Yerüstü avtomobilləri hərəkətə gətirmək və onların sistem və qurğularını idarə etmək üçün lazım olan enerji ənənəvi olaraq dizel mühərrikləri tərəfindən təmin edilir. Yanacaq istehlakının azaldılması təkcə diapazonu artırmır, həm də yanacaq ehtiyatlarının saxlanılması ilə müəyyən edilən logistika miqdarını azaldır və avadanlıqlara xidmət prosesində arxa xidmət işçilərinin qorunmasını artırır.
Bu baxımdan, silahlı qüvvələr, elektrik sürücüsü olan sistemlərə xas olan yüksək səmərəliliyin və yüksək xüsusi yanma istiliyinin bir "komanda" da işləyəcəyi bir həll tapmağa çalışırlar. Yeni hibrid həllər və qabaqcıl yanma mühərrikləri səssiz tək elektrik sürücüsü, səssiz monitorinq (hərəkətsiz vəziyyətdə batareya ilə işləyən sensorlar) və xarici istehlakçılar üçün enerji istehsalının yanında böyük praktiki faydalar təqdim etmək potensialına malikdir.
Güc qatarı potensialı
Kanada Araşdırma (DRDC), məsələn, hibrid dizel-elektrik güc qurğularının mümkünlüyünü araşdırır. FDA, HMMWV, DAGOR sinifli ultralight döyüş maşınları və kiçik tək və çox oturacaqlı ATVlər kimi yüngül taktiki platformalara diqqət yetirərək 2018-ci ildə araşdırmasını nəşr etdi.
Yüngül Taktiki Vasitələr üçün Hibrid Dizel-Elektrik Güclərinin Fizibilliyi hesabatında qeyd olunur ki, sürətlərin və yüklərin əhəmiyyətli dərəcədə dəyişdiyi bir çox sürücülük rejimində (adətən yoldan kənarda) hibridlər yanacaq qənaəti baxımından 15% -20% daha yaxşı yanacaq səmərəliliyinə malikdir. ənənəvi mexaniki idarə olunan maşınlar, xüsusən də rejenerativ əyləcdən istifadə edərkən. Bundan əlavə, dizel mühərrikləri də daxil olmaqla daxili yanma mühərrikləri, mühərrikin yalnız generator kimi işlədiyi ardıcıl hibrid sistemlərə xas olan diqqətlə seçilmiş sabit rpm -də işlədikdə ən yaxşı performans göstərir.
Hesabatda qeyd edildiyi kimi, qısa müddət ərzində mühərrik gücü akkumulyatorlarla doldurula biləcəyi üçün, mühərrik yalnız lazım olan orta gücü təmin etmək üçün tənzimlənə bilər, ümumiyyətlə kiçik yanacaq qurğuları daha az yanacaq istifadə edir, digər şeylər bərabərdir.
Kifayət qədər batareya tutumuna malik olan hibridlər, mühərriki söndürülmüş və işləyən sensorlar, elektronika və rabitə sistemləri ilə uzun müddət səssiz izləmə rejimində qala bilərlər. Bundan əlavə, sistem xarici avadanlıqlara enerji verə bilər, batareyaları doldurur və hətta hərbi düşərgəni də gücləndirə bilər ki, bu da yedəkli generatorlara olan ehtiyacı azaldır.
Hibrid sürücülər sürət, sürətləndirmə və dərəcələndirmə baxımından üstün performans təqdim etsə də, batareya paketi ağır və əlverişsiz ola bilər və nəticədə yük azalır. Bu, çox yüngül avtomobillər və bir nəfərlik ATV-lər üçün problem yarada bilər. Bundan əlavə, aşağı temperaturda batareyaların özləri azalır, tez -tez şarj və temperatur nəzarətində problemlər olur.
Ardıcıl hibridlər mexaniki ötürülməni aradan qaldırsa da, mühərrikə, generatora, elektrik elektronikasına və batareyaya olan ehtiyac, istər -istəməz onları satın almaq və saxlamağı çətin və bahalı edir.
Batareya elektrolitlərinin çoxu zədələndikdə də risklər yarada bilər, məsələn, lityum-ion hüceyrələrin zədələnəndə alovlandığı bilinir. Hesabatın, dizel yanacağı tədarük etməkdən daha böyük bir risk yaratmasının bəlkə də mübahisəli bir məqam olduğuna diqqət çəkilir, lakin hibridlər hər iki riski daşıyır.
