هندسة مدنية
ظهرت أولى السيارات الكهربائية قبل السيارات ذات محركات الاحتراق الداخلي (ICE) عام 1828. في بداية القرن العشرين ، شكلت السيارات الكهربائية أكثر من ثلث أسطول السيارات الأمريكي بأكمله. ومع ذلك ، فقد بدأوا تدريجياً في التخلي عن مناصبهم ، والاستسلام للسيارات من حيث المدى ، والراحة في التزود بالوقود وغيرها من المعايير.
يمكن تنفيذ العديد من خيارات التصميم للسيارات الكهربائية. يتم تشغيل السيارة الكهربائية الكلاسيكية بواسطة بطاريات مشحونة في محطة شحن. تستقبل السيارة الكهربائية المزودة بمصدر خارجي للطاقة الكهربائية الكهرباء من الموصلات الخارجية بطريقة التلامس أو عن طريق المجالات الكهرومغناطيسية. يمكن تركيب محرك احتراق داخلي مع مولد لإعادة شحن بطاريات السيارة الكهربائية ، أو يمكن توليد الكهرباء من الوقود السائل أو الغازي مباشرة باستخدام خلايا الوقود التحفيزية. يمكن الجمع بين جميع المخططات المذكورة أعلاه بطرق مختلفة.
عاد الاهتمام بشكل دوري بالسيارات الكهربائية ، عادةً أثناء ارتفاع أسعار المنتجات البترولية ، لكنه سرعان ما تلاشى: ظلت السيارات ذات محركات الاحتراق الداخلي بعيدة عن المنافسة. نتيجة لذلك ، أصبحت المعدات ذات الدفع الكهربائي منتشرة على نطاق واسع في قطاع النقل مع مصدر خارجي للطاقة الكهربائية: القطارات الكهربائية والترام وحافلات الترولي ، في مكانة معدات المستودعات.
يمكن تمييز جزء منفصل بمعدات خاصة ، على سبيل المثال ، شاحنات تفريغ التعدين بسعة حمل تزيد عن 100 طن ، حيث يتم استخدام ناقل حركة كهروميكانيكي.
في بداية القرن الحادي والعشرين ، عاد الاهتمام بالسيارات الكهربائية إلى مستوى جديد. لم يكن العامل الحاسم هو ارتفاع أسعار المنتجات النفطية ، ولكن مطالبة الناشطين البيئيين بالحد من الانبعاثات الضارة. أصبحت شركة Tesla الأمريكية ، التي يحبها (مكروها) العديد من Elon Musk ، الشركة المصنعة التي اجتاحت "الموجة البيئية" قدر الإمكان.
ولكن بغض النظر عمن وبغض النظر عن علاقتهم بـ Elon Musk ، فلا يمكن إنكار أن تسلا قامت بعمل رائع: في الواقع ، تم إنشاء قسم منفصل من سوق السيارات ، وأصبحت السيارات الكهربائية مجالًا بدأ فيه عمالقة السيارات للاستثمار بنشاط. إذا تم تنفيذ التطوير بنشاط في بعض الاتجاهات ، فسيتم تحقيق النتيجة عاجلاً أم آجلاً. ستكون هناك بطاريات جديدة ذات سعة أكبر ، ومعدلات شحن عالية ، ونطاق درجة حرارة ممتد للتطبيق ، ومحركات كهربائية أكثر كفاءة ومضغوطة ، مع علب تروس مدمجة يمكن وضعها في عجلات بمحرك بوزن منخفض بدون نوابض وغيرها من التطورات.
ليس هناك شك في أنه في المستقبل المنظور ، ستحل السيارات الكهربائية عمليًا محل السيارات بمحركات الاحتراق الداخلي ، وليس لأسباب بيئية ، ولكن بسبب التفوق التقني العام للسيارات الكهربائية.
