Жер үстүндөгү унааларды жылдыруу жана алардын системаларын жана тетиктерин иштетүү үчүн керектүү энергия салттуу түрдө дизелдик кыймылдаткычтар менен камсыздалат. Күйүүчү майдын чыгымдалышын кыскартуу ассортиментти гана көбөйтпөстөн, ошондой эле күйүүчү майдын запастарын сактоо менен аныкталуучу логистиканын көлөмүн азайтат жана жабдууларды тейлөө процессинде арткы тейлөөчү персоналдын коргонуусун жогорулатат.
Буга байланыштуу, куралдуу күчтөр электр кыймылдаткычы бар системаларга мүнөздүү дизель отунунун жогорку эффективдүүлүгү жана күйүү жогорку жылуулугу бир "командада" иштей турган чечимди табууга умтулууда. Жаңы гибриддик чечимдер жана өрттөнгөн күйүүчү кыймылдаткычтар тынч бир электрдик диск, тынч мониторинг (стационардык режимде батарея менен иштеген сенсорлор) жана тышкы керектөөчүлөр үчүн электр энергиясын өндүрүү менен бирге чоң практикалык пайдаларды сунуштоо мүмкүнчүлүгүнө ээ.
Поезддин потенциалы
Канада изилдөө (DRDC), мисалы, гибриддик дизелдик-электрдик агрегаттардын максатка ылайыктуулугун иликтеп жатат. FDA HMMWV, DAGOR классындагы өтө жеңил согуштук унаалар жана кичинекей бир жана көп орундуу велосипеддер сыяктуу жеңил тактикалык аянтчаларга басым жасап, 2018-жылы изилдөөлөрүн жарыялаган.
Отчетто Гибриддик Дизель-Электр Тракторлорунун Жеңил Тактикалык Унаалар үчүн Мүмкүнчүлүгү, ылдамдыктары жана жүктөмдөрү кыйла айырмаланган көпчүлүк айдоо режимдеринде (адатта жолсуз), гибриддердин отун үнөмдүүлүгү жагынан 15% -20% жакшыраак күйүүчү майга ээ экени белгиленген. салттуу механикалык машиналар, айрыкча регенеративдүү тормозду колдонууда. Мындан тышкары, ички күйүүчү кыймылдаткычтар, анын ичинде дизелдик кыймылдаткычтар мотор генератор катары гана иштеген ырааттуу гибриддик системаларга мүнөздүү, кылдат тандалган туруктуу айлануу ылдамдыгында иштегенде эң жакшы иштейт.
Отчетто белгиленгендей, кыймылдаткычтын кубаттуулугу кыска убакыттын ичинде батарейкалар менен толукталышы мүмкүн болгондуктан, моторду керектүү орточо кубаттуулук менен камсыз кылуу үчүн жөнгө салса болот, кичинекей электр станциялары жалпысынан отунду азыраак колдонот, калган нерселердин баары бирдей.
Батареянын кубаттуулугу жетиштүү болгондо, гибриддер кыймылдаткычы өчүп, сенсорлору, электроника жана байланыш системалары менен узак убакыт үнсүз мониторинг режиминде кала алышат. Мындан тышкары, система сырткы жабдууларды кубаттай алат, батарейкаларды кубаттайт, ал тургай аскердик лагерди да кубаттап, сүйрөлүүчү генераторлорго болгон муктаждыкты азайтат.
Гибриддик дисктер ылдамдык, ылдамдануу жана сорттуулук боюнча эң жогорку көрсөткүчтөрдү сунуштаса да, батарейканын пакети оор жана ийкемсиз болуп калышы мүмкүн, натыйжада жүк азаят, деди DRDC. Бул өтө жеңил унаалар жана бир орундуу велосипеддер үчүн көйгөй болушу мүмкүн. Мындан тышкары, төмөн температурада батарейкалардын мүнөздөмөлөрү төмөндөйт, алар көбүнчө кубаттоо жана температураны көзөмөлдөө менен көйгөйлөргө туш болушат.