Kombinasiya seçimi
Daxili yanma mühərriklərini elektrik cihazları ilə birləşdirmək üçün iki əsas sxem ardıcıl və paraleldir. Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, seriyalı hibrid platforma generatoru olan bir elektrik maşınıdır, paralel olaraq onlara qoşulmuş mexaniki ötürmə vasitəsi ilə təkərlərə güc ötürən bir mühərrik və bir dartma mühərriki var. Bu o deməkdir ki, mühərrik və ya dartma mühərriki maşını fərdi olaraq idarə edə bilər və ya birlikdə işləyə bilər.
Hər iki növ hibriddə elektrik komponenti ümumiyyətlə elektrik enerjisini hərəkətə və əksinə çevirə bilən bir motor-generator dəstidir (MGU). Avtomobil idarə edə, batareyanı doldura, mühərriki işə sala bilər və lazım gələrsə, rejenerativ əyləc vasitəsilə enerjiyə qənaət edə bilər.
Həm seriyalı, həm də paralel hibridlər batareya gücünü idarə etmək və batareyanın temperaturunu tənzimləmək üçün güc elektronikasına etibar edirlər. Ayrıca generatorun batareyalara və batareyalara elektrik mühərriklərinə verməli olduğu gərginliyi və cərəyanı təmin edirlər.
Bu güc elektronikası, dezavantajları, bir qayda olaraq, böyük ölçüsü və dəyəri, həmçinin istilik itkisini ehtiva edən silikon karbid yarımkeçiricilərə əsaslanan yarımkeçirici invertorlar şəklində gəlir. Güc elektronikası, daxili yanma mühərrikini işlədənlərə bənzər idarəetmə elektronikasına da ehtiyac duyur.
İndiyə qədər elektriklə işləyən hərbi maşınların tarixi, nəticədə bağlanan eksperimental və iddialı inkişaf proqramlarından ibarət idi. Həqiqi əməliyyatda hələ də hibrid hərbi maşınlar yoxdur, xüsusən də yüngül taktiki maşınlar sahəsində bir neçə həll edilməmiş texnoloji problem qalmaqdadır. Bu problemlər, daha əlverişli şəraitdə işlədikləri üçün mülki nəqliyyat vasitələri üçün əsasən həll edilmiş hesab edilə bilər.
Elektrikli avtomobillər çox sürətli olduqlarını göstərdilər. Məsələn, Nikola Motorun təcrübəli akkumlyatorla işləyən Reckless Utility Tactical Vehicle (UTV) 4 nəfərlik avtomobili 0 saniyədən 97 km / saata 4 saniyəyə sürətlənə bilir və 241 km məsafəyə malikdir.
DRDC hesabatında deyilir: "Bununla birlikdə düzən bu böyük problemlərdən biridir". Batareya paketlərinin ölçüsü, çəkisi və istilik yayılması olduqca böyükdür və ümumi enerji tutumu ilə müəyyən bir kütlə və həcm üçün verə biləcəkləri ani güc arasında bir güzəşt edilməlidir. Yüksək gərginlikli kabellər üçün həcm bölgüsü, etibarlılığı və təhlükəsizliyi güc elektronikasının ölçüsü, çəkisi, soyudulması, etibarlılığı və su yalıtımı ilə yanaşı darboğazlardır.
İstilik və toz
Hesabatda deyilir ki, hərbi maşınların üzləşdiyi temperatur dalğalanmaları bəlkə də ən böyük problemdir, çünki lityum-ion batareyalar sıfırdan aşağı temperaturda doldurulmayacaq və istilik sistemləri mürəkkəbliyi artırır və enerjiyə ehtiyac duyur. Boşalma zamanı həddindən artıq istiləşən batareyalar potensial təhlükəlidir, onları soyudmaq və ya azaldılmış rejimə endirmək lazımdır, mühərriklər və generatorlar da həddindən artıq istiləşə bilər, nəhayət, maqnitdən çıxmağa meylli olan daimi maqnitləri də unutma.
Eynilə, təxminən 65 ° C -dən yuxarı olan temperaturda, IGBT çeviriciləri kimi cihazların səmərəliliyi azalır və buna görə də silikon karbid yarımkeçiricilərə və ya galyum nitridə əsaslanan daha yeni elektrik elektronikası, yüksək gərginlikdə işləməyə əlavə olaraq, daha yüksək temperatura və buna görə mühərrikin soyutma sistemindən soyudula bilər.
Hesabatda qeyd olunur ki, kobud ərazidən gələn şok və titrəmə, üstəgəl mərmi və partlayışlar nəticəsində yarana biləcək potensial ziyan, elektrik sürücülük texnologiyasının yüngül hərbi maşınlara inteqrasiyasını çətinləşdirir.