المعدات العسكرية
في عام 1917 ، أنتجت الشركة الفرنسية FAMH 400 دبابة Saint Chamond مزودة بناقل حركة كهربائي Crochat Collendeau ، حيث تم توصيل محرك بنهارد للبنزين مباشرة بمولد كهربائي ، يعمل على تشغيل محركين كهربائيين ، كل منهما متصل بعجلة القيادة واليرقة. قائد.أيضًا في عام 1917 ، تم اختبار دبابة ذات ناقل حركة كهربائي من شركة Daimler و British Westinghouse في بريطانيا العظمى.
ومن الأمثلة اللاحقة وحدة المدفعية الثقيلة ذاتية الدفع الألمانية (SAU) "فرديناند" ("الفيل") التي تزن 65 طنًا. تضمنت محطة توليد الكهرباء "فرديناند" محركين مكربن على شكل حرف V 12 أسطوانة مبرد بالماء "مايباخ" HL 120 TRM بسعة 265 لترًا. ص. ، مولدين كهربائيين من نوع Siemens-Schuckert نوع aGV بجهد 365 فولت ومحركين كهربائيين للجر Siemens-Schuckert D149aAC بقوة 230 كيلو وات ، يقعان في الجزء الخلفي من الهيكل ، مما أدى إلى دفع كل من عجلاتها من خلال التخفيض العتاد مصنوع وفقًا لمخطط كوكبي.
في حين أن فرديناند جديدة نسبيًا ، لا توجد شكاوى كثيرة حول عملها. على هذا النحو ، يمكن للمرء أن يلاحظ التعقيد والتكلفة الأكبر مقارنة بمحطات الطاقة ذات التصميم الكلاسيكي ، فضلاً عن الحاجة إلى استخدام كمية كبيرة من النحاس ، والتي يوجد نقص في المعروض في ألمانيا.
بالإضافة إلى مدافع فرديناند ذاتية الدفع ، تم النظر أيضًا في استخدام الدفع الكهربائي في الدبابة الألمانية فائقة الثقل ، دبابة Maus التي يبلغ وزنها 188 طنًا.
في نفس الفترة تقريبًا ، تم تطوير خزان ثقيل تجريبي EKV مع محطة طاقة كهروميكانيكية في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية على أساس خزان KV-1. تم تطوير التصميم الفني لخزان EKV في سبتمبر 1941 ، وفي عام 1944 تم اختبار النموذج الأولي لخزان EKV. كان من المفترض أن استخدام ناقل الحركة الكهروميكانيكي على الخزان من شأنه أن يقلل من استهلاك الوقود ، ويحسن القدرة على المناورة والخصائص الديناميكية للخزان.
تضمن النقل الكهروميكانيكي لخزان EKV مولد بدء تشغيل DK-502B متصل بمحرك ديزل V-2K ، ومحركين للجر DK-301V ، مع علبتي تروس على متن الطائرة ومعدات تحكم.
وفقًا لنتائج الاختبار ، تم التعرف على تصميم خزان EKV على أنه غير مرض ، وتم تقليص العمل في المشروع.
تم تنفيذ مشاريع الدبابات "الكهربائية" في بريطانيا والولايات المتحدة الأمريكية والاتحاد السوفيتي وألمانيا وفرنسا ، وكذلك في بلدان أخرى طوال القرن العشرين. ومع ذلك ، في الوقت الحالي ، تلقت الدبابات والعربات المدرعة ذات التصميم التقليدي أقصى قدر من التطوير.
الفوائد ووجهات النظر
لماذا هناك عودة مستمرة لمسألة ضمان الدفع الكهربائي للمركبات القتالية على الرغم من كثرة المشاريع التجريبية المغلقة؟
من ناحية أخرى ، هناك تطور في التقنيات التي يتيح استخدامها في أنظمة الدفع الكهربائي إمكانية الاعتماد على الحصول على نتائج إيجابية لم يكن من الممكن تحقيقها في السابق. يتم تطوير المغناطيس الدائم والمحركات الكهربائية غير المتزامنة ومولدات التيار الكهربائي عالية الكفاءة وأنظمة توزيع الطاقة وبطاريات الشحن السريع وغير ذلك الكثير.