Кезектүү гибриддер механикалык берүүнү жок кылганы менен, кыймылдаткычка, генераторго, электрдик электроникага жана батареяга муктаждык сөзсүз түрдө аларды акыры сатып алуу жана тейлөө үчүн кыйын жана кымбат кылат.
Аккумулятордун электролиттеринин көпчүлүгү бузулганда да тобокелдиктерди жаратышы мүмкүн, мисалы, литий-иондук клеткалар бузулганда тутанары белгилүү. Бул дизелдик отунду жеткирүүдөн чоң тобокелдикти жаратабы, балким, талаштуу маселе, отчетто белгиленген, бирок гибриддер эки коркунучту тең алып жүрөт.
Комбинациялык тандоо
Ичтен күйүүчү кыймылдаткычтарды электрдик түзүлүштөр менен айкалыштыруунун эки негизги схемасы сериялык жана параллель болуп саналат. Жогоруда айтылгандай, сериялык гибриддик платформа - бул генератору бар электр машинасы, ал эми параллелдүү түрдө аларга туташкан механикалык берүү аркылуу дөңгөлөктөргө кубаттуулукту берүүчү кыймылдаткыч жана тартуучу кыймылдаткыч бар. Бул кыймылдаткыч же тартуу мотору машинаны жекече айдай алат же чогуу иштей алат дегенди билдирет.
Гибриддердин эки түрүндө тең электрдик компонент, адатта, электр энергиясын кыймылга айландыра турган мотор-генератор комплекси (MGU) жана тескерисинче. Ал машинаны башкара алат, аккумуляторду кубаттайт, моторду күйгүзөт жана керек болсо калыбына келтирүүчү тормоз аркылуу энергияны үнөмдөй алат.
Сериялар жана параллель гибриддер батареянын кубатын башкаруу жана батареянын температурасын жөнгө салуу үчүн электр электроникасына таянат. Алар ошондой эле генератор батареяларга жана батареяларды электр кыймылдаткычтарына кезек менен бериши керек болгон чыңалууну жана амперди камсыз кылат.
Бул күч электроникасы кремний карбиди жарым өткөргүчтөрдүн негизинде өткөргүч инверторлор түрүндө келет, анын кемчиликтери, эреже катары, чоң өлчөмдү жана наркты, ошондой эле жылуулукту жоготууну камтыйт. Күч электроникасы ошондой эле ички күйүүчү кыймылдаткычты иштеткендерге окшош башкаруу электроникасын талап кылат.
Ушул убакка чейин, электр менен иштеген аскердик машиналардын тарыхы акыры жабылган эксперименталдык жана дымактуу өнүктүрүү программаларынан турат. Реалдуу иштөөдө дагы деле гибриддик аскердик унаалар жок, тактап айтканда, жеңил тактикалык машиналар жаатында бир нече чечилбеген технологиялык проблемалар калууда. Бул көйгөйлөр жарандык унаалар үчүн кыйла жагымдуу шарттарда иштегендиктен, негизинен чечилди деп эсептесе болот.
Электр машиналары абдан тез экенин көрсөтүштү. Мисалы, Nikola Motorдун эксперименталдык батарейка менен иштөөчү Reckless Utility Tactical Vehicle (UTV) төрт орундуусу 0дөн 97 км / саатка чейин 4 секундда ылдамдай алат жана 241 км аралыкка жетет.
"Орнотуу, бирок, бул чоң кыйынчылыктардын бири", - деп айтылат DRDC отчетунда. Батарея пакеттеринин өлчөмү, салмагы жана жылуулук диссипациясы абдан чоң жана жалпы энергия сыйымдуулугу менен белгилүү бир массага жана көлөмгө жеткире турган заматтык кубаттын ортосунда компромисске баруу керек. Жогорку чыңалуудагы кабелдердин көлөмүн бөлүштүрүү, алардын ишенимдүүлүгү жана коопсуздугу-кубаттуулук электроникасынын көлөмү, салмагы, муздатуу, ишенимдүүлүгү жана суу өткөрбөөчүлүгү менен бирге тар болуп саналат.