Hesabat, DRDC -nin bir texnologiya nümayişi sifariş etməsi lazım olduğu qənaətinə gəlir. Təkər göbələklərində və ya oxlarda quraşdırılmış elektrik mühərrikləri olan, dizel mühərriki uyğun pik gücünə uyğunlaşdırılmış və sürətlənməni və siniflənməni yaxşılaşdırmaq üçün bir sıra super və ya ultrakondansatorlar quraşdırılmış nisbətən sadə yüngül ardıcıl hibrid taktiki avtomobildir.. Superkondansatörler və ya ultracapacitors qısa müddət ərzində çox böyük bir yük saxlayır və güc impulsları yaratmaq üçün çox tez buraxa bilir. Avtomobil ya ümumiyyətlə olmayacaq, ya da çox kiçik bir batareya quraşdırılacaq, rejenerativ əyləc prosesində elektrik enerjisi istehsal ediləcək, nəticədə səssiz hərəkət və səssiz müşahidə rejimləri istisna olunur.
Mexaniki transmissiya və sürücü şaftlarını əvəz edən tək təkərlərə gedən elektrik kabelləri, maşının ağırlığını əhəmiyyətli dərəcədə azaldacaq və ikincil zibil və parçaların səpələnməsi aradan qaldırıldığı üçün partlayışdan qorunma qabiliyyətini yaxşılaşdıracaq. Batareya olmadan ekipajın daxili həcmi və faydalı yükü artacaq və daha etibarlı olacaq və litium-ion batareyalarının istismarı və istiliyinin idarə edilməsi ilə bağlı problemlər aradan qalxacaq.
Bundan əlavə, bir prototip yaradılarkən aşağıdakı hədəflər qoyulur: sabit rpmdə işləyən nisbətən kiçik bir dizel mühərrikinin daha az yanacaq istehlakı, enerjinin bərpası, işləyən sensorlar və ya enerji ixracı üçün artan enerji istehsalı, etibarlılığın artması və xidmətin yaxşılaşdırılması.
Zərbələr əhəmiyyət vermir
Zirehli Araşdırma Mərkəzindən (TARDEC) Bruce Brandl mühərrikin inkişafı ilə bağlı təqdimatda izah etdiyi kimi, ABŞ Ordusu döyüş maşınlarının daha çətin ərazilərdə daha yüksək sürətlə hərəkət etməsinə imkan verən bir hərəkət sistemi istəyir ki, bu da ərazinin faizini əhəmiyyətli dərəcədə azaldacaq. Müharibə bölgələrində.hazırda olan avtomobillərin hərəkət edə bilmədiyi. Keçilməz ərazi bu zonaların təxminən 22% -ni təşkil edir və ordu bu rəqəmi 6% -ə endirmək istəyir. Ərazinin əksər hissəsində orta sürəti bugünkü 16 km / saatdan 24 km / saata qaldırmaq istəyirlər.
Brandl əlavə olaraq, təyyarədəki enerji tələbatının ən azı 250 kVt -a qədər artırılmasının planlaşdırıldığını, yəni yeni texnologiyalardan, məsələn, elektrikləşdirilmiş qüllələrdən və mühafizə sistemlərindən yüklər əlavə edildiyindən, maşın generatorlarının təmin edə biləcəyindən daha yüksək olmasını planlaşdırdığını vurğuladı., güc elektronikasının soyudulması., enerji ixracı və yönəldilmiş enerji silahları.
ABŞ Ordusu, bu ehtiyacların mövcud turbodizel texnologiyası ilə qarşılanmasının mühərrikin həcmini 56% və avtomobilin çəkisini təxminən 1400 kq artıracağını təxmin edir. Buna görə də, qabaqcıl elektrik stansiyasını Advanced Combat Engine (ACE) inkişaf etdirərkən, əsas vəzifə - ümumi güc sıxlığını 3 at gücü / kubdan ikiqat artırmaq təyin edildi. ft -dən 6 -a qədər / kub. ayaq.
Yüksək güc sıxlığı və daha yaxşı yanacaq səmərəliliyi, yeni nəsil hərbi mühərriklər üçün çox əhəmiyyətli olsa da, istilik çıxışını azaltmaq eyni dərəcədə vacibdir. Bu yaranan istilik, elektrik enerjisini hərəkətə gətirmək və ya istehsal etmək üçün istifadə oluna bilsə də, ətrafdakı kosmosa dağılan enerjiyə sərf olunur. Ancaq bütün bu üç parametr arasında mükəmməl bir tarazlıq əldə etmək həmişə mümkün deyil, məsələn, 1500 at gücünə malik M1 Abrams tankının AGT 1500 qaz turbinli mühərriki. aşağı istilik ötürülməsi və yüksək güc sıxlığına malikdir, lakin dizel mühərrikləri ilə müqayisədə çox yüksək yanacaq sərfi.