في الآونة الأخيرة ، لا نتحدث فقط عن التكنولوجيا الأرضية ذات الدفع الكهربائي ، ولكن أيضًا عن إنشاء طائرات كهربائية بالكامل تصل إلى طرازات الركاب الكبيرة إلى حد ما.
من ناحية أخرى ، يزداد الطلب على المزايا التي يمكن أن يوفرها الدفع الكهربائي لمعدات القتال الأرضية:
- إمكانية تصميم مرن للمركبة القتالية بسبب عدم وجود وحدات في ناقل الحركة الكهربائي ذات اتصال ميكانيكي صلب توفره الأعمدة ؛
- زيادة قابلية بقاء المعدات العسكرية بسبب إمكانية التكرار في مكونات ناقل الحركة الكهربائي ؛
- إمكانية التخلي عن المحركات الهيدروليكية الخطرة لصالح المحركات الكهربائية ؛
- إمكانية تحريك المعدات العسكرية على أقسام محدودة من المسار في وضع التمويه الأقصى ، مع الحد الأدنى من الكشف عن الخصائص الصوتية والحرارية ؛
- القدرة على استعادة الكهرباء أثناء الكبح.
- أفضل الخصائص الديناميكية والمعايير عبر البلاد للمركبات المدرعة المزودة بناقل حركة كهربائي ؛
- سهولة كبيرة في التحكم في المركبات المدرعة ذات الدفع الكهربائي ؛
- القدرة على توفير كمية كافية من الكهرباء لعدد متزايد من المعدات وأجهزة الاستشعار والأسلحة المتطورة.
دعنا نلقي نظرة فاحصة على هذه الفوائد. المصدر الرئيسي للطاقة هو الديزل أو التوربينات الغازية ، في السيارات ذات ناقل الحركة الكهربائي سيكون لديهم موارد وكفاءة أكبر نظرًا لحقيقة أنه يمكن تحديد سرعة المحرك المثلى مبدئيًا ، حيث سيكون لها حد أدنى من التآكل وأقصى وقود نجاعة. سيتم تعويض الأحمال المتزايدة أثناء التسارع والمناورة القوية بواسطة البطاريات العازلة.
على سبيل المثال ، بالاقتران مع المولد ، يمكن تركيب توربين غازي عالي السرعة ، والذي سيعمل في وضع "التشغيل / الإيقاف" لإعادة شحن البطاريات العازلة ، دون تغيير السرعة.
في ناقل الحركة الكهربائي ، ليست هناك حاجة لتركيب أعمدة ضخمة وعلب تروس. الاتصال الميكانيكي في ناقل الحركة الكهربائي متاح فقط في أزواج المحرك والمولد الكهربائي والمحرك الكهربائي ، ولكن يمكن تصنيع هذه الوحدات كوحدة واحدة. باقي الوحدات موصولة بكابلات مرنة.
على عكس التوصيلات الميكانيكية ، يمكن أن تكون التوصيلات الكهربائية زائدة عن الحاجة عدة مرات. على سبيل المثال ، في مرحلة تجميع العلبة ، يمكن وضع قنوات كبلية محمية ، والتي ستحتوي على ناقل بيانات وطاقة عالمية ، بما في ذلك كبلات الطاقة والبيانات.
سيسمح الفصل المكاني لمصادر الطاقة والإمداد وقنوات الاتصال ، وكذلك المحركات والمراوح ذات الاحتمالية المتزايدة للمركبة القتالية بالحفاظ على القدرة على الحركة والوعي بالظروف عند تلفها ، مما يضمن إمكانية سحب المركبة القتالية من منطقة إطلاق النار والإخلاء من ساحة المعركة.