Жылуулук жана чаң
Отчетто аскердик унаалар дуушар болгон температуранын өзгөрүшү, балким, эң чоң көйгөй деп айтылат, анткени литий-иондук батареялар нөлдүк температурада заряддалбайт жана жылытуу системалары татаалдыкты кошуп, энергияга муктаж. Батареялар заряд учурунда өтө ысып кетиши мүмкүн, аларды муздатуу керек же кыскартылган режимге түшүрүү керек, моторлор жана генераторлор дагы ысып кетиши мүмкүн, акыры, магниттиксиздикке дуушар болгон туруктуу магниттер жөнүндө унутпаңыз.
Ошо сыяктуу эле, болжол менен 65 ° C жогору болгондо, IGBT инверторлору сыяктуу түзмөктөрдүн натыйжалуулугу төмөндөйт жана ошондуктан муздатууга муктаж, бирок кремний карбид жарым өткөргүчтөрүнө же галлий нитридине негизделген жаңы күч электроникасы, жогорку чыңалууда иштөөдөн тышкары, жогорку температурага чыдайт жана ошондуктан, мотор муздатуу системасынан муздатууга болот.
Мындан тышкары, одоно жерлерден келген сокку жана дирилдөө, ошондой эле аткылоолордун жана жарылуулардын кесепетинен келип чыгышы мүмкүн болгон зыян, электрдик технологияны жеңил аскердик машиналарга интеграциялоону кыйындатат, деп айтылат отчетто.
Отчетто DRDC технология көрсөтүүчүгө буйрук бериши керек деген жыйынтыкка келет. Бул дөңгөлөктөрдүн борборуна же огуна орнотулган, электр кыймылдаткычтары бар салыштырмалуу жөнөкөй жеңил гибриддик тактикалык унаа, дизелдик кыймылдаткыч тиешелүү чыңалуу кубаттуулугуна ылайыкташтырылган жана ылдамдатууну жана сорттуулукту жакшыртуу үчүн супер же ультрапакаторлордун топтому орнотулган.. Суперконденсаторлор же ультраконденсаторлор өтө чоң зарядды кыска убакытка сакташат жана электр импульсун чыгаруу үчүн аны абдан тез бошото алышат. Машина же таптакыр болбойт, же өтө кичинекей батарея орнотулат, регенеративдүү тормоз учурунда электр энергиясы өндүрүлөт, натыйжада үнсүз кыймыл жана үнсүз байкоо режимдери алынып салынат.
Механикалык өткөргүчтөрдү жана жетектерди алмаштыруучу дөңгөлөктөргө гана иштеген электр кабелдери машинанын салмагын бир кыйла азайтат жана жарылуудан коргоону жакшыртат, анткени экинчилик таштандылардын жана сыныктардын чачырандылыгы жок кылынат. Батареясыз экипаждын ички көлөмү жана пайдалуу жүктөмү көбөйөт жана коопсуз болуп калат, литий-иондук батареяларды тейлөө жана жылуулук менен байланышкан көйгөйлөр четтетилет.
Мындан тышкары, прототипти түзүүдө төмөнкү максаттар коюлат: туруктуу айлануу ылдамдыгында иштеген салыштырмалуу кичинекей дизелдик кыймылдаткычтын отун керектөөсүн азайтуу, энергияны калыбына келтирүү менен бирге, иштеп жаткан сенсорлор үчүн энергия өндүрүүнү көбөйтүү же энергия экспорту, ишенимдүүлүктү жогорулатуу жана тейлөөнү жакшыртуу.