Əslində, qaz turbinli mühərriklər çox miqdarda istilik əmələ gətirir, lakin qaz axınının yüksək olması səbəbindən əksəriyyəti egzoz borusu vasitəsilə çıxarılır. Nəticədə qaz turbinləri dizel mühərriklərinin ehtiyac duyduğu soyutma sistemlərinə ehtiyac duymur. Dizel mühərriklərin yüksək spesifik gücünə yalnız istilik nəzarəti problemini həll etməklə nail olmaq olar. Brandl bunun əsasən borular, nasoslar, fanatlar və radiatorlar kimi soyutma avadanlığı üçün mövcud olan məhdud həcmdən qaynaqlandığını vurğuladı. Bundan əlavə, güllə keçirməyən barmaqlıqlar kimi qoruyucu quruluşlar da həcmi tutur və hava axını məhdudlaşdıraraq fanatların səmərəliliyini azaldır.
Pistonlar tərəfə
Brandlın qeyd etdiyi kimi, ACE proqramı, aşağı istilik israfı səbəbiylə qarşı pistonlu iki vuruşlu dizel / çox yanacaqlı mühərriklərə diqqət yetirir. Bu cür mühərriklərdə, hər silindrdə iki piston yerləşdirilir ki, bu da öz aralarında bir yanma kamerası əmələ gətirir, nəticədə silindr başı xaric edilir, lakin bunun üçün silindr divarlarında iki krank mili və giriş və egzoz portu lazımdır. Boksçu mühərrikləri 1930 -cu illərə aiddir və onilliklər ərzində davamlı olaraq təkmilləşdirilmişdir. Bu köhnə fikir, Cummins ilə əməkdaşlıq edərək bu mühərriki canlandıran və modernləşdirən Achates Power şirkəti tərəfindən əsirgənilmədi.
An Achates Power sözçüsü, boksçu texnologiyasının daha aşağı istilik itkiləri, daha yaxşı yanma və daha az nasos itkisinə çevrilən istilik səmərəliliyini artırdığını söylədi. Silindr başının aradan qaldırılması, yanma kamerasındakı səth sahəsinin həcm nisbətini əhəmiyyətli dərəcədə azaltdı və bununla da mühərrikdə istiliyin ötürülməsi və sərbəst buraxılmasını təmin etdi. Bunun əksinə olaraq, ənənəvi dörd vuruşlu bir mühərrikdə, silindr başı ən çox isti komponentləri ehtiva edir və soyuducuya və ətrafdakı atmosferə istilik köçürməsinin əsas mənbəyidir.
Achates yanma sistemi, hava / yanacaq qarışığını optimallaşdırmaq üçün hər silindrdə diametrik olaraq yerləşdirilmiş ikiqat yanacaq enjektörlərindən və patentləşdirilmiş piston formasından istifadə edir ki, bu da az yanma və yanma kamerasının divarlarına istilik ötürülməsinin azalması ilə nəticələnir. Qarışığın təzə bir yükü silindrə vurulur və işlənmiş qazlar, mühərrikdən hava vuran super şarj cihazının köməyi ilə limanlardan çıxır. Achates, bu ortaq axınının yanacaq qənaətinə və emissiyalara faydalı təsir göstərdiyini qeyd edir.
ABŞ Ordusu, ACE modul ölçeklenebilir güc qurğularının eyni delikli və vuruşlu və fərqli silindr sayına malik mühərrikləri daxil etməsini istəyir: 600-750 at gücü. (3 silindr); 300-1000 at gücü (4); və 1200-1500 a.g. (6). Hər bir elektrik stansiyası bir həcmə sahib olacaq - hündürlüyü 0,53 m, eni 1, 1 m və buna uyğun olaraq uzunluğu 1,04 m, 1,25 m və 1,6 m.
Texnoloji məqsədlər
2010-cu ildə Daxili Ordu araşdırması, boksçu mühərriklərinin faydalarını təsdiqlədi və nəticədə sənaye müəssisələrinin bu sahədə inkişaflarını təqdim etdikləri Yeni Nəsil Döyüş Mühərriki (NGCE) layihəsi ortaya çıxdı. Vəzifə 71 at gücünə çatmaq idi. silindr başına və ümumi gücü 225 a.g. 2015 -ci ilə qədər Zirehli Tədqiqatlar Mərkəzində sınaqdan keçirilmiş mühərrikdə bu rəqəmlərin hər ikisi asanlıqla aşıldı.