سيساعد رفض المحركات الهيدروليكية لصالح المحركات الكهربائية أيضًا على زيادة قابلية بقاء المركبات القتالية على الأرض ، وذلك بسبب انخفاض خطر الحريق في الأخيرة ، وبسبب موثوقيتها الأكبر. تخطط القوات الجوية الروسية للتخلي عن محركات الأقراص الهيدروليكية في مقاتلة الجيل الخامس من طراز Su-57 بحلول عام 2022.
سيسمح لك وجود البطاريات العازلة بالبقاء متحركًا دون تشغيل المحرك الرئيسي ، وإن كان ذلك في قسم محدود إلى حد ما. سيسمح هذا للمركبات القتالية الواعدة بتنفيذ سيناريوهات تكتيكية جديدة لإجراء عمليات قتالية من كمين ، عندما تكون السيارة المدرعة في وضع الاستعداد في حالة استعداد قتالي كامل ، في حين أن توقيعها الحراري سيكون مشابهًا لدرجة الحرارة المحيطة.
ستوفر البطاريات أيضًا القدرة على التحرك في حالة تعطل محطة الطاقة الرئيسية ، مما سيسمح للمركبات المدرعة بمغادرة ساحة المعركة بمفردها. في بعض الحالات ، لإخلاء مركبة قتالية مزودة بناقل كهربائي ، يكفي ببساطة توصيلها بمصدر طاقة خارجي. على سبيل المثال ، يمكن لمركبة إنقاذ مصفحة بهذه الطريقة إخلاء مركبتين مصفحتين أخريين مع تلف جزئي في ناقل الحركة الكهربائي ، وذلك ببساطة عن طريق رمي كابلات الطاقة فوقها.
كما هو الحال في السيارات الكهربائية المدنية ، في المركبات المدرعة المزودة بنقل كهربائي ، يمكن استعادة الطاقة أثناء الكبح.
تتمتع المركبات القتالية الأرضية المزودة بنقل كهربائي بأفضل خصائص التنقل والتحكم بسبب نقل الطاقة المتغير بلا حدود إلى المراوح ، فضلاً عن التوزيع المرن للطاقة بين المحركات الكهربائية على جانبي الميناء والميمنة. على سبيل المثال ، أثناء الدوران ، سيتم تعويض النقص في الطاقة على محرك الخرزة الزائدة عن طريق زيادة قوة محرك حبة السحب.
تتمثل إحدى أهم مزايا النقل الكهربائي في القدرة على توفير الطاقة للمعدات وأجهزة الاستشعار ، على سبيل المثال ، محطات الرادار (الرادارات) للاستطلاع والتوجيه والدفاع الشامل لمجمع الحماية النشط.
في المستقبل القريب ، ستصبح أسلحة الليزر جزءًا لا يتجزأ من المركبات القتالية البرية ، والتي ستكون قادرة إلى حد كبير على تحييد التهديد من المركبات الجوية الصغيرة غير المأهولة (UAVs) والصواريخ الموجهة المضادة للدبابات والذخائر الصغيرة العنقودية برؤوس صاروخية حرارية وبصرية.
قد تكون الكهرباء مطلوبة أيضًا لأنظمة التمويه النشطة للمركبات المدرعة في نطاقات الطول الموجي الحراري والبصري.
الاستنتاجات
من المحتمل أن يصبح إنشاء المركبات القتالية الأرضية ذات الدفع الكهربائي أمرًا لا مفر منه مع تحسن التكنولوجيا وزيادة متطلبات الإمداد بالطاقة من المعدات والأسلحة الموجودة على متن الطائرة. يمكن أن يكون للسوق المدني للسيارات الكهربائية تأثير كبير على معدل إدخال المركبات القتالية الأرضية ذات الدفع الكهربائي.
ستتجاوز المركبات القتالية البرية الواعدة المزودة بناقل حركة كهربائي النماذج "الكلاسيكية" من حيث الديناميكية والقدرة على المناورة وسهولة التحكم والقدرة على البقاء والأمن ، وكذلك ، إن أمكن ، وضع أسلحة وأجهزة استشعار واعدة ذات استهلاك مرتفع للطاقة عليها.