Болдорго баары бир
Бронетехникалык изилдөө борборунун (TARDEC) өкүлү Брюс Брандл кыймылдаткычтарды иштеп чыгуу боюнча презентацияда түшүндүргөндөй, АКШ армиясы кыймылдаткыч системасын каалайт, ал өзүнүн согуштук машиналарын татаал жерлерден ылдамыраак өтүүгө мүмкүндүк берет, бул рельефтин пайызын кыйла төмөндөтөт. согуштук аймактарда. Азыркы машиналар кыймылдай албайт. Өтпөс деп аталган рельеф бул зоналардын болжол менен 22% ын түзөт жана армия бул көрсөткүчтү 6% га чейин кыскартууну каалайт. Алар ошондой эле көпчүлүк аймактардын орточо ылдамдыгын азыркы 16 км / сааттан 24 км / саатка чейин жогорулатууну каалашат.
Мындан тышкары, Брэндл борттогу энергияга болгон муктаждыкты жок дегенде 250 кВтка чейин көбөйтүү пландаштырылганын баса белгиледи, башкача айтканда, машинанын генераторлору камсыз кыла алгандан жогору, анткени жаңы технологиялар, мисалы, электрлештирилген мунаралар жана коргоо системалары жүктөлөт., электр электроникасын муздатуу., энергия экспорту жана багытталган энергетикалык куралдар.
АКШ армиясынын эсептөөлөрү боюнча, бул муктаждыктарды учурдагы турбодизель технологиясы менен канааттандыруу, кыймылдаткычтын көлөмүн 56% га жана унаанын салмагын болжол менен 1400 кг га көбөйтөт. Ошондуктан, Advanced Combat Engine (ACE) өнүккөн электростанциясын өнүктүрүүдө негизги милдет коюлган - жалпы кубаттуулукту 3 л.с. / куб. фут 6 ат / куб. бут
Күчтүн жогорку тыгыздыгы жана күйүүчү майдын эффективдүүлүгү кийинки муундагы аскердик кыймылдаткычтар үчүн абдан маанилүү болгону менен, жылуулуктун чыгышын азайтуу да ошончолук маанилүү. Бул өндүрүлгөн жылуулук электр энергиясын кыймылга келтирүү же өндүрүү үчүн колдонулушу мүмкүн болсо да, курчап турган мейкиндикке тараган энергия текке кетет. Бирок бул үч параметрдин тең салмактуу тең салмактуулугуна жетүү дайыма эле мүмкүн эмес, мисалы, 1500 а.к. кубаттуулуктагы M1 Abrams танкасынын AGT 1500 газ турбинасы. жылуулук өткөрүмдүүлүгү төмөн жана кубаттуулугу жогору, бирок дизель кыймылдаткычтарына салыштырмалуу күйүүчү майдын чыгымы өтө жогору.
Чынында, газ турбиналуу кыймылдаткычтар чоң көлөмдө жылуулукту чыгарат, бирок анын басымдуу бөлүгү газдын агымынын жогорку ылдамдыгынан улам, сормо түтүк аркылуу чыгарылат. Натыйжада, газ турбиналары дизель кыймылдаткычтарына керектүү муздатуу системаларына муктаж эмес. Дизель кыймылдаткычтарынын жогорку спецификалык кубаттуулугуна жылуулук көзөмөлдөө маселесин чечүү менен гана жетишүүгө болот. Брандл бул негизинен түтүктөр, насостор, желдеткичтер жана радиаторлор сыяктуу муздатуучу жабдуулардын көлөмүнүн чектелүү болгондугун баса белгиледи. Мындан тышкары, ок өтпөс тор сыяктуу коргоочу структуралар да көлөмдү ээлеп, аба агымын чектеп, желдеткичтердин эффективдүүлүгүн төмөндөтөт.