Eyni ilin fevral ayında ordu, AVL Powertrain Engineering və Achates Power-a iki illik bir proqram çərçivəsində təcrübəli ACE tək silindrli mühərriklər üçün müqavilələr bağladı, bunun çərçivəsində aşağıdakı xüsusiyyətlərə nail olmaq məqsədi güdürdü: gücü 250 at gücü, fırlanma anı 678 Nm, xüsusi yanacaq sərfi 0, 14 kq / hp / saat və istilik dağılımı 0,45 kVt / kVt -dan azdır. İstilik ötürülməsi istisna olmaqla, bütün göstəricilər aşıldı, burada 0,506 kVt / kVt -dan aşağı düşmək mümkün deyildi.
2017-ci ilin yazında Cummins və Achates, 1000 at gücünə malik dörd silindrli mühərriki nümayiş etdirmək üçün ACE Çox Silindrli Mühərrik (MCE) müqaviləsi əsasında işə başladılar. 2700 Nm fırlanma anı və xüsusi yanacaq istehlakı və istilik ötürülməsi üçün eyni tələblər. İlk mühərrik 2018 -ci ilin iyul ayında istehsal edildi və eyni ilin sonuna qədər ilkin əməliyyat testləri tamamlandı. 2019 -cu ilin avqust ayında mühərrik quraşdırma və sınaq üçün TARDEC Direktorluğuna təhvil verildi.
Boksçu mühərriki və hibrid elektrik sürücüsünün birləşməsi həm hərbi, həm də mülki olaraq müxtəlif növ və ölçüdə olan avtomobillərin səmərəliliyini artıracaq. Bunu nəzərə alaraq, Ətraflı Araşdırma və İnkişaf İdarəsi Achates-ə gələcək hibrid avtomobillər üçün tək silindrli qabaqcıl mühərrik hazırlamaq üçün 2 milyon dollar verdi; Bu layihədə şirkət Michigan Universiteti və Nissan ilə əməkdaşlıq edir.
Piston nəzarət
Konsepsiyaya uyğun olaraq, bu mühərrik ilk dəfə olaraq elektrik alt sistemi və daxili yanma mühərriki ilə yaxından birləşdi, iki krank mili hər biri fırlanır və öz motor-generator dəsti ilə idarə oluna bilər; şaftlar arasında heç bir mexaniki əlaqə yoxdur.
Achates, mühərrikin yalnız ardıcıl hibrid sistemlər üçün nəzərdə tutulduğunu təsdiqlədi, çünki istehsal etdiyi bütün güc elektriklə ötürülür və jeneratörlər batareyanı paketi dolduraraq aralığı genişləndirirlər. Şaftlar arasında mexaniki bir əlaqə olmadan, an ötürülmür, bu da yüklərin azalmasına səbəb olur. Nəticədə, onlar daha yüngül edilə bilər, ümumi çəki və ölçüləri, sürtünmə və səs -küyü azaldır və xərcləri azaldır.
Bəlkə də ən başlıcası, ayrılan krank mili, güc elektronikasından istifadə edərək hər bir pistonu müstəqil idarə etməyə imkan verir. "Bu, layihəmizin əhəmiyyətli bir hissəsidir, elektrik mühərriklərinin və idarəetmələrin inkişafının daxili yanma mühərrikinin səmərəliliyini necə artıra biləcəyini müəyyən etmək vacibdir." Achates sözçüsü, bu konfiqurasiyanın krank mili zamanlama nəzarətinə imkan verdiyini təsdiqlədi ki, bu da yeni imkanlar açır. "Ənənəvi mexaniki ünsiyyətdə olmayan piston idarəetməsinin səmərəliliyini artırmağa çalışırıq."
Bu nöqtədə müstəqil pistonlu idarəetmənin necə istifadə oluna biləcəyi haqqında çox az məlumat var, lakin nəzəri olaraq vuruşu məsələn sıxılma vuruşundan daha böyük etmək və bununla da hava / yanacaq yükündən daha çox enerji çıxarmaq mümkündür. qarışıq. Bənzər bir sxem, hibrid avtomobillərdə quraşdırılmış dörd vuruşlu Atkinson mühərriklərində tətbiq olunur. Məsələn, Toyota Prius -da bu, dəyişən valf vaxtı ilə əldə edilir.
Uzun müddətdir ki, daxili yanma mühərrikləri kimi yetkin texnologiyalarda böyük irəliləyişlərə nail olmaq asan deyil, lakin qabaqcıl boksçu mühərrikləri, xüsusən də elektrik mühərrikləri ilə birlikdə hərbi maşınlara real üstünlüklər verə bilər. …
