens het remmen elektriciteit te recupereren;
- de beste dynamische kenmerken en cross-country parameters van gepantserde voertuigen uitgerust met een elektrische transmissie;
- groot bedieningsgemak van gepantserde voertuigen met elektrische aandrijving;
- het vermogen om voldoende elektriciteit te leveren voor een steeds groter aantal apparatuur, sensoren, geavanceerde wapens.
Laten we deze voordelen eens nader bekijken. De belangrijkste energiebron is een diesel- of gasturbine, in auto's met elektrische transmissie zullen ze een grotere hulpbron en efficiëntie hebben vanwege het feit dat het optimale motortoerental in eerste instantie kan worden geselecteerd, waarbij het minimale slijtage en maximale brandstof zal hebben efficiëntie. De verhoogde belasting tijdens accelereren en krachtig manoeuvreren wordt gecompenseerd door de bufferbatterijen.
Zo kan in combinatie met een generator een high-speed gasturbine geplaatst worden, die in de "aan/uit" modus zal werken om de bufferbatterijen op te laden, zonder de snelheid te veranderen.
In de elektrische transmissie is het niet nodig om omvangrijke assen en versnellingsbakken te installeren. De mechanische verbinding in de elektrische transmissie is alleen beschikbaar in de motor-elektrische generator en elektromotor-wiel-paren, maar deze eenheden kunnen als een enkele eenheid worden gemaakt. De rest van de units zijn verbonden met flexibele kabels.
In tegenstelling tot mechanische verbindingen kunnen elektrische verbindingen vele malen redundant zijn. In het stadium van het monteren van de behuizing kunnen bijvoorbeeld beschermde kabelkanalen worden gelegd, waarin een universele stroom- en databus, inclusief stroom- en datakabels, zal worden ondergebracht.
De ruimtelijke scheiding van energiebronnen, toevoer- en communicatiekanalen, evenals motoren en propellers met een verhoogde waarschijnlijkheid, zal het gevechtsvoertuig in staat stellen om mobiliteit en situationeel bewustzijn te behouden wanneer het beschadigd is, wat de mogelijkheid biedt om het gevechtsvoertuig terug te trekken uit de vuurzone en evacueren van het slagveld.
Het afwijzen van hydraulische aandrijvingen ten gunste van elektrische zal ook helpen om de overlevingskansen van gevechtsvoertuigen op de grond te vergroten, zowel vanwege het lagere brandgevaar van laatstgenoemde als vanwege hun grotere betrouwbaarheid. De Russische luchtmacht is van plan de hydraulische aandrijvingen van de Su-57-jager van de vijfde generatie tegen 2022 af te schaffen.
Door de aanwezigheid van bufferbatterijen kunt u mobiel blijven zonder de hoofdmotor in te schakelen, zij het over een vrij beperkt gedeelte. Hierdoor kunnen veelbelovende gevechtsvoertuigen nieuwe tactische scenario's implementeren voor het uitvoeren van gevechtsoperaties vanuit een hinderlaag, wanneer het gepantserde voertuig in de standby-modus volledig gevechtsgereed is, terwijl de thermische handtekening vergelijkbaar zal zijn met de omgevingstemperatuur.
Batterijen bieden ook de mogelijkheid om te bewegen in het geval van een storing van de hoofdkrachtcentrale, waardoor gepantserde voertuigen het slagveld alleen kunnen verlaten. In sommige gevallen volstaat het om een gevechtsvoertuig met een elektrische transmissie te evacueren om het eenvoudig op een externe stroombron aan te sluiten. Zo kan een gepantserd bergingsvoertuig op deze manier bijvoorbeeld twee andere gepantserde voertuigen met een gedeeltelijk beschadigde elektrische overbrenging gelijktijdig evacueren, simpelweg door er stroomkabels overheen te gooien.
Net als bij civiele elektrische voertuigen kan bij gepantserde voertuigen met een elektrische transmissie energieterugwinning worden uitgevoerd tijdens het remmen.
Grondgevechtsvoertuigen met elektrische transmissie zullen de beste eigenschappen van mobiliteit en bestuurbaarheid hebben dankzij de oneindig variabele krachtoverbrenging naar de propellers, evenals de flexibele vermogensverdeling tussen de elektromotoren aan bakboord en stuurboord. Tijdens een bocht zal bijvoorbeeld een afname van het vermogen op de trailing-hielmotor worden gecompenseerd door een toename van het vermogen van de trailing-hielmotor.
Een van de belangrijkste voordelen van elektrische transmissie is de mogelijkheid om apparatuur en sensoren van stroom te voorzien, bijvoorbeeld radarstations (radars) voor verkenning, geleiding en allround verdediging van het actieve beschermingscomplex.
In de nabije toekomst zullen laserwapens een integraal onderdeel worden van grondgevechtsvoertuigen, die in staat zullen zijn om de dreiging van kleine onbemande luchtvaartuigen (UAV's), anti-tank geleide raketten en clustersubmunitie met thermische en optische homing heads grotendeels te neutraliseren.
Elektriciteit kan ook nodig zijn voor actieve camouflagesystemen voor gepantserde voertuigen in het thermische en optische golflengtebereik.
conclusies
De creatie van gevechtsvoertuigen op de grond met elektrische voortstuwing zal waarschijnlijk onvermijdelijk worden naarmate de technologie verbetert en de vereisten voor de stroomvoorziening van uitrusting en wapens aan boord toenemen. De civiele markt voor elektrische voertuigen kan van grote invloed zijn op het tempo van introductie van grondgebonden gevechtsvoertuigen met elektrische voortstuwing.
Veelbelovende grondgevechtsvoertuigen met elektrische transmissie zullen de "klassieke" modellen overtreffen in termen van dynamiek, manoeuvreerbaarheid, bedieningsgemak, overlevingsvermogen en veiligheid, evenals, indien mogelijk, plaatsing van veelbelovende wapens en sensoren met een hoog energieverbruik erop.