Пистондар көздөй
Брэндл белгилегендей, ACE программасы төмөн жылуулуктун таралышынан улам, карама-каршы поршендери бар эки сокку дизель / көп отундуу кыймылдаткычтарга багытталган. Мындай кыймылдаткычтарда ар бир цилиндрге эки поршень жайгаштырылган, алар өз ара күйүү камерасын түзөт, натыйжада цилиндрдин башы алынып салынат, бирок бул үчүн цилиндрдин дубалдарында эки ийри валдын жана кабыл алуу жана соруу порттору талап кылынат. Бокс кыймылдаткычтары 1930 -жылдарга таандык жана ондогон жылдар бою тынымсыз жакшыртылган. Бул эски идеяны Achates Power компаниясы да аяган жок, ал Cummins менен биргеликте бул кыймылдаткычты жандандырды жана модернизациялады.
An Achates Power басма сөз катчысы билдиргендей, алардын боксёр технологиясы жылуулуктун эффективдүүлүгүн жогорулаткан, бул жылуулуктун жоготууларын төмөндөтөт, күйүүнү жакшыртат жана насостук жоготууларды азайтат. Цилиндрдин башын четтетүү күйүү камерасындагы беттин аянтынын көлөмүнө болгон катышын бир кыйла азайтты жана ошону менен кыймылдаткычта жылуулуктун берилишин жана бөлүнүшүн кыскартты. Тескерисинче, салттуу төрт тактуу кыймылдаткычта, цилиндрдин башы эң ысык компоненттерди камтыйт жана муздатуучу затка жана айланадагы атмосферага жылуулук берүүнүн негизги булагы болуп саналат.
Achates күйүү тутуму аба / отун аралашмасын оптималдаштыруу үчүн ар бир цилиндрде диаметри боюнча жайгашкан эгиз күйүүчү инжекторлорду жана патенттелген поршень формасын колдонот, натыйжада күйөө аз күйөт жана күйүү камерасынын дубалдарына жылуулук азаят. Цилиндрге аралашманын жаңы заряды куюлат жана иштен чыккан газдар порттор аркылуу чыгат, мотор аркылуу абаны сордуруучу супер заряддагычтын жардамы менен. Achates бул биргелешкен учурдагы күйүүчү майдын үнөмдүүлүгүнө жана эмиссияга жакшы таасир этерин белгилейт.
АКШнын армиясы ACE модулдук масштабдуу кубаттуулуктагы үй-бүлөлөрүнө бир эле тешикке жана инсультка жана башка цилиндрлерге ээ болгон моторлорду киргизүүнү каалайт: 600-750 а.к. (3 цилиндр); 300-1000 HP (4); жана 1200-1500 а.к. (6). Ар бир электр станциясы көлөмдү ээлейт - бийиктиги 0,53 м жана туурасы 1, 1 м, жана ошого жараша узундугу 1,04 м, 1,25 м жана 1,6 м.
Технологиялык максаттар
Ички армиянын 2010-жылы жүргүзүлгөн изилдөөсү боксёрлордун кыймылдаткычтарынын артыкчылыктарын тастыктады, натыйжада кийинки муундагы согуштук мотор (NGCE) долбоору иштелип чыкты, анда өнөр жай ишканалары бул жаатта өздөрүнүн өнүгүүлөрүн сунушташты. Милдет 71 ат күчүнө жетүү болчу. цилиндрге жана жалпы күчү 225 а.к. 2015 -жылга карата бул эки сан тең Бронетанкалык изилдөө борборунда сыналган эксперименталдык кыймылдаткычта оңой эле ашып кеткен.
Ошол эле жылдын февралында армия AVL Powertrain Engineering жана Achates Power компанияларына эки жылдык программанын алкагында ACE эксперименталдык бир цилиндрдүү кыймылдаткычтары үчүн контракттарды берген, анын алкагында төмөнкү өзгөчөлүктөргө жетүү максаты коюлган: кубаты 250 а.к. момент 678 Нм, конкреттүү отун керектөө 0, 14 кг / л / саат жана жылуулуктун таралышы 0,45 кВт / кВт. Жылуулук өткөрүүнү кошпогондо, бардык көрсөткүчтөр ашты, бул жерде 0,506 кВт / кВттан төмөн түшүү мүмкүн болгон жок.
2017-жылдын жайында, Cummins and Achates ACE Multi-Cylinder Engine (MCE) келишиминин алкагында 1,000 ат күчүнө ээ болгон төрт цилиндрдүү моторду көрсөтүү үчүн иштей башташкан. 2700 Нм моменти жана конкреттүү отун керектөө жана жылуулук берүү үчүн ошол эле талаптар. Биринчи кыймылдаткыч 2018 -жылдын июль айында чыгарылган жана ошол эле жылдын аягына чейин алгачкы эксплуатациялык тесттер аяктаган. 2019 -жылдын августунда кыймылдаткыч TARDEC директорлугуна орнотуу жана сыноо үчүн жеткирилген.
Бокс кыймылдаткычы менен гибриддик электр дискинин айкалышы аскердик да, жарандык дагы, ар кандай типтеги жана көлөмдөгү унаалардын эффективдүүлүгүн жогорулатат. Муну эске алуу менен, Advanced Research and Development Authority Achates компаниясына келечектеги гибриддик унаалар үчүн алдыңкы бир цилиндрлүү боксёр кыймылдаткычын иштеп чыгуу үчүн 2 млн. Бул долбоордо компания Мичиган жана Ниссан университети менен кызматташат.
Поршендик башкаруу
Концепцияга ылайык, бул кыймылдаткыч биринчи жолу электр подсистемасы менен ички күйүү кыймылдаткычын тыгыз бириктирип, эки ийри валдын ар бири айланат жана өзүнүн мотор-генератордук комплекси менен башкарылышы мүмкүн; шахталар ортосунда механикалык байланыш жок.
Achates кыймылдаткыч гана ырааттуу гибриддик системалар үчүн иштелип чыкканын ырастады, анткени ал өндүргөн бардык кубаттуулук электр менен өткөрүлөт жана генераторлор диапазонду кеңейтүү үчүн батарейканы кубатташат. Билердин ортосунда механикалык байланыш болбосо, момент өткөрүлбөйт, бул жүктүн азайышына алып келет. Натыйжада, алар жеңил кылып, жалпы салмагын жана өлчөмүн, сүрүлүүнү жана ызы -чууну азайтып, чыгымдарды азайтууга болот.
Балким, эң негизгиси, ажыратылган ийри валдар электр электроникасын колдонуу аркылуу ар бир поршенди көз карандысыз башкарууга мүмкүндүк берет. "Бул биздин долбоордун маанилүү бөлүгү, электр кыймылдаткычтарынын жана башкаруу элементтеринин иштеши ички күйүүчү кыймылдаткычтын эффективдүүлүгүн кантип жогорулатарын аныктоо маанилүү." Achatesтин өкүлү бул конфигурация жаңы мүмкүнчүлүктөрдү ачкан кранкфинттик убакытты көзөмөлдөөгө мүмкүндүк берээрин ырастады. "Биз салттуу механикалык байланышта жок поршендик башкаруунун эффективдүүлүгүн жогорулатууга умтулабыз."
Бул жерде көз карандысыз поршендик башкарууну кантип колдонсо болору жөнүндө аз маалымат бар, бирок теория боюнча инсультту кысуу соккусунан чоң кылып, ошону менен абанын / отундун зарядынан көбүрөөк энергия алса болот. аралашма. Ушуга окшош схема гибриддик машиналарга орнотулган төрт тактылуу Аткинсон кыймылдаткычтарында ишке ашырылат. Мисалы, Toyota Prius машинасында бул өзгөрмөлүү клапандын убактысы аркылуу ишке ашат.
Узак убакыт бою, жетилген технологияларда, мисалы, ички күйүүчү кыймылдаткычтарда, чоң жетишкендиктерге жетүү оңой эмес экени көрүнүп турду, бирок өркүндөтүлгөн боксёрдук кыймылдаткычтар, айрыкча, электр кыймылдаткыч системалары менен айкалышканда, аскердик машиналарга чыныгы артыкчылыктарды бере алмак. …
